DE69410685T2

DE69410685T2 - Hochauflösendes Strahlungsabbildungssystem

Info

Publication number: DE69410685T2
Application number: DE69410685T
Authority: DE
Inventors: Jack Dean Schenectady New York 12309 Kingsley; Chukka Malden Massachusetts 02148 Srinivas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: US5340988A; EP0619503A1; DE69410685D1; JPH0737075A; EP0619503B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft im allgemeinen die Abbildung von Strahlung, wie z.B. von Röntgenstrahlen und dergleichen, und betrifft insbesondere digitale Bildgebungssysteme, welche in der Lage sind, Bildobjekte mit Raumfrequenzkomponenten oberhalb der Nyquist-Frequenz des Bildgebungssystems abzubilden.
Festkörper-Strahlungsbildgeber werden zur Abbildung nicht-optischer Strahlung, wie z.B. von Röntgenstrahlung, und hochenergetischer Nuklearstrahlung, wie z.B. Gammastrahlung, verwendet. Die einfallende Strahlung wird üblicherweise in Festkörperbildgebern mittels eines Verfahrens detektiert, in welchem die einfallende Strahlung in einem Szintillator absorbiert wird, was zur Erzeugung optischer Photonen führt. Photodetektoren, wie z.B. Photodioden und dergleichen, die in einem an dem Szintillator angrenzenden Array angeordnet sind, detektieren die optischen Photonen. Die Lage des das Licht detektierenden Photodetektors in dem Array und die Intensität des von dem Photosensor erzeugten Signals werden zur Darstellung und Analyse des einfallenden Strahlung verarbeitet. Alternativ kann die einfallende Strahlung direkt in photoempfindlichen Elementen absorbiert werden, welche die Energie der einfallenden Strahlung in bewegliche Ladungsteilchen umwandeln.
Eine übliche Anwendung von Festkörper-Strahlungsbildgebungssystemen ist die medizinische Bildgebung, in welcher durch den Körper eines Patienten hindurchtretende oder davon ausgehende Strahlung dazu genutzt wird, Objekte oder Materialien innerhalb des Körpers sichtbar zu machen. Medizinische Bildgebungsgeräte weisen bevorzugt eine hohe Raumfrequenzantwort, eine kurze Bilderfassungszeit und einen hohen Quantendetektionswirkungsgrad DQE (welcher ein Maß dafür ist, wie effizient eine Bildaufzeichnungseinrichtung die Strahlung ausnutzt, welcher sie ausgesetzt ist) auf. Anstrengungen, die räumliche Auflösung (d.h., die Raumfrequenzantwort, die durch die Modulationsübertragungsfunktion eines Bildgebungssystems beschrieben wird und die der Aufrechterhaltung des Objektkontrastes eines abgebildeten Objektes in dem Ausgabebild entspricht) zu verbessern, beinhalten üblicherweise die Herstellung von Photosensorpixeln mit kleineren Größen. Die Pixelsteigung bzw. das Pixelraster bestimmt effektiv die kleinste auflösbare Dimension, da eine auf ein Pixel einfallende Punktlichtquelle über die Fläche des Pixels integriert wird. Bildgebungsarrays mit kleineren Pixeln erfordern jedoch einen höheren technischen Aufwand und teuere Herstellungsverfahren.
Auf dem Gebiet der Filmabtastung wurde eine Anzahl von Bildgebungsverfahren für Festkörperbildgeber entwickelt. Eine erhöhte räumliche Auflösung wurde beispielsweise durch die Verwendung eines sogenannten Teilflächenscanners erreicht, bei dem die abgescannte Fläche in sich leicht überlappende Flächen unterteilt ist, wobei der Bildgeber nur ausreichend viele Pixel aufweist, um eine Fläche zur Zeit abzudecken. Die von einem Bildgeber durch sequentielles Passieren der Fläche oder von mehreren Bildgebern, die verschiedene Bereiche abbilden, erzeugten Bilder können kombiniert werden, um eine vollständige Abbildung des Objektes zu generieren. Zu Problemen bei diesem Lösungsansatz zählen ein Gerät, das zeitlich ziemlich langsam ist (niedrige zeitliche Auflösung) und einer Abbildungsverschlechterung durch Saumbildung, d.h. die Fehlanpassung von Signalen, die in dem Überlappungsbereich von zwei benachbarten Regionen durch den bewegten Bildgeber erzeugt werden, unterliegt. Ein weiteres bei Festkörperbildgebern angewendetes Verfahren ist die sogenannte Feinscanabtastung, in welcher ein Bildgeber mit nicht zusammenhängenden Pixeln für eine Zeitperiode in einer spezifischen Lage plaziert wird, um den Photostellen eine Integration eines Teils des abzubildenden Films zu ermöglichen, dann der Bildgeber in eine zweite Position verschoben wird und ein zweiter Integrationszyklus begonnen wird, in welchem ein weiterer Pixelsatz abgebildet wird. Zu Nachteilen des Feinscanverfahrens zählen die zusätzlich erforderliche digitale Bildverarbeitung und die Empfindlichkeit der Darstellung gegenüber von der Verarbeitungselektronik induzierten Artefakten. Siehe allgemein den Artikel "Image Scanning and Digitization" von J. Milch, Ch. 10, pp. 318-318, in Imaging Processes and Materials (Neblette's Eight Edition), ed. J. Sturge, V. Walworth, und A. Shepp (1989), welcher hiermit durch diese Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Strahlungs- Bildgebungssystem hoher Auflösung mit einer nicht verfälschten Raumfrequenzantwort (bzw. einer Raumfrequenzantwort ohne Alias-Effekt) bei Frequenzen höher als der Nyquist-Frequenz des Bildgebungssystems zu schaffen.
Diese Erfindung soll weiterhin ein Strahlungs- Bildgebungssystem schaffen, das eine hohe räumliche Auflösung mit nicht verschwommenen bzw. verschleierten Abbildungen erzeugt, ohne die Notwendigkeit zu erfordern, die Bestrahlung des abzubildenden Objektes zu erhöhen.
Die Erfindung soll ferner ein Strahlungs-Bildgebungssystem schaffen, das eine Abbildung hoher Auflösung durch Überabtastung generiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Strahlungs-Bildgebungssystem geschaffen, welches enthält:
ein Photosensor-Pixelarray, wobei das Array mehrere Pixel mit einem vorbestimmten Photosensor-Pixelraster zwischen benachbarten Pixeln aufweist, und die Photosensorpixel jeweils geeignet sind, ein entsprechendes Bilddatensignal zu generieren, eine Einrichtung zum sequentiellen Anordnen des Arrays in mehreren selektierten Bildgebungspositionen gemäß einem vorbestimmten Bildgebungszyklus, wobei jede der sequentiellen Bildgebungspositionen so gewählt ist, daß die Fläche, die von jedem entsprechenden Pixel abgebildet wird, einen Teil der Fläche überlappt, die von dem entsprechenden Pixel abgebildet wird, während es in der vorhergehenden Bildgebungsposition in dem vorbestimmten Bildgebungszyklus angeordnet ist, um so die abgebildete Fläche überabzutasten (oversample); und
einen mit dem Photosensor-Pixelarray verbundenen Bildprozessor zum Empfangen der entsprechenden Bilddatensignale, die von den Photosensorpixeln generiert werden, wobei der Bildprozessor in der Lage ist, die entsprechenden Bilddatensignale, die während eines Bildgebungszyklus durch die Photosensorpixel in jeder der entsprechenden sequentiellen Bildgebungspositionen generiert werden, als einen ungefilterten Datensatz zu speichern, wobei der Bildprozessor weiter ein Filter aufweist, das den Datensatz aus Bilddaten unterschiedlicher Positionen filtern kann, um einen einzigen Datensatz feiner Auflösung ohne Verfälschung oder Alias-Effekt zu generieren, der eine räumliche Auflösung größer als die Nyquist- Frequenz des Bildgebungssystems hat, die durch das Pixelraster des Photosensorarrays bestimmt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Generieren eines Bildes hoher Auflösung von auftreffender Strahlung geschaffen, das die Schritte enthält:
sequentielles Positionieren eines Arrays von Photosensorpixeln in ersten bis K-ten Bildgebungspositionen gemäß einem vorbestimmten Bildgebungszyklus, wobei die Photosensorpixel in dem Array in Reihen und Spalten mit einem vorbestimmten Photosensor-Pixelraster dazwischen angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede sequentielle Bildgebungsposition so ausgewählt wird, daß die Fläche, die von jedem entsprechenden Pixel abgebildet wird, einen Teil der Fläche überlappt, die durch das entsprechende Pixel abgebildet wird, während es in der vorhergehenden Bildgebungsposition in dem vorbestimmten Bildgebungszyklus angeordnet ist, um so die abgebildete Fläche überabzutasten (oversample);
Speichern der entsprechenden Bilddatensignale, die in jeder der ersten bis K-ten Bildgebungsposition generiert werden, um einen ungefilterten Datensatz zu bilden; und
Anlegen des ungefilterten Datensatzes aus Bilddaten unterschiedlicher Positionen an ein Filter, um einen einzigen Bilddatensatz hoher Auflösung zu bilden, der eine größere räumliche Auflösung hat als die Nyquist-Frequenz, die durch das Pixelraster des Photosensorarrays bestimmt wird;
wobei die ersten bis K-ten Bildgebungspositionen in dem vorbestimmten Bildgebungszyklus so angeordnet werden, daß Verfälschungs- bzw. Alias-Effekt-Fehler in dem einzigen Bilddatensatz hoher Auflösung aufgehoben werden.
Somit weist gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Strahlungs-Bildgebungssystem ein Photosensor-Pixelarray, das dafür angepaßt ist, daß es in mehreren sequentiellen Bildgebungspositionen gemäß einem vorbestimmten Bildgebungszyklus angeordnet wird, und einen Bildprozessor auf, der elektrisch so verbunden ist, daß er Bilddatensignale empfängt, die von entsprechenden Photosensorpixeln in dem Array generiert werden, und der dafür angepaßt ist, die während eines Bildgebungszyklus erzeugten Bilddatensignale als einen ungefilterten Datensatz zu speichern, wobei der Bildprozessor ferner ein Entschleierungsfilter aufweist, das dafür angepaßt ist, den ungefilterten Datensatz so zu filtern, daß ein Datensatz feiner Auflösung erzeugt wird. Ein Darstellungs- bzw. Display- und Analysemodul ist üblicherweise mit dem Bildprozessor verbunden, um die Datensatzsignale hoher Auflösung zu empfangen und ein Ausgabearray hoher Auflösung anzusteuern, welches eine höhere Anzahl von Pixelelementen als das Photosensor-Pixelarray aufweist.
Die sequentiellen Bildgebungspositionen werden so gewählt, daß während eines Bildgebungszyklusses die Verfälschungsfehler bei der Generierung des Datensatzes feiner Auflösung aufgehoben werden. Üblicherweise bestehen die mehreren sequentiellen Bildgebungspositionen aus vier Bildgebungspositionen, wobei die Positionen so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen benachbarten Bildgebungspositionen entlang einer gewählter Bewegungsachse für das Photosensor-Pixelarray so sind, daß in jeder entsprechenden Bildgebungsposition jedes Photosensorpixel in dem Bildgeber nur auf einer einzigen der entsprechenden Flächen zentriert ist, die jedes Pixelelement in dem Ausgabearray feiner Auflösung in jeder Bildgebungsposition darstellen. Ferner werden in einem Bildgebungs zyklus die vier Bildgebungspositionen so angeordnet, daß jede Fläche, die ein Pixelelement in dem Ausgabearray hoher Auflösung darstellt, nur auf ein entsprechendes Photosensorpixel in nur einer der vier Bildgebungspositionen zentriert ist. Üblicherweise ist der Abstand zwischen benachbarten Bildgebungspositionen entlang der selektierten Bewegungsachse im wesentlichen das einhalbfache des Rasters der Photosensorpixel.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nun im Rahmen eines Beispieles detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines die vorliegende Erfindung enthaltenden Strahlungs-Bildgebungssystems ist;
Fig. 2 eine perspektivische teilweise aufgeschnittene Darstellung einer Bilddetektoranordnung eines erfindungsgemäß Strahlungs-Bildgebungssystems ist; und
Fig. 3A bis 3D Darstellungen sind, welche die relative Position eines Teils eines Photosensor-Pixelarrays bezogen auf ein Gitterkästchen sind, die einen Teil des Arrays hoher Auflösung eines abgebildeten Objektes in jeder von vier sequentiellen Bildgebungspositionen in einem erfindungsgemäßen Bildgebungszyklus darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß Darstellung in Fig. 1 weist ein Strahlungs-Bildgebungssystem 100 zur Detektion einfallender Strahlung eine Bilddetektoranordnung 105, einen Bildprozessor 170 und ein Display- und Analysemodul 190 auf. Die Bilddetektoranordnung weist ein Photosensor-Pixelarray 120 auf, welches in einem Ausführungsbeispiel optisch mit einem Szintillator 110 verbunden ist. Der Szintillator 110 ist für den Empfang einfallender Strahlungsstrahlen 15, wie z.B. Röntgenstrahlen oder dergleichen, angeordnet. Optische Photonen, die in dem Szintillator 110 als Antwort auf die einfallende Strahlung 15 ge neriert werden, passieren das Photosensor-Pixelarray 120, in welchem das Licht detektiert und entsprechenden Bilddatensignale von Photosensoren in dem Array generiert werden. Der Bildprozessor 170 weist eine Datenspeichereinrichtung 175 und ein Entschleierungsfilter 180 auf, und ist elektrisch so mit dem Photosensorarray 120 verbunden, daß er in der Datenspeichereinrichtung 175 die entsprechenden Bilddatensignale empfängt und speichert, die während der Überabtastung des abgebildeten Objektes generiert werden, d.h., die Erzeugung von Bilddatensignalen aus Strahlungsbelichtungen in entsprechenden sequentiellen Bildgebungspositionen in dem Verlauf eines Bildgebungszyklusses. Der ungefilterte Bilddatensatz, der während eines Bildgebungszyklusses eines Strahlungs-Bildgebungssystems 100 gespeichert wird, wird an das Entschleierungsfilter 180 angelegt, um einen nicht verschleierten Datensatz feiner Auflösung mit der gewünschten höheren, räumlichen Auflösung zu generieren, und wird dann an das Display- und Analysemodul 190 weitergegeben.
Das Photosensorarray 120 weist mehrere Photosensorpixel 122 auf, wie z.B. Photodioden oder dergleichen (Fig. 2). Die Photosensoren sind in Zeilen und Spalten, üblicherweise in einer N · M Matrixanordnung angeordnet, wobei jeder Photosensor mit einer Adressenleitung und einer (nicht dargestellten) Scanleitung verbunden ist, um das Auslesen der in jedem einzelnen Photosensor als Antwort auf einfallendes Licht erzeugten Ladung zu ermöglichen. Beispielsweise, und nicht im Sinnen einer Einschränkung, ist die Pixelgröße der Photosensoren in der N x M Anordnung üblicherweise etwa 100 um pro Seite, wobei etwa 80% bis etwa 90% der Fläche des Pixels aktiv sind, d.h. auf die Absorption einfallender optischer Photonen reagieren. Insbesondere bei medizinischen Bildgebern ist es wünschenswert, einen Photosensor bereitzustellen, in welchem die aktive Pixelfläche ein großer Anteil des Photosensors ist, da eine größere Fläche den Anteil von Röntgenstrahlen maximiert, welche abgebildet werden, so daß die Patientenbestrahlungsdosis verringert wird, obwohl trotzdem noch Abbildungen mit akzeptabler Qualität erzeugt werden.
Üblicherweise ist der Szintillator 110 so an das Photosensor-Pixelarray 120 angrenzend angeordnet, daß in dem Szintillator 110 generierte optische Photonen hauptsächlich in nächster Nähe zu dem Punkt, wo die auftreffende Strahlung absorbiert wird, in das Photosensor-Pixelarray 120 übertreten. Der Szintillator 110 weist üblicherweise ein Szintillatormaterial mit einem relativ großen Absorptionsquerschnitt für den bei dem Bildgebungssystem 100 verwendeten Typ einfallender Strahlung 15 auf. Beispielsweise werden bei Röntgen-Bildgebern üblicherweise Szintillatormaterialien, wie z.B. Caesiumjodid oder Natriumjodid oder dergleichen, verwendet. Ferner ist üblicherweise eine Schutzabdeckung 115 über dem Szintillator 110 angeordnet. In einer (in Fig. 2 nicht dargestellten) alternativen Anordnung weist die Bilddetektoranordnung 105 ein photoempfindliches und strahlungsabsorbierendes Material, wie z.B. Bleioxyd (PbO), Thalliumbromid (TlBr) oder dergleichen, auf, welches sowohl die einfallende Strahlung absorbiert als auch bewegliche Ladungsteilchen generiert, welche zur Detektion und Messung der einfallenden Strahlen verwendet werden können.
Das Photosensor-Pixelarray 120 ist auf einem Substrat 126 angeordnet, welches aus Glas oder dergleichen besteht. Mehrere Kontaktfinger 124 sind auf dem Substrat 126 angeordnet, und sind elektrisch mit entsprechenden (nicht dargestellten) Scan- und Datenleitungen verbunden, welche die Adressenleitungen mit umfassen, über welche die in jedem Photosensor als Reaktion auf einfallende Strahlung generierte Ladung ausgelesen wird. Mehrere elektrische Verbinder 128 verbinden die Kontaktfinger 124 mit einer Ausleseschaltungs-Leiterplatte 130, welche wiederum mit dem (nicht dargestellten) Bildprozessor 170 über ein Ausgabekabel 135 verbunden ist. Der Bilddetektor 105 weist ferner üblicherweise eine Strahlungsabschirmung 129 auf, die zwischen dem Substrat 126 und der Ausleseschaltungs-Leiterplatte angeordnet ist, so daß jede einfallende Strahlung 15, die nicht in dem Szintillator 110 absorbiert wird, darin absorbiert wird, bevor sie die Ausleseschaltungs-Leiterplatte erreicht. Die Strahlungsabschirmung 129 weist ein Material mit relativ niedriger Transmission (z.B. 10&supmin;&sup4;) für den in dem Bildgebungssystem verwendeten Strahlungstyp auf. In einem Röntgenbildgeber besteht die Strahlungsabschirmung 129 üblicherweise aus Blei, das mehrere Millimeter dick ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Photosensorarray 120 so auf einer Verschiebeplattform 140 angeordnet, daß die Bewegung der Plattform 140 entlang einer selektierten Achse in eine entsprechende Bewegung des Photosensorarrays 120 übertragen wird. Zum Zwecke der Veranschaulichung und nicht im Sinne einer Einschränkung ist die Verschiebeplattform 140 beweglich auf einem Bildgeberfundament 145 angeordnet dargestellt, und die kombinierte Anordnung des Photosensorarrays 120, des Substrates 126, der Strahlungsabschirmung 129 und der Ausleseschaltungs-Leiterplatte 130 ist auf der Plattform 140 mittels Stützpfosten 141 so befestigt, daß eine Bewegung der Verschiebeplattform eine äquivalente Verschiebung in Richtung und Strecke des Photosensorarrays 120 bewirkt. Alternativ ist die Bilddetektoranordnung 105 so eingerichtet, daß die Strahlungsabschirmung 129 und die Ausleseschaltungs- Leiterplatte 130 nicht durch die Verschiebeplattform 140 bewegt werden, und daß die elektrischen Verbinder 128 flexibel sind, daß sie eine Bewegung des Photosensorarrays 120 zwischen entsprechenden Bildpositionen zulassen.
Ferner weist die Bilddetektoranordnung 105 gemäß der Erfindung einen Antriebsmechanismus 150 auf, der mit der Verschiebeplattform 140 verbunden ist, um die Verschiebeplattform selektiv in entsprechende Bildgebungspositionen in Bezug auf das Bildgeberfundament 145 zu bewegen. Beispielsweise weist der Antriebsmechanismus 150 üblicherweise eine erste Antriebsnocke 152 und eine zweite Antriebsnocke 154 auf, von denen jede auf dem Bildgeberfundament 145 so angeordnet ist, daß sie eine entsprechende Seitenfläche 142, 144 der Verschiebeplattform 140 berührt. Die erste und zweite Antriebsnocke 152, 154 weist jeweils eine exzentrische Form auf, die so gewählt ist, daß sie eine vorbestimmte Verschiebung der Plattform 140 entlang der jeweils gewählten Achse bewirkt, wenn sich die Nocke dreht. Gemäß Darstellung in Fig. 2 bewirkt beispielsweise die Drehung der Antriebsnocke 152 eine Bewegung der Verschiebeplattform entlang der y-Achse und eine Drehung der Antriebsnocke 154 bewirkt eine Bewegung entlang der x-Achse.
Die Bilddetektoranordnung 105 weist ferner eine Vorspannungseinrichtung 155 auf, um die Antriebsnocke 152 mit der Seitenfläche 142 der Verschiebeplattform in Kontakt zu halten, und um die Antriebsnocke 154 mit der Seitenfläche 154 der Verschiebeplattform in Kontakt zu halten. Die Vorspannungseinrichtung 155 weist beispielsweise eine Feder 157 auf, die sich zwischen der Seitenfläche 142 der Verschiebeplattform und einem Anker 159 erstreckt (um die Antriebsnocke 152 mit der Seitenfläche 142 in Kontakt zu halten), und eine Feder 156, die sich zwischen der Seitenfläche 144 der Verschiebeplattform und einem Anker 158 erstreckt.
Der Antriebsmechanismus 150 ist so eingerichtet, daß er eine Verschiebung des Photosensorarrays 120 um einen vorbestimmten Abstand entweder entlang der x- oder y-Achse in Bezug auf das Bildgeberfundament 145 bewirkt. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugen Kombinationen der entsprechenden maximalen und minimalen Auslenkungen der Antriebsnocken 152 und 154 vier bestimmte Bildgebungspositionen, in welche das Photosensorarray 120 verschoben werden kann.
Die Bilddetektoranordnung ist elektrisch mit dem Bildprozessor 170 verbunden, welcher eine Datenspeichereinrichtung 175 und ein Entschleierungsfilter 180 aufweist. Die Datenspeichereinrichtung 175 weist einen Computer auf, welcher dafür eingerichtet ist, digitale Information zu speichern und zu verarbeiten, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird. Ähnlich weist das Entschleierungsfilter 180 eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung auf, welche dafür eingerichtet ist, eine Wiener-Filterung auf die in der Bilddetektoranordnung 105 erzeugten Bilddatensignale während eines Bildgebungszyklusses, und auf diejenigen, die in der Daten speichereinrichtung 175 gespeichert sind, anzuwenden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Strahlungs-Bildgebungssystem 100 dafür eingerichtet, Ausgabebilder hoher Auflösung durch die Anwendung von Mehrfachbelichtungen bei einer bekannten Verschiebung zwischen Bildern zu erzeugen, was die Frequenzantwort des Bildgebungssystems wirksam über die Nyquist-Frequenz hinaus ausdehnt. Die Nyquist-Frequenz für die räumliche Auflösung ist durch das Pixelraster (für Pixel von 100 um beträgt sie 5 Linienpaare/mm) bestimmt. Zum Zwecke der Veranschaulichung dieser Erfindung wird angenommen, daß die physikalische Größe des Photosensorpixels 100 um auf einer Seite ist, eine Größe, welche leicht in Bildgeberarrays hergestellt werden kann. Bei einigen medizinischen Bildgebungsanwendungen, wie z.B. in der Mammographie, kann eine räumliche Auflösung von etwa 50 um erwünscht sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Strahlungs-Bildgebungssystem 100 dafür eingerichtet, ein Ausgangssignal für den Betrieb des Display- und Analysemoduls 190 auf der Basis einer Überabtastung bzw. Oversampling, d.h. mehrerer Abbildungen des Objektes zu erzeugen, die durch das Positionieren des Photosensorarrays 120 in einer vorbestimmten Anzahl räumlich getrennter Bildgebungspositionen gemäß einem vorbestimmten Bildgebungszyklus erfaßt werden. Nach der Erfassung der Daten aus einem Bildgebungszyklus wird der ungefilterte Datensatz an ein Entschleierungsfilter 180 angelegt, um ein Bild hoher Auflösung zur Darstellung und Analyse zu generieren. Der nächste Bildgebungszyklus, in welcher das Photosensorarray wiederum in den vorbestimmten Bildgebungspositionen positioniert wird, liefert den nächsten Satz ungefilterter Daten, welche an das Entschleierungsfilter angelegt werden, um die nächste Abbildung hoher Auflösung zu generieren.
Im Rahmen eines Beispiels und nicht im Sinne einer Einschränkung wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein Bildgebungssystem mit Photosensorpixeln mit 100 um Seitenlänge und mit einer gewünschten räumlichen Grenzauflösung von 50 um beschrieben. Erfindungsgemäß werden vier be stimmte Bildgebungspositionen verwendet, wobei jede von einer benachbarten Bildgebungsposition um 50 um versetzt ist (der Begriff "benachbarte Bildgebungsposition", so wie er hierin gebraucht wird, bezeichnet eine Bildgebungsposition, die unmittelbar an einer weiteren Bildgebungsposition entlang einer Achse angrenzt, in welcher das Photosensorarray verschoben wird). Unterschiedliche Anzahlen und Stellen von Bildgebungspositionen können in Übereinstimmung mit dieser Erfindung angewendet werden, vorausgesetzt, daß sie so gewählt sind, daß sie ungefilterte Bilddaten liefern, die nachstehend beschrieben werden, aus welchen nicht verfälschte Datensätze hoher Auflösung durch das Entschleierungsfilter 180 generiert werden können.
Fig. 3A bis 3D stellen den Bildgebungszyklus mit den vier Bildgebungspositionen dar. In Fig. 3A sind vier repräsentative Photosensorpixel 310 (einzeln mit 310a bis 310d bezeichnet) mit durchgezogenen Linien gezeichnet dargestellt. Diese repräsentativen Photosensorpixel 310 bilden einen Teil des Photosensor-Pixelarrays 120 und üblicherweise sind zusätzliche (nicht dargestellte) Photosensorpixel angrenzend an jede Seite von den dargestellten Pixeln angeordnet. Jedes Photosensorpixel 310 entspricht einem Pixel mit Seitenlängen von 100 um (wobei die aktive, oder lichtabsorbierende, Fläche jedes derartigen Pixels üblicherweise zwischen etwa 80% und 90% der Gesamtpixelgröße liegt, aber zur Erleichterung der Darstellung nur die physikalischen Grenzen eines gegebenen Pixels dargestellt sind.) In den Fig. 3A bis 3D ist ein darunterliegendes abgebildetes Objektgitter 320 mit unterbrochenen Linien dargestellt, wobei jedes Gitterkästchen Abmessungen von 50 um mal 50 um aufweist und die räumliche Ausdehnung jedes Pixels in dem Array feiner Auflösung darstellt. Dieses Gitter ist eine beliebige Unterteilung von Flächen des Szintillators und wird lediglich zur Darstellung der gewünschten auflösbaren Größe von 50 um eines abzubildenden Objektes verwendet. Für den Zweck der Beschreibung der Erfindung werden nur mit 320&sub1; bis 320&sub4; bezeichnete Gitterkästchen nachstehend diskutiert. Nur ein Gitterkästchen 320 ist quer schraffiert und stellt ein spezifisches Objekt mit der gewünschten auflösbaren Größe dar, wovon ein Bild erzeugt wird.
In Fig. 3A, welche die erste Bildgebungsposition des Photosensorarrays 120 in einem gegebenen Bildgebungszyklus darstellt, ist das Gitterkästchen 320&sub1; vollständig in der von dem Photosensorpixel 310a überdeckten Fläche enthalten. Das Photosensorpixel 310a integriert somit alle aus der Fläche des Gitterkästchens 320&sub1; austretenden optischen Photonen und empfängt auch optische Photonen von Teilen von Gitterkästchen, die an die Seiten des Gitterkästchens 320&sub1; angrenzen. Die Ladung (oder ein anderes zum Messen der Ausgangsgröße des Photosensors verwendetes elektrisches Signal), die durch die Aussetzung des Photosensorpixels 310a an die aus dem Szintillator 110 austretenden optischen Photonen erzeugt wird, bildet das von dem Pixel generierte Bilddatensignal, wobei jedes Photosensorpixel 310 in dem Array in ähnlicher Weise ein entsprechendes Bilddatensignal generiert, das der Anzahl optischer Photonen entspricht, die während der ersten Belichtungsperiode in der ersten Bildgebungsposition detektiert werden. Die von jedem Photosensorpixel erzeugten Bilddatensignale werden an den Bildprozessor 170 weitergeleitet, in welchem jedes Signal in der Datenspeichereinrichtung 175 gespeichert wird.
Fig. 3B stellt dieselben Abschnitte des Objektgitters 320 und des Pixelarrays 310 nach der Mikroverschiebung des Photosensor-Pixelarrays in die zweite Bildgebungsposition dar. Gemäß Darstellung in dieser Figur findet die zweite Bildgebung 50 um links entlang der x-Achse statt. In der zweiten Bildgebungsposition wird eine Flächenhälfte des Gitterkästchens 320&sub1; von einem Teil des Photosensorpixels 310a überdeckt und eine Flächenhälfte wird von dem Pixel 310b überdeckt. Typischerweise ist die Annahme zutreffend, daß etwa eine Hälfte aller optischer Photonen, die aus der Fläche des Gitterkästchens 320&sub1; austreten, in dem Photosensorpixel 310a detektiert werden und eine Hälfte in dem Photosensorpixel 310b detektiert werden. In dieser zweiten Bildgebungsposition erzeugt jedes Photosensorpixel ein Bilddatensignal, welches von der Ausleseschaltung gelesen und an den Bildprozessor 170 weitergeleitet wird, um mit den in der ersten Bildgebungsposition generierten Bilddatensignalen überlagert und gespeichert zu werden. Zusätzlich ist in der zweiten Bildgebungsposition das Photosensorarray 320 so verschoben, daß das Gitterkästchen 320&sub2; innerhalb der Grenzen des Photosensorpixels 310a zentriert ist.
So wie er hierin gebraucht wird, bezeichnet der Begriff "überlagert bzw. verschachtelt (interleaved)" das Speichern der Bilddatensignale aus entsprechenden Photosensorpixeln in einer Weise, die den Anteilen des abgebildeten Objektgitters 320 entspricht, das von einem entsprechenden Photosensorpixel abgedeckt wird. Beispielsweise wird jedes Photosensorpixel über einem anderen Anteil des abgebildeten Objektgitters in jeder anderen Bildgebungsposition angeordnet und bildet diesen ab. Notwendigerweise werden Anteile des abgebildeten Objektgitters von mehreren Photosensorpixel abgebildet, wenn das Photosensor-Pixelarray zu den sequentiellen Bildgebungspositionen bewegt wird. In Übereinstimmung mit dieser Erfindung werden die Bilddatensignale von den entsprechenden Photosensorpixeln so überlagert, daß der ungefilterte Datensatz Bilddatensignale aufweist, die in einer Weise angeordnet sind, die der relativen Position der abgebildeten Fläche auf dem abgebildeten Objektgitter entspricht. Auf diese Weise stellt der ungefilterte Datensatz die Daten bereit, aus welchen ein Array hoher Auflösung, das dem abgebildeten Objektarray entspricht, abgeleitet werden kann, wobei das Array hoher Auflösung eine größere Anzahl von Pixeln, die von eindeutigen Datensignalen angesteuert werden können, als das Photosensor-Pixelarray aufweist.
Fig. 3C stellt die relativen Positionen der Photosensorpixel 310 und des abgebildeten Objektgitters 320 in der dritten Bildgebungsposition dar. In der dritten Bildgebungsposition ist das Photosensor-Pixelarray um 50 um entlang der y- Achse von der zweiten Bildgebungsposition aus nach unten verschoben. In dieser Position wird das Gitterkästchen 320 von Anteilen der Photosensorpixel 310a bis 310d abgedeckt, wobei die entsprechenden Viertelabschnitte des Gitterkästchens 320 von den verschiedenen Pixeln abgedeckt werden, die in unterschiedlicher Querschraffierung dargestellt sind. Ferner überdeckt in dieser Bildgebungsposition das Photosensorpixel 310a nun vollständig das Gitterkästchen 320&sub3;, welches innerhalb der Grenzen dieses Photosensorpixels zentriert ist. Nach der Aussetzung an die Strahlung in dieser Position wird die in den entsprechenden Pixeln erzeugte Ladung wiederum ausgelesen, und die Bilddatensignale aus jedem entsprechenden Photosensorpixel mit Daten überlagert, welche aus den Belichtungen in der ersten und zweiten Bildgebungsposition gesammelt und in dem Bildprozessor 170 gespeichert wurden.
Die relativen Positionen des darunterliegenden abgebildeten Objektgitters und des Pixelarrays in der vierten Bildgebungsposition sind in Fig. 3D dargestellt. Die vierte Bildgebungsposition stellt die Verschiebung des Photosensorarrays aus der dritten Bildgebungsposition entlang der x-Achse um 50 um nach rechts dar. In dieser Position wird das Gitterkästchen 320&sub1; von Anteilen der Photosensorpixels 310d und 310a abgedeckt. Das Photosensorpixel 310a in der vierten Bildgebungsposition ist so verschoben, daß es über einem vierten Gitterkästchen 320&sub4; zentriert ist. Somit überdeckt in jeder Bildgebungsposition eines der Photosensorpixel nur ein Gitterkästchen, und jedes Gitterkästchen wird von einem Photosensorpixel in mindestens einer von den Bildgebungspositionen überdeckt. Wie bei den vorhergehenden Bildgebungspositionen werden, nachdem das abzubildende Objekt der Strahlung ausgesetzt wurde, und eine Abtastzeit zum Sammeln optischer Photonen aus dem Szintillator abgelaufen ist, die entsprechenden Pixel ausgelesen und die entsprechenden Bilddatensignale aus jedem Pixel in dem Bildprozessor gespeichert.
Nach der Sammlung der Bilddatensignale aus der vierten Bildgebungsposition ist die Datensammlung für einen Bildgebungszyklus vollständig und das Photosensorarray wird wieder in die erste Bildgebungsposition zurückgebracht, um es für einen anschließenden Bildgebungszyklus vorzubereiten. Die vorstehend beschriebene Verschiebung des Photosensorarrays erzeugt die gewünschte Überabtastung der an das Entschleierungsfilter 180 anzulegenden Bilddatensignale, um so einen nicht verfälschten Datensatz feiner Auflösung zu generieren, welcher die gewünschte räumliche Auflösung bereitstellt. Es können alternative Verschiebemuster angewendet werden, in welchen das Photosensorarray in einem anderen Satz von Bildgebungspositionen verschoben wird, solange dieselbe Überabtastung jedes Gitterkästchens, von welchen ein hochauflösendes Bild gewünscht ist, wie z.B. von dem Gitterkästchen 320&sub1;, durch mindestens eine äquivalente Anzahl von Bildgebungspositionen erreicht wird.
Insbesondere muß in wenigstens einer von den Bildgebungspositionen, in welcher Bilddatensignale gesammelt werden, das abgebildete Gitterkästchen vollständig innerhalb der Grenzen nur eines Photosensorpixel liegen. Somit stellt unter der Annahme einer nahezu idealen Punktverteilungsfunktion für das Photosensor-Pixelarray das Signal aus nur einem Photosensorpixel in jeder Belichtung (d.h., bei jeder entsprechenden Bildgebungsposition) die Summe optischer Photonen dar, die von dem Gitterkästchen ausgehen, oder Anteile unterschiedlicher Gitterkästchen, welche die Photosensorpixel überlappen. Somit entspricht in Fig. 3A beispielsweise das Bilddatensignal aus dem Photosensorpixel 310a optischen Photonen, die von dem gesamten Gitterkästchen 320&sub1; und von jedem zusätzlichen Gitterkästchen, welches an das Gitterkästchen 320&sub1; angrenzt, ausgehen. Ein Vergleich der entsprechenden Flächen des von dem Photosensorpixel 310a abgedeckten abgebildeten Objektgitters 320 ergibt, daß 1/4 der das Bilddatensignal generierenden optischen Photonen aus dem Pixel 310a aus dem zentralen Pixel (in diesem Falle dem Gitterkästchen 320&sub1;) austreten, ein 1/8 von jedem der Gitterkästchen über, unter und an beiden Seiten des zentralen Pixels, und ein 1/16 aus den Gitterkästchen an jeder Ecke austreten, wobei diese Anteile eine normierte Summe von 1 bilden.
Die Datenspeichereinheit 175 ist so eingerichtet, daß Bilddatensignale von jedem entsprechenden Photosensorpixel in jeder Bildgebungsposition während jedes Bildgebungszyklusses als ein entsprechender ungefilterter, überlagerter (verschachtelter) Datensatz gespeichert werden. In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird jeder ungefilterte, überlagerte Datensatz an das Entschleierungsfilter 180 angelegt, welches dafür eingerichtet ist, den überlagerten Datensatz selektiv zu filtern, um einen Datensatz feiner Auflösung zu generieren, der die gewünschte räumliche Auflösung liefert. Beispielsweise liefert in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Datensatz feiner Auflösung eine Grenzauflösung von etwa 50 um. Somit muß das Display- und Analysemodul in der Lage sein, Daten in einem 2 N · 2M Format (zur Verdopplung der räumlichen Auflösung des Photosensorarrays 120) darzustellen. Die Datenspeichereinheit 175 weist üblicherweise ein Computer-RAM oder eine Festplatte oder dergleichen auf, und das Entschleierungsfilter 180 weist üblicherweise einen vernünftig schnellen Computer auf, der dafür eingerichtet ist, die Funktionen eines Wiener-Filters durchzuführen.
Ein Verfahren zum Entschleiern der ungefilterten, überlagerten Daten kann wie folgt beschrieben werden. Die Einschränkungen der Summierung werden an diesem Punkt nicht behandelt, da sie für die hier beschriebene Erfindung nicht kritisch ist. Wenn f(m,n) das Datenbild hoher Auflösung (z.B. mit 50 um) beschreibt und g(m,n) die Werte aus den vier überlagerten Datensätzen darstellt, die mit dem Bildgeber niedriger Auflösung (z.B. mit 100 um) erfaßt werden, dann stehen diese zwei Arrays über die Gleichung:
g(m,n) = Σm',n'h(m-m', n-n')f(m'n') (Gl. 1 -1)
miteinander in Beziehung, in welcher h(m,n) die Punktverteilungsfunktion (auch als Impulsantwort bekannt) des Bildgebungssystems ist. Bei Anwendung der (kontinuierlichen) Fourier-Transformation von Gleichung 1-1 ergibt die Abtasttheorie, daß die Transformationen über die nachstehende Gleichung:
G(Wx,Wy) = H(Wx,Wy)F(Wx,Wy) (Gl. 1-2)
miteinander in Beziehung stehen, in welcher die Großbuchstaben die Fourier-Transformation kennzeichnen. Die Größe von H(Wx,Wy) der Fourier-Transformation der Punktverteilungsfunktion ist die Modulationsübertragungsfunktion des Bildgebungssystems. Die hierin diskutierten mathematischen Manipulationen nutzen allgemein anerkannte mathematische Funktionen, wie sie in dem Buch Theory of Discrete and Continuous Fourier Analysis von J. J. Weaver, (1989), und in An Introduction to Discrete Systems von K. Steiglitz (1974) beschrieben sind, welche durch diese Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen werden.
Im Prinzip kann man die Abbildung hoher Auflösung f(m,n) durch Auflösen der Gleichung 1-2 nach F (Wx, Wy) und Ausführen der inversen Transformation erhalten. Es ist jedoch erwünscht, eine räumliche Antwort, die nicht Null ist und unverfälscht ist, oberhalb der Nyquist-Frequenz zu erhalten, die durch das Bildgebungssystemraster (d.h. das Raster des Photosensorarrays) gegeben ist. Da die Antwort des Bildgebungssystems gegen Null geht, wenn die Modulationsperiode gleich der Breite der photoempfindlichen Fläche des Pixels ist, geht H(Wx,Wy) bei einer Frequenz knapp über dem doppelten der Nyquist-Frequenz gegen Null. Es gibt ein Bildrauschen bei hohen Raumfrequenzen und die Division von G(Wx,Wy) durch H(Wx,Wy) würde daher dieses Räuschen zu sehr großen Werten verstärken. Demzufolge wird F(Wx,Wy) durch die Gleichung:
angenähert, wobei:
F(Wx,Wy) die Fourier-Transformation des gewünschten Bildes hoher Auflösung ist;
G(Wx,Wy) die Fourier-Transformation des ungefilterten Bildes ist;
H*(Wx,Wy) die Konjugierte der Fourier-Transformation der Punktverteilungsfunktion des Bildgebungssystems ist;
H(Wx,Wy) die Modulationsübertragungsfunktion des Bildgebungssystems ist;
a eine positive Konstante ist; und
K(Wx,Wy) das Spektrum des Wiener-Filters darstellt.
Die positive Konstante a wird so gewählt, daß die Verstärkung G bei höheren Raumfrequenzen verringert wird, um so das Hochfrequenzrauschen zu begrenzen.
Das Entschleierungsfilter 180 kann alternativ so eingerichtet sein, daß es eine äquivalente rechnerische Lösung anwendet, um das Bild feiner Auflösung zu generieren, nämlich die Faltung, die erhalten wird, indem die inverse Transformation von Gleichung 1-3 gebildet wird. Diese Faltung läßt sich wie folgt ausdrücken:
f(m,n) = Σp,q k(m-p, n-q) g(p,q) (Gl. 2-1)
in welcher k(m-p, n-q) die inverse Fourier-Transformation von K(Wx,Wy), dem Spektrum des Wiener-Filters darstellt, und
g(p,q) das ungefilterte Bild darstellt.
Eine Anwendung der Faltung auf den ungefilterten, überlagerten Datensatz kann üblicherweise mit weniger mathematischen Manipulationen der Daten erreicht werden, da p und q beispielsweise auf den Bereich vom ±3 eingeschränkt werden können.
Das Strahlungs-Bildgebungssystem 100 ist so eingerichtet, daß die Ausgabegröße des Gerätes nicht verfälscht wird. Insbesondere sind die Bildgebungspositionen so gewählt, daß die Verfälschung (Aliasing) durch die Mehrfachbelichtungen während eines gegebenen Bildgebungszyklusses aufgehoben wird und somit der ungefilterte Datensatz und gefilterte Datensatz hoher Auflösung nicht verfälscht sind. Eine Verfälschung tritt auf, wenn ein Bildgeber zum Abbilden eines periodischen Eingangsbildes mit einer Periode kleiner als dem doppelten des.
Pixelrasters verwendet wird. Die erfindungsgemäße Mehrfachabtastprozedur erzeugt effektiv dieselbe räumliche Auflösung wie ein Bildgeber mit einem kleineren Raster, so daß die Raumperioden, welche bei nur einer Datenerfassung verfälscht würden, nicht verfälscht werden, wenn die Ausgangsdaten das Ergebnis von mehr als nur einer Messung sind.
Die Auswahl von Bildgebungspositionen in der Weise, daß Verfälschungen aufgehoben werden, ist leichter im Zusammenhang mit nur einem eindimensionalen Array statt bei einem zweidimensionalen Array (wie es in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung offenbart ist) zu beschreiben, wobei die Prinzipien dieselben sind. Somit sei aus Gründen der leichteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung, aber nicht im Sinne einer Einschränkung, angenommen, daß die Pixel in dem hypothetischen eindimensionalen Bildgeber nur über die Hälfte ihrer Breite empfindlich sind, d.h., daß die empfindliche Fläche die Hälfte des Rasters ist. Eine erste Datenerfassung erfolgt, wenn sich der Bildgeber in einer ersten Position befindet, und diese Werte werden in einem Speicher aufgezeichnet. Der Bildgeber wird dann um eine Hälfte des Rasters verschoben und ein zweiter Datensatz erfaßt. Die zwei Datensätze werden dann überlagert bzw. verschachtelt (d.h. der erste Satz wird zu einem mit "ungeradzahlig" numerierten Elementen und der zweite Satz wird zu einem mit "geradzahlig" numerierten Elementen). Der sich ergebende zusammengesetzte Datensatz ist identisch mit dem, welcher mit einem Bildgeber erfaßt werden würde, welcher das halbe Raster und doppelt so viele Pixel aufweisen würde. Demzufolge würde die effektive Nyquist-Frequenz verdoppelt und diejenigen Raumfrequenzen zwischen der tatsächlichen Nyquist-Frequenz des physikalischen Bildgebers und der doppelten Nyquist-Frequenz nicht mehr verfälscht.
In einem Bildgeber, welcher Pixel aufweist, welche über die gesamte Pixelfläche ansprechen (wie es für medizinische Bildgeber erwünscht ist), deckt jeder von den zwei vorstehend beschrieben Datensätzen die gesamte abgebildete Fläche ab, da jede Abtastung (oder Belichtung) das gesamte abgebildete Objekt abdeckt. Die zwei Abtastungen überlappen sich somit und das sich ergebende Bild ist "verschleiert", ein Zustand, welcher durch den vorstehend beschriebenen Filterungsvorgang beseitigt werden kann. Obwohl jeder Datensatz verschleiert ist, erzeugen zwei Datensätze, die im Abstand eines halben Rasters (des physikalischen Bildgeberarrays) erfaßt werden, trotzdem einen zusammengesetzten Datensatz mit doppelt so vielen eindeutigen Werten als Elemente in dem physikalischen Bildgeber vorhanden sind, ein effektives Raster, welches eine Hälfte des physikalischen Rasters ist, und eine Nyquist-Frequenz, welche die doppelte Nyquist-Frequenz des physikalischen Bildgebers ist. Demzufolge werden Raumfrequenzen zwischen der Nyquist-Frequenz des physikalischen Bildgebers (z.B. 5 Zyklen pro mm für ein Raster von 100 um) und der doppelten Nyquist- Frequenz (z.B. 10 Zyklen pro mm für ein Raster von 100 um) nicht mehr in dem zusammengesetzten Datensatz verfälscht. Dieselbe Analyse kann ebenso auf einen zweidimensionalen Bildgeber angewendet werden. Erfindungsgemäß wird ein zweidimensionaler Bildgeber verwendet, um vier eindeutige Datensätze aus vier entsprechenden Bildgebungspositionen so zu erfassen, daß Verfälschungsfehler durch die Mehrfachabtastung aufgehoben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Generieren eines Bildes hoher Auflösung wurde vorstehend zum Zwecke der Erläuterung und nicht im Sinne einer Einschränkung im Zusammenhang eines Bildgebungszyklusses beschrieben, in welchem vier Bildgebungspositionen für eine Überabtastung des abzubildenden Objektes genutzt werden. Die Überabtastung kann jedoch auch durch die Nutzung von K Bildgebungspositionen und eine entsprechende Überlagerung der ungefilterten Daten in einem ungefilterten Datensatz erfolgen.
Obwohl nur bestimmte Merkmale der Erfindung hierin dargestellt und beschrieben wurden, werden dem Fachmann auf diesem Gebiet viele Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es dürfte daher selbstverständlich sein, daß die beigefügten An sprüche alle derartigen Modifikationen und Änderungen einschließen sollen.

Claims

1. Strahlungs-Bildgebungssystem (100) enthaltend:

ein Photosensor-Pixelarray (120), das mehrere Pixel (310) mit einer vorbestimmten Photosensor-Pixelsteigung zwischen benachbarten Pixeln aufweist, wobei die Photosensor-Pixel (310) jeweils geeignet sind, ein entsprechendes Bilddatensignal zu generieren, eine Einrichtung (140, 150) zum sequentiellen Anordnen des Arrays in mehreren sequentiellen Bildgebungspositionen gemäß einem vorbestimmten Bildgebungszyklus,

dadurch gekennzeichnet, daß jede der sequentiellen Bildgebungspositionen so gewählt ist, daß die Fläche, die von jedem entsprechenden Pixel (310) abgebildet wird, einen Teil der Fläche überlappt, die von dem entsprechenden Pixel (310) abgebildet wird, während es in der vorhergehenden Bildgebungsposition in dem vorbestimmten Bildgebungszyklus angeordnet ist, um so die abgebildete Fläche überabzutasten (oversampeln); und

einen mit dem Photosensor-Pixelarray (120) verbundenen Bildprozessor (170) zum Empfangen der entsprechenden Bilddatensignale, die von den Photosensorpixeln (310) generiert sind, wobei der Bildprozessor (170) in der Lage ist, die entsprechenden Bilddatensignale, die während eines Bildgebungszyklus durch die Photosensorpixel (310) in jeder der entsprechenden sequentiellen Bildgebungspositionen generiert werden, als einen ungefilterten Datensatz zu speichern, wobei der Bildprozessor (170) weiter einen Filter (180) aufweist der den Datensatz aus Bilddaten unterschiedlicher Positionen filtern kann, um einen einzigen Datensatz feiner Auflösung ohne Alias-Effekt zu generieren, der eine räumliche Auflösung hat größer als die Nyquist-Frequenz des Bildgebungssystems, die durch die Pixelsteigung des Photosensor-Arrays (120) bestimmt ist.

2. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren sequentiellen Bildgebungspositionen entsprechende erste, zweite, dritte und vierte sequentielle Bildgebungspositionen aufweisen.

3. Bildgebungssystem nach Anspruch 2, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Bildgebungspositionen derart angeordnet sind, daß der Abstand zwischen benachbarten sequentiellen Bildgebungspositionen entlang einer gewählten Bewegungsachse des Photosensor-Pixelarrays (120) im wesentlichen die halbe vorbestimmte Steigung der Pixel (310) beträgt.

4. Bildgebungssystem nach Anspruch 3, wobei die ersten bis vierten Bildgebungspositionen so angeordnet sind, daß sie die Ecken von einem Quadrat mit Seiten bilden, deren Länge eine halbe vorbestimmte Steigung der Pixel (310) beträgt.

5. Bildgebungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Photosensor-Pixelarray (120) mehrere Pixel aufweist, die in N Reihen und M Spalten angeordnet sind.

6. Bildgebungssystem nach Anspruch 5, wobei der Bildprozessor (170) in der Lage ist, in jedem Satz ungefilterter Daten ein Bilddatensignal zu speichern, das durch jedes entsprechende Photosensorpixel (310) in jeder der entsprechenden sequentiellen Bildgebungspositionen generiert ist.

7. Bildgebungssystem nach Anspruch 6, wobei das Filter derart eingerichtet ist, daß der von dem Filter (180) generierte Datensatz feiner Auflösung Objekte auflöst mit räumlichen Frequenzkomponenten oberhalb der Nyquist-Frequenz des Bildgebungssystems.

8. Bildgebungssystem nach Anspruch 7, wobei das Filter (180) derart eingerichtet ist, daß der von dem Filter (180) generierte Datensatz feiner Auflösung eine räumliche Auflösung aufweist, die Objekte mit einer Größe der halben vorbestimmten Photosensor-Pixelsteigung auflösen kann.

9. Bildgebungssystem nach Anspruch 8, wobei das Filter (180) in der Lage ist, das Bild feiner Auflösung gemäß der Gleichung zu bilden:

wobei:

F(Wx,Wy) die Fourier-Transformation des gewünschten Bildes hoher Auflösung ist,

G(Wx,Wy) die Fourier-Transformation von dem ungefilterten Bild ist,

H*(Wx,Wy) die Fourier-Transformation von der Punktverteilungsfunktion des Bildgebungssystems ist,

H(Wx,Wy) die Modulationsübertragungsfunktion (Modulationsverstärkung) des Bildgebungssystems ist,

a eine positive Konstante darstellt, die gewählt ist, um die Verstärkung von G bei höheren räumlichen Frequenzen zu verkleinern, um so das Hochfrequenzrauschen zu begrenzen.

10. Bildgebungssystem nach Anspruch 8, wobei das Filter (180) geeignet ist, das Bild feiner Auflösung gemäß der Faltung zu bilden:

f(m,n) = Σp,q k(m-p, n-q) g(p,q)

in der k(m-p, n-q) die inverse Fourier-Transformation von K darstellt, dem Wiener-Filterspektrum, und

g(p,q) das ungefilterte Bild darstellt.

11. Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, ferner enthaltend:

ein Display- und Analysemodul (190), das mit dem Bildprozessor (170) verbunden und in der Lage ist, die Datensatzsignale hoher Auflösung zu empfangen.

12. Bildgebungssystem nach Anspruch 11, wobei das Display- und Analysemodul (190) ein Display-Array aufweist, das wenigstens 2N mal 2M Displaypixel aufweist und eine Steigung von etwa einer halben vorbestimmten Bildgebungspixelsteigung hat.

13. Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei das Bildgebungssystem ferner einen Verschiebemechanismus (140, 150) aufweist, der der Reihe nach das Photosensor-Array (120) an entsprechenden Bildgebungspositionen gemäß dem vorbestimmten Bildgebungszyklus anordnen kann.

14. Bildgebungssystem nach Anspruch 13, wobei der Verschiebemechanismus enthält:

eine Verschiebeplattform (140), einen ersten Antriebsnocken (152), der mit der Verschiebeplattform (140) derart verbunden ist, daß eine Bewebung des Antriebsnockens (152) in eine Bewebung der Verschiebeplattform (140) entlang > einer ersten gewählten Achse (y) umgesetzt wird, und einen zweiten Antriebsnocken (154), der mit der Verschiebeplattform (140) derart verbunden ist, daß eine Bewegung des zweiten Antriebsnockens (154) in eine Bewegung der Verschiebeplattform entlang einer zweiten gewählten Achse (x) umgesetzt wird.

15. Bildgebungssystem nach Anspruch 14, wobei jeder Antriebsnocken (152, 154) eine entsprechende exzentrische Form hat, die so gewählt ist, daß bei einer Drehung des entsprechenden Nockens (152, 154) die Plattform (140) entlang der entsprechenden gewählten Achse (x, y) verschoben wird.

16. Bildgebungssystem nach Anspruch 15, wobei der Verschiebemechanismus derart eingerichtet ist, daß die ersten und zweiten Achsen (x, y) so angeordnet sind, daß eine selektive Bewegung der Verschiebeplattform (140) entlang den entsprechenden Achsen (x, y) das Photosensor-Pixelarray (120) in eine gewählte Bildgebungsposition verschiebt.

17. Bildgebungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Steigung zwischen Photosensor-Pixeln (310) etwa 100 Mikron beträgt.

18. Bildgebungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bildgebungssystem in der Lage ist, auftreffende Röntgenstrahlen zu detektieren und abzubilden.

19. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, ferner enthaltend:

ein Display- und Analysemodul (190), das mit dem Bildprozessor (170) verbunden und in der Lage ist, von den Daten feiner Auflösung angesteuert zu werden, um ein Ausgangsarray feiner Auflösung zu generieren, wobei das Ausgangsarray feiner Auflösung eine größere Anzahl von Pixeln hat als das Photosensor-Pixelarray (120), und das Bildgebungssystem derart eingerichtet ist, daß jedes der Pixel feiner Auflösung durch ein individuell-variables Signal ansteuerbar ist.

20. Bildgebungssystem nach Anspruch 19, wobei die mehreren sequentiellen Bildgebungspositionen entsprechende erste, zweite, dritte und vierte sequentielle Bildgebungspositionen aufweisen.

21. Bildgebungssystem nach Anspruch 20, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Bildgebungspositionen derart angeordnet sind, daß in jeder entsprechenden Bildgebungsposition jedes Photosensorpixel (310) auf einer der entsprechenden Flächen zentriert ist, die ein entsprechendes Pixelelement in dem Ausgangsarray feiner Auflösung darstellen, und weiterhin die vier Bildgebungspositionen derart angeordnet sind, daß jede Fläche, die ein Pixelelement in dem Ausgangsarray hoher Auflösung darstellt, auf einem entsprechenden Photosensorpixel (310) in nur einer der vier Bildgebungspositionen zentriert ist.

22. Bildgebungssystem nach Anspruch 21, wobei der Abstand zwischen benachbarten sequentiellen Bildgebungspositionen entlang einer gewählten Bewegungsachse des Photosensor-Pixelarrays (120) im wesentlichen eine halbe vorbestimmte Steigung der Photosensorpixel (310) beträgt.

23. Bildgebungssystem nach Anspruch 22, wobei das Bildgebungssystem ferner einen Verschiebemechanismus (140, 150) aufweist, der das Photosensorarray (120) bewegen kann, um so das Photosensorarray (120) selektiv in einer der Bildgebungspositionen anzuordnen, wobei der Verschiebemechanismus (140, 150) enthält:

eine Verschiebeplattform (140), einen ersten Antriebsnocken (152), der mit der Verschiebeplattform (140) so verbunden ist, daß eine Bewegung des Antriebnockens (152) in eine Bewegung der Verschiebeplattform (140) entlang einer ersten gewählten Achse (y) umgesetzt wird, und einen zweiten Antriebsnocken (154), der mit der Verschiebeplattform (140) so verbunden ist, daß eine Bewegung des Antriebnockens (154) in eine Bewegung der Verschiebeplattform (140) entlang einer zweiten gewählten Achse (x) umgesetzt wird.

24. Bildgebungssystem nach Anspruch 23, wobei jeder Antriebsnocken (152, 154) eine entsprechende exzentrische Form hat, die so gewählt ist, daß bei einer Drehung des entsprechenden Nockens (152, 154) die Plattform (180) entlang der entsprechenden gewählten Achse verschoben wird.

25. Bildgebungssystem nach Anspruch 24, wobei der Verschiebemechanismus (140, 150) so eingerichtet ist, daß jede der ersten und zweiten Achsen so angeordnet ist, daß eine selektive Bewegung der Verschiebeplattform (140) entlang den entsprechenden Achsen das Photosensor-Pixelarray (120) in eine gewählte Bildgebungsposition verschiebt.

26. Bildgebungssystem nach Anspruch 25, wobei ferner ein Szintillator (118) vorgesehen ist, der optisch mit dem Photosensor-Pixelarray (120) gekoppelt und zum Empfang von Strahlung angeordnet ist, die von einem abzubildenden Objekt ausgeht.

27. Bildgebungssystem nach Anspruch 25, wobei das Photosensor-Array (120) ein Strahlung absorbierendes, photoempfindliches Material aufweist, so daß auf das Bildgebungssystem auftreffende Strahlung (15) durch das Material absorbiert und in mobile Ladungsteilchen umgewandelt wird, um die Bilddatensignale zu generieren.

28. Verfahren zum Generieren eines Bildes hoher Auflösung von auftreffender Strahlung (15), enthaltend die Schritte:

sequentielles Anordnen eines Arrays (120) von Photosensorpixeln (310) in ersten bis K-ten Bildgebungspositionen gemäß einem vorbestimmten Bildgebungszyklus, wobei die Photosensorpixel (310) in dem Array in Reihen und Spalten mit einer vorbestimmten Photosensor-Pixelsteigung dazwischen angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede sequentielle Bildgebungsposition so ausgewählt wird, daß die Fläche, die von jedem entsprechenden Pixel (310) abgebildet wird, einen Teil der Fläche überlappt, die durch das entsprechende Pixel (310) abgebildet wird, während es in der vorhergehenden Bildgebungsposition in dem vorbestimmten Bildgebungszyklus angeordnet ist, um so die abgebildete Fläche überabzutasten (oversampeln):

Speichern der entsprechenden Bilddatensignale, die in jeder der ersten bis K-ten Bildgebungsposition generiert werden, um einen ungefilterten Datensatz zu bilden; und

Beaufschlagen eines Filters (180) mit dem ungefilterten Datensatz aus Bilddaten unterschiedlicher Positionen, um einen einzigen Bilddatensatz hoher Auflösung zu bilden, der eine größere räumliche Auflösung hat als die Nyquist- Frequenz, die durch die Pixelsteigung von dem Photosensorarray (120) bestimmt ist;

wobei die ersten bis K-ten Bildgebungspositionen in dem vorbestimmten Bildgebungszyklus so angeordnet werden, daß Alias-Effekt-Fehler in dem einzigen Bilddatensatz hoher Auflösung aufgehoben werden.

29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Schritt des sequentiellen Positionierens des Arrays (120) von Photosensorpixeln (310) ferner die Schritte enthält:

Verschieben des Photosensor-Pixelarrays (120) in einer gewählten Folge, so daß das Array (120) während des Bildgebungszyklus an jeder von vier Bildgebungspositionen angeordnet wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Schritt des Verschiebens des Arrays (120) ferner enthält, daß das Array sequentiell entlang einer ersten Achse (y) und einer zweiten Achse (x) verschoben wird, wobei die ersten und zweiten Achsen zueinander senkrecht sind.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Abstand entlang den ersten und zweiten Achsen zwischen entsprechenden der vier Bildgebungspositionen einer halben Photosensor-Pixelsteigung entspricht.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Schritt des Beaufschlagens eines Filters (180) mit dem ungefilterten Datensatz, um den Datensatz hoher Auflösung zu bilden, ein Filtern des ungefilterten Datensatzes enthält, um ein Bild mit einer räumlichen Auflösung zu generieren, die einer halben Photosensor-Pixelsteigung entspricht.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Schritt des Beaufschlagens eines Filters (180) mit dem ungefilterten Datensatz ferner enthält, daß der Bilddatensatz hoher Auflösung gemäß der folgenden Formel berechnet wird:

wobei:

G(Wx,Wy) die Fourier-Transformation von dem ungefilterten Bild ist,

34. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Schritt des Beaufschlagens eines Filters (180) mit dem ungefilterten Datensatz ferner enthält, daß der Bilddatensatz hoher Auflösung gemäß der folgenden Faltung berechnet wird:

f(m,n) = Σp,q k(m-p, n-q) g(p,q)

g(p,q) das ungefilterte Bild darstellt.

35. Verfahren nach Anspruch 34, ferner den Schritt enthaltend, daß ein Display- und Analysemodul (190) angesteuert wird, um die Daten hoher Auflösung darzustellen.