DE69324227T2

DE69324227T2 - Röntgenuntersuchungsgerät

Info

Publication number: DE69324227T2
Application number: DE69324227T
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Antonius Crins; Hermanus Petrus Maria Rijpert; Wilhelmus Martinus Adrianus Van Den Berk; Eric Albert Von Reth
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2013-12-25
Also published as: US5533086A; JPH06326925A; DE69324227D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 5.
Ein Röntgenuntersuchungsgerät der erwähnten Art ist aus der Patentschrift US-A- 5 003 572 bekannt. Das bekannte Röntgenuntersuchungsgerät leitet ein analoges Bildsignal aus dem Röntgenbild ab.
Der Erfindung liegt u. a. die Aufgabe zugrunde, ein Röntgenuntersuchungsgerät mit einer Abbildungsanordnung zum Erzeugen eines verstärkten Videosignals mit besserem Signal/Rauschverhältnis zu schaffen, wobei das verstärkte Videosignal in digitalem Format zur Verfügung steht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 und im unabhängigen Anspruch 5 definiert. Ein großer Beitrag zu einem Rauschpegel des verstärkten Videosignals liefert das von Elektronikbauteilen in der Abbildungsanordnung erzeugte Elektronikrauschen, wie z. B. von der Bilderfassungseinrichtung und vom Videoverstärker. Der Elektronikrauschpegel wird geringer und hierdurch vergrößert sich das Signal/Rauschverhältnis, wenn die mittlere Signalamplitude des verstärkten Videosignals größer wird. Also sinkt der Rauschpegel des verstärkten Videosignals auf den mit dem Rauschpegel mit dem Prasseln der Röntgenphotonen durch Verstärkung des primären Videosignals. Der Verstärkungsgrad muß abhängig vom Mittelwert des primären Videosignals gewählt werden, um Sättigung der Abbildungsanordnung zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Röntgengerät ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsanordnung Weißpegelkompressionseinstellmittel zum Einstellen der Weißpegelkompression abhängig vom primären Videosignal enthält.
Zum digitalen Weiterbearbeiten wird das verstärkte Videosignal in einem analogen Format in einem Analog/Digitalwandler in ein digitales Format umgesetzt. Bekannte Analog/Digitalwandler haben einen festen Eingangsbereich. Damit es möglich ist, einen dynamischen Bereich des verstärkten Videosignals an den Bereich des Analog/Digitalwandlers anzugleichen, wird an den verstärkten Videosignalen aus dem Videoverstärker Weißpegelkompression durchgeführt, um den dynamischen Bereich des verstärkten Videosignals in den Bereich des Analog/Digitalwandlers umzusetzen. Es sei bemerkt, daß an sich aus Phys. Med. Biol. 37(1992)325-342 im Anwendungsbereich der Röntgenabbildung bekannt ist, Weißpegelkompression zum Angleichen des dynamischen Bereichs des verstärkten Videosignals an den Bereich des Analog/Digitalwandlers durchzuführen. In dieser Bezugsschrift ist eine Abbildungsanordnung beschrieben, in der ein Videoverstärker mit einem festen Verstärkungsverhältnis benutzt wird. Da der dynamische Bereich des verstärkten Videosignals von dem auf das primäre Videosignal ausgeübten Verstärkungsverhältnis abhängig ist, muß die Weißpegelkompression an das Verstärkungsverhältnis angeglichen werden, damit das Unterdrücken von Elektronikrauschen eines digitalen Videosignals verbessert wird. Da Weißpegelkompression unausweichlich Abbildungsinformation unterdrückt, muß die Verstärkung des primären Videosignals bei einem Verstärkungsverhältnis ausgeführt werden, das zur erfolgreichen Rauschunterdrückung hoch genug ist, aber niedrig genug, um keine außergewöhnliche Weißpegelkompression durchführen zu müssen. Daher werden sowohl die Einstellung der Videoverstärkung als auch der Weißpegelkompression von einer mittleren Helligkeit und von einem dynamischen Bereich des Röntgenbildes abhängig gemacht, die in der Bilderfassungsanordnung gewonnen werden.
Das erfindungsgemäße Röntgenuntersuchungsgerät ist dadurch gekennzeichnet, daß das Weißpegelkompressions-Einstellmittel eine Speicheranordnung zum Speichern einer Anzahl von Weißpegelkompressionskurven sowie eine Wähleinrichtung zum Wählen einer Weißpegelkompressionskurve abhängig vom primären Videosignal enthält.
Weißpegelkompression erfolgt durch den Einsatz einer Weißpegelkompressionskurve, die beispielsweise in einer Suchtabelle gespeichert ist. Die Weißpegelkompressionskurve definiert eine Funktion, die den dynamischen Bereich des verstärkten Videosignals in Signalamplituden mit einem schmaleren Bereich umsetzt. Dies wird dadurch erreicht, daß insbesondere höhere Signalamplituden des verstärkten Videosignals mehr komprimiert werden. Einstellung der Weißpegelkompression betrifft also die Einstellung einer zugeordneten Weißpegelkompressionskurve. Zu diesem Zweck ist eine Anzahl von Weißpegelkompressionskurven vorgesehen, aus denen mittels des Abbildungssteuermittels eine geeignete Weißpegelkompressionskurve zum Durchführen einer Weißpegelkompression an einem vorliegenden Videosignal ausgewählt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgeräts ist dadurch gekennzeichnet, daß das Röntgenuntersuchungsgerät ein Auszeichnungsmittel zum Abgeben eines Steuersignals an die Wähleinrichtung in Abhängigkeit vom primären Videosignal zum Steuern der Wahl einer Weißpegelkompressionskurve enthält.
Die Wahl einer Einstellung des Videoverstärkers und einer Weißpegelkompressionskurve läßt sich von Hand an einem Steuerpult durchführen. Von einem Steuerpult gelangt ein Signal entsprechend Abbildungsparametern an das Abbildungssteuermittel. Das Auszeichnungsmittel enthält ein mit der Wähleinrichtung gekoppeltes Befehlsmittel, das in ein Steuerpult aufgenommen ist, an dem eine geeignete Weißpegelkompressionskurve und ein Verstärkungsverhältnis durch Aktivieren der Signalisierungsanordnung zur Steuerung der Wähleinrichtung wählbar sind.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgeräts ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsanordnung eine Rechenschaltung zum Bestimmen eines dynamischen Bereichs einer fluoroskopischen Röntgenabbildung und zum Berechnen eines dynamischen Bereichs eines Röntgenbelichtungsbildes enthält.
Ein dynamischer Bereich und ein Mittelwert von Signalamplituden eines primären Videosignals in Verknüpfung mit einem Röntgenbelichtungsbild läßt sich aus einem dynamischen Bereich eines primären Videosignals in Verknüpfung mit einem fluoroskopischen Röntgenbild berechnen, das vor dem Röntgenbelichten angefertigt wird. Also erfolgt die Wahl einer geeigneten Weißpegelkompression zunächst durch Bestimmen des dynamischen Bereichs und der mittleren Signalamplitude für ein fluoroskopisches Bild und das Berechnen eines dynamischen Bereichs und des erforderlichen Videoverstärkungsgrades für eine Röntgenbelichtung im Anschluß an Fluoroskopie. Auf der Basis des erforderlichen Verstärkungsgrades und des berechneten dynamischen Bereichs wird in der Bildsteuereinrichtung eine geeignete Weißpegelkompressionskurve ausgewählt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgeräts ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsanordnung eine Rechenschaltung zum Bestimmen eines dynamischen Bereichs eines Vorbe strahlungs-Röntgenbildes und zum Berechnen eines dynamischen Bereichs aus einem Röntgenbelichtungsbild daraus enthält.
Ein dynamischer Bereich und ein Mittelwert von Signalamplituden eines primären Videosignals in Verknüpfung mit einem Röntgenbelichtungsbild lassen sich aus einem dynamischen Bereich eines primären Videosignals in Verknüpfung mit einem Vorbestrahlungs-Röntgenbild berechnen, das vor der Röntgenbelichtung angefertigt wird. Also erfolgt eine geeignete Weißpegelkompression zunächst durch die Bestimmung des dynamischen Bereichs und der mittleren Signalamplitude für ein Vorbestrahlungsbild und durch Berechnung eines dynamischen Bereichs und des erforderlichen Videoverstärkungsgrades für eine Röntgenbelichtung im Anschluß an Fluoroskopie. Auf der Basis des erforderlichen Verstärkungsgrades und des berechneten dynamischen Bereichs wird eine geeignete Weißpegelkompressionskurve im Bildsteuermittel gewählt.
Eine geeignete Abbildungsanordnung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerät enthält vorzugsweise einen Videoverstärker zum Umsetzen des primären Videosignals in ein verstärktes Videosignal, wobei der Videoverstärker mit einem Steuereingang an das Abbildungssteuermittel zum Einstellen eines verstärkungsgrades des Videoverstärkers in Abhängigkeit von einem Mittelwert von Signalamplituden des primären Videosignals gekoppelt ist.
Eine geeignete Abbildungsanordnung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerät enthält vorzugsweise auch Weißpegelkompressionseinstellmittel zum Einstellen der Weißpegelkompression abhängig vom primären Videosignal.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgeräts.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgeräts dargestellt. Zum Bestrahlen eines Objekts 2, insbesondere eines Patienten, mit Röntgenstrahlung 3 ist eine Röntgenquelle 1 vorgesehen. Durch Absorptionsmodulation im Objekt entsteht ein bildtragendes Röntgenbündel. In einem Röntgenbildverstärker 5 wird die bildtragende Röntgenstrahlung detektiert und in bildtragende sichtbare Strahlung 6 umgesetzt, d. h. in Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von Wellenlängen zwischen einer Wellenlänge mit Ultraviolettstrahlung und einer Wellenlänge mit Infrarotstrahlung. Also wird ein Röntgenbild in ein entsprechendes sichtbares Bild umgewandelt, das an einem Ausgangsschirm 7 des Röntgenbildverstärkers wiedergegeben wird. Mit einer optischen Anordnung 8 wird das sichtbare Bild in einem Bildaufzeichnungselement 9 einer Bilderfassungseinrichtung abgebildet und anschließend von einer Bilderfassungseinrichtung 10 aufgezeichnet, insbesondere von einer Videokamera mit einer Fernsehaufnahmeröhre oder einem Halbleiter-Bildsensor. Also wird mit Hilfe einer Abbildungsanordnung 11 ein Röntgenbild in ein sichtbares Bild umgewandelt, das in ein primäres Videosignal umgesetzt wird, das danach zum Erhalten eines Bildes mit einer besseren Diagnostikqualität in ein Videosignal umgesetzt wird.
Die Fernsehaufnahmeröhre erzeugt hier ein primäres Videosignal mit Signalamplituden entsprechend Helligkeitswerten des am Ausgangsschirm des Bildverstärkers erzeugten Bildes. Das primäre Videosignal wird in einem einstellbaren Verstärker 21 verstärkt. Ein verstärktes Videosignal gelangt an eine Weißpegelkompressionanordnung 22 zum Umsetzen des dynamischen Bereichs des verstärkten Videosignals zum Erhalten eines komprimierten analogen Videosignals mit einem dynamischen Bereich zum Einstellen auf den Eingangsbereich des Analog/Digitalwandlers 23 zum Erzeugen eines digitalen Videosignals, das an eine digitale Bearbeitungseinheit 24 gelegt wird. Mehrere Elektronikbauteile, wie z. B. die Fernsehkamera 10 und der Einstellverstärker 21, tragen zum Rauschen im Videosignal bei. Durch Erhöhung eines Mittelwertes der Signalamplituden des verstärkten Videosignals wird dies beseitigt. Jedoch läßt sich der Mittelwert des Signals ohne Kompromisse in einem dynamischen Bereich des verstärkten Videosignals und in einem dynamischen Bereich der digitalen Bearbeitungseinheit 24 nicht unbeschränkt erhöhen. Eine feldbegrenzende Blende 12 wird zum Steuern einer Stärke der bildtragenden sichtbaren Strahlung auf das Bildaufzeichnungselement 9 vorgesehen. Mit Hilfe eines Blendensteuergeräts 25 wird die Blendenöffnung gesteuert. Die Kombination der Einstellung der Blende 12 zusammen mit der Einstellung des Videoverstärkers 21 ermöglicht die Erstellung eines Bereichs von Verstärkungsverhältnissen, bei denen der Videoverstärker 21 wirksam arbeitet, während trotz der Begrenzung der Verstärkungsverhältnisse ein verhältnismäßig großer Bereich von Werten möglich ist, für die ein Mittelwert von Signalamplituden des verstärkten Videosignals erhalten werden kann, da die Lichtstärke auf die Fernsehkamera mit der Blende steuerbar ist.
Die mittlere Signalamplitude des verstärkten Videosignals wird mittels der Einstellung des Einstellvideoverstärkers 21 mit einem Steuereingang 27 eingestellt, der an die Signalisieranordnung 26 angeschlossen ist. Zum Fördern des Angleichs eines dynamischen Bereichs des verstärkten Videosignals an den Eingangsbereich des Analog/Digitalwandlers 23 ist eine Anzahl 28a von Weißpegelkompressionskurven vorgesehen, die z. B. in einen Speicher eingeschrieben sind, zusammen mit einer Wähleinrichtung 29. Die Signalisieranordnung 26 gibt ein Steuersignal an einen Steuereingang 27 des Videoverstärkers ab zum Einstellen des Verstärkungsverhältnisses des Videoverstärkers. Außerdem gelangt ein Wählsignal aus der Signalisieranordnung 26 an die Wähleinrichtung 29 zum Auswählen einer Weißpegelkompressionskurve aus der Anzahl 28a, die sich eignet zum Angleichen des dynamischen Bereichs des verstärkten Videosignals an den Eingangsbereich des Analog/Digitalwandlers 23. Eine Weißpegelkompressionseinstellanordnung 40 setzt sich zusammen aus der Signalisieranordnung 26 zusammen mit dem Speicher 28 und der Wähleinrichtung. Infolgedessen wird abhängig vom dynamischen Bereich des primären Videosignals die mittlere Signalamplitude des verstärkten Videosignals auf einen derartigen Pegel gesetzt, daß der Rauschpegel des verstärkten Videosignals auf den zum Prasseln gehörenden Rauschpegel infolge der quantisierten Art der Röntgenstrahlung absinkt, und beim Einsatz einer geeigneten Weißpegelkompressionskurve wird vermieden, daß Bildartefakte eingeführt werden, wenn das verstärkte Videosignal in ein digitales Videosignal umgesetzt wird.
Die Wahl einer Weißpegelkompressionskurve läßt sich von einem Steuerpult 31 aus von Hand durchführen. Röntgenbilder haben unterschiedliche dynamische Bereiche in verschiedenen Röntgenabbildungsanwendungen, wie z. B. in Gefäßuntersuchungen, und in chirurgischen oder urologischen Untersuchungen. Abhängig vom Typ der Röntgenabbildungsumständen, die je Anlaß zu mehreren bekannten Werten des dynamischen Bereichs des primären Videosignals geben, kann der Bediener des Röntgengeräts eine Wahl einer vorgegebenen Einstellung des Videoverstärkers und einer zugeordneten Weißpegelkompressionskurve treffen. Zu diesem Zweck ist in das Steuerpult 31 ein Befehlsmittel 32 zum Abgeben eines Steuersignals an die Signalisieranordnung 26 zum Aktivieren der Signalisiereinrichtung 26 zum Ausgeben eines relevanten Wählsignals an die Wählanordnung 29 aufgenommen. Ein Auszeichnungsmittel zum Steuern der Wahl einer geeigneten Weißpegelkompressionskurve setzt sich dabei aus dem Befehlsmittel 32 mit der Sigmnalisieranordnung 26 und der Wähleinrichtung 29 zusammen.
Außerdem sind verschiedene Möglichkeiten zur automatischen Wahl einer Weißpegelkompressionskurve gegeben. Dies bietet den besonderen Vorteil, daß eine Reduktion des Elektronikrauschens unter Abbildungsumständen erhalten werden kann, unter denen ein sich einstellender dynamischer Bereich und eine mittlere Videosignalamplitude weniger bekannt sind. Bei der Fluoroskopie vor der Röntgenbelichtung kann ein dynamischer Bereich eines aus der Bilderfassungseinrichtung 10 gewonnenen fluoroskopischen Bildes durch Anlegen eines fluoroskopischen Videosignals an eine Rechenschaltung 30 zum Detektieren eines dynamischen Bereiches des fluoroskopischen Videosignals und anschließend durch Errechnen eines dynamischen Bereichs eines mittels Röntgenbelichtung zu erzeugenden Bildes bestimmt werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 setzt sich ein Abbildungssteuermittel 41 aus der Signalisieranordnung 26 mit dem Blendensteuergerät und der Rechenschaltung 30 zusammen.
Als Alternative zum Erhalten eines dynamischen Bereichs eines Röntgenbildes aus Fluoroskopie durch Vorbestrahlung des Objekts wird die Rechenschaltung 30 zum Bestimmen eines dynamischen Bereichs eines aus der Vorbestrahlung abgeleiteten Röntgenbildes und anschließend durch Errechnen eines dynamischen Bereichs eines mittels Röntgenbelichtung erzeugten Röntgenbildes vorgesehen.

Claims

1. Röntgenuntersuchungsgerät mit

- einer Röntgenquelle (1) zum erzeugen eines Röntgenbildes durch Anstrahlen eines Objekts (2),

- einer Abbildungsanordnung (11) mit

- einem Röntgenbildverstärker (5) zum Umsetzen des Röntgenbildes in ein sichtbares Bild,

- einer Bilderfassungseinrichtung (10) zum Gewinnen des an einem Ausgangsschirm des Bildverstärkers (5) erzeugten sichtbaren Bildes und zum Erzeugen eines primären Videosignals, und

- Abbildungssteuermitteln (41) zum Einstellen von Abbildungsparametern,

- einem Videoverstärker (21 zum Umsetzen des primären Videosignals in ein verstärktes Videosignal,

- wobei der Videoverstärker mit einem Steuereingang (27) an die Abbildungssteuermittel (41 zum Einstellen des Verstärkungsverhältnisses des Videoverstärkers abhängig vom Mittelwert von Signalamplituden des primären Videosignals gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsanordnung folgendes enthält:

- eine Rechenschaltung (30) zum Detektieren des dynamischen Bereichs des primären Videosignals,

- einen Analog/Digitalwandler (23) zum Ableiten eines digitalen Videosignals aus dem verstärkten Videosignal, und

- eine Weißpegelkompressionsanordnung (22) zum Anpassen des dynamischen Bereichs des verstärkten Videosignals an den Bereich des Analog/Digitalwandlers,

- wobei die Weißpegelkompressionsanordnung abhängig vom Mittelwert von Signalamplituden und vom dynamischen Bereich des primären Videosignals einstellbar ist, und daß

- das Weißpegelkompressions-Einstellmittel eine Speicheranordnung (28) zum Speichern einer Anzahl (28a) von Weißpegelkompressionskurven sowie eine Wähleinrichtung (29) zum Auswählen einer Weißpegelkompressionskurve abhängig vom primären Videosignal enthält.

2. Röntgenuntersuchungsgerät mach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Abbildungsanordnung eine Signalisieranordnung (26) zum Abgeben eines Steuersignals abhängig vom primären Videosignal an die Wählanordnung (29) zum Steuern der Auswahl einer Weißpegelkompressionskurve enthält.

3. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsanordnung eine Rechenschaltung (30) zum Bestimmen eines dynamischen Bereichs eines fluoroskopischen Röntgenbildes und zum Errechnen eines dynamischen Bereichs eines Röntgenbelichtungsbildes daraus enthält.

4. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsanordnung eine Rechenschaltung (30) zum Bestimmen eines dynamischen Bereichs eines vorbestrahlten Röntgenbildes und zum Errechnen eines dynamischen Bereichs eines Röntgenbelichtungsbildes daraus enthält.

5. Röntgenuntersuchungsgerät mit

- einer Abbildungsanordnung (11) mit

- Abbildungssteuermitteln (41) zum Einstellen von Abbildungsparametern,

- einem Videoverstärker (21) zum Umsetzen des primären Videosignals in ein verstärktes Videosignal,

wobei der Videoverstärker mit einem Steuereingang (27) an die Abbildungssteuermittel (41) zum Einstellen des Verstärkungsverhältnisses des Videoverstärkers gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Abbildungsanordnung folgendes enthält:

- wobei das Weißpegelkompressions-Einstellmittel eine Speicheranordnung (28) zum Speichern einer Anzahl (28a) von Weißpegelkompressionskurven sowie eine Wähleinrichtung (29) zum Auswählen einer Weißpegelkompressionskurve enthält, und

- eine Signalisieranordnung (26) zum Abgeben eines Steuersignals an die Wähleinrichtung (29) zum Steuern einer Weißpegelkompressionskurve, und

- das Röntgenuntersuchungsgerät ein Steuerpult (31) mit einem Befehlsmittel (32) enthält,

- das Befehlsmittel (32) mit der Signalisieranordnung (26) gekoppelt ist, und

- das Befehlsmittel (32) zum Abgeben eines Steuersignals an die Signalisieranordnung (26) zum Aktivieren der Signalisieranordnung (26) zum Steuern der Wähleinrichtung (29) angeordnet ist.