DE69733689T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufzeichnung eines Strahlungsbildes von einem länglichen Körper - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Aufzeichnung eines Strahlungsbildes von einem länglichen Körper Download PDF

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Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Baugruppe zum Aufzeichnen eines Strahlungsbilds eines länglichen Körpers wie etwa eines ganzen Beins oder einer ganzen Wirbelsäule.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Bei der Flachprojektionsradiographie gibt es Untersuchungsarten, die darauf abzielen, einen Abschnitt des Körpers abzubilden, der größer ist als der, der auf eine einzelne, selbst die größte Bildgebungskassette passen kann.
  • Solche Bildgebungsnotwendigkeiten entstehen bei sogenannten "Full-Leg"- oder "Full-Spine"-Untersuchungen, wo die klinische Indikation erfordert, dass zum Beispiel die ganze Wirbelsäule oder das ganze Bein gleichzeitig untersucht wird, um eine Diagnose zu ermöglichen oder zu quantifizieren.
  • Analog zur herkömmlichen Radiographie auf Film-Schirm-Basis werden bei der Speicherungsleuchtstoffbilderfassung, bei der ein Strahlungsbild vorübergehend in einem fotostimulierbaren Leuchtstoffschirm gespeichert wird, solche Untersuchungen dadurch erreicht, dass eine größere Kassette mit mehreren Speicherungsleuchtstoffschirmen gefüllt wird, die allgemein einander überlappen, damit die längere, längliche Kassette vollständig bedeckt wird (eine Ausführungsform, die als Ausführungsform mit überlappenden Folien bezeichnet wird).
  • Solche länglichen Kassetten sind für Untersuchungen des ganzen Beins in der Regel 35×105 cm und für Untersuchungen der ganzen Wirbelsäule 30×90 cm groß. Bei der Ausführungsform mit überlappenden Folien misst die größte Einzelfilmkassette 35×43 cm und ist somit zur Abbildung der Wirbelsäule oder eines Beins ungeeignet. In der Regel werden 4 Schirme verwendet zum Beispiel 4 (24×30 cm) Schirme sind in einer 30×90 cm-Kassette angeordnet, was eindeutig zu einer Überlappungskonfiguration führt. Deshalb wird der Teil des Bilds, der der Überlappungszone entspricht, weniger belichtet.
  • Alternativ kann auch die Situation von sich nicht überlappenden Bildern auftreten, zum Beispiel in einer Konfiguration von 3 (35×35 cm) Bildgebungsschirmen in einer 35×105 cm großen Kassette, was zu 3 sich paarweise berührenden, aber ansonsten nicht überlappenden Bildern führt.
  • Während der Belichtung liegt gleichzeitig im Weg des Röntgenstrahls auch ein festes Gitter vor, was zu einem Bild eines Rasters aus horizontalen und vertikalen parallelen dünnen Linien führt, die dem Strahlungsbild des länglichen Körpers überlagert sind. Diese Linien helfen dem Radiologen oder Bediener dabei, die ursprüngliche Geometrie des Körpers zu rekonstruieren, da sich Linien auf dem Bild notwendigerweise durchgehend und nahtlos in Linien des vorausgegangenen Bilds und des nächsten Bilds fortsetzen.
  • In der europäischen Patentveröffentlichung EP-A-866 342 wird ein Verfahren offenbart zum Erfassen eines Strahlungsbilds eines länglichen Körpers unter Verwendung einer Sequenz von aufzeichnenden Gliedern in einer teilweise überlappenden Anordnung. Diese Patentanmeldung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erhalten eines einzelnen „zusammengehefteten" Bilds eines länglichen Körpers unter Verwendung der aus jedem dieser aufzeichnenden Glieder ausgelesenen Bilder.
  • Der Bilderfassungsprozess setzt die Verwendung einer länglichen Kassette voraus, in der eine Sequenz aus stimulierbaren Leuchtstoffschirmen in einer überlappenden Weise angeordnet ist, so dass die Kassette vollständig bedeckt ist.
  • Nach der Belichtung wird die längliche Kassette geöffnet, die einzelnen Schirme werden aus der Kassette entfernt und jeweils in eine kleinere Kassette mit einer den Abmessungen eines individuellen Schirms entsprechenden Größe gelegt. Dann werden die Kassetten sequenziell in eine eigene Auslesevorrichtung geleitet, wo die Kassette wieder geöffnet wird, der Schirm aus der Kassette herausgenommen wird und mit Hilfe von stimulierender Strahlung gescannt wird. Das bildmäßig modellierte Licht, das bei Stimulierung emittiert wird, wird detektiert und in eine digitale Bilddarstellung eines Teils des länglichen Körpers umgewandelt. Als nächstes werden die aus den Kassetten ausgelesenen digitalen Bilddarstellungen wieder zusammengesetzt, um ein Bild des ganzen länglichen Körpers zu bilden.
  • Der Handhabungsprozess weist mehrere Mängel auf.
  • Zunächst wird eine Dunkelkammer benötigt, um die individuellen Schirme aus der länglichen Kassette in ihre entsprechenden individuellen Kassetten regelmäßiger Größe zu übertragen, da auf einem Schirm auftreffendes Umgebungslicht es stimulieren und somit (zumindest teilweise) seinen Inhalt löschen kann.
  • Zweitens kann der die Schirme handhabende Bediener sie versehentlich beschädigen, indem er sie beispielsweise verkratzt.
  • Drittens wird die Gesamtzeit bis zur Diagnose auf Grund der zusätzlichen Operationen und des potenziell erhöhten Risikos einer Neuaufnahme verlängert.
  • Die Patentanmeldung EP-A-866 342 offenbart weiterhin ein Verfahren zum Rekonstruieren des Bilds des länglichen Körpers aus den aus jedem der überlappenden aufzeichnenden Glieder ausgelesenen Teilbildern, in denen jeweils ein Teil der länglichen Szene gespeichert ist. Die Verzeichnungen, die in der oben erwähnten Patentanmeldung behandelt wurden, waren begrenzt auf Verschiebung, Überlappung und Drehung jedes Teilbilds bezüglich des vorausgegangenen und nächsten Teilbilds. Das in der obigen Patentanmeldung offenbarte Verfahren hängt von zwei grundlegenden Algorithmen ab: (1) Detektion und Modellierung des periodischen Gitters und (2) Kreuzkorrelation von überlappenden Bildteilen. Das periodische Gitter ist wichtig, damit man die Bilder aufeinander ausrichten und zusammenheften kann. Das Gitter befindet sich physisch auf der länglichen Kassette und bedeckt ihre ganze Oberfläche durchgehend. Somit sollte das Gitter auch in der entstehenden rekonstruierten Bildkomposition auf durchgehende Weise vorliegen.
  • AUFGABEN DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Aufzeichnen eines Strahlungsbilds eines länglichen Körpers, das die Mängel des Stands der Technik nicht aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Baugruppe zum Aufzeichnen eines Strahlungsbilds eines länglichen Körpers auf mehreren fotostimulierbaren Leuchtstoffschirmen mit jeweils einer Länge, die kleiner ist als die Länge des länglichen Körpers, wobei die Baugruppe die Mängel des Stands der Technik überwindet.
  • Weitere Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die oben erwähnten Aufgaben werden durch ein Verfahren wie in Anspruch 1 offenbart realisiert.
  • Die Mängel des Stands der Technik werden dadurch überwunden, dass eine Baugruppe von Kassetten regelmäßiger Größe anstatt eine Baugruppe von Schirmen in einer großen Kassette verwendet wird.
  • Bei einer Ausführungsform ist das strahlungsempfindliche aufzeichnende Glied ein fotostimulierbarer Leuchtstoffschirm. Man kann sich auch andere Ausführungsformen wie etwa eine Film-Verstärkerfolien-Kombination ausdenken.
  • Mehrere Anordnungen von Kassetten sind möglich und werden unten beschrieben.
  • Damit das ganze Bild des länglichen Körpers genau rekonstruiert werden kann, wird gleichermaßen ein Muster aus Referenzmarken auf den strahlungsempfindlichen (strahlungsdämpfenden) Gliedern in jeder der individuellen Kassetten aufgezeichnet.
  • Es sind mehrere Arten von Referenzmarken möglich. Bevorzugt wird jedoch ein Gitter aus strahlungsempfindlichem Material, das die ganze Länge der versetzten Kassettenanordnung bedeckt.
  • Während der Belichtung liegt das Gitter im Weg des Röntgenstrahls vor, was zu einem Bild mit einem Raster aus horizontalen und vertikalen parallelen dünnen Linien führt, die dem Strahlungsbild des länglichen Körpers überlagert sind. Linien auf einem Bild müssen sich notwendigerweise ständig und nahtlos in Linien des vorausgegangenen Bilds und des nächsten Bilds fortsetzen. Das Bild des Gitters führt den Radiologen somit beim Rekonstruieren des Bilds und wie unten näher erläutert wird.
  • Probleme, die mit der Tatsache verbunden sind, dass die Kassetten in der Baugruppe der vorliegenden Erfindung eine Dicke aufweisen, die nicht vernachlässigt werden kann, werden ebenfalls mit Hilfe des Bilds eines derartigen Gitters gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Stands der Technik, da die individuellen Schirme nicht länger in Dunkelkammerbedingungen gehandhabt werden müssen und das Risiko der versehentlichen Beschädigung der Schirme oder einer Verunreinigung mit Staub eliminiert wird, da die Schirme nicht länger aus den Kassetten herausgenommen werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die mit Hilfe der folgenden Zeichnungen illustriert ist. Es zeigen:
  • 1 einen mechanischen Aufbau für die Erfassung eines Bilds eines länglichen Körpers unter Verwendung von mehreren Kassetten regelmäßiger Größe in einer abwechselnden überlappenden Anordnung,
  • 2 einen mechanischen Aufbau für die Erfassung eines Bilds eines länglichen Körpers unter Verwendung eines Stapels von Kassetten regelmäßiger Größe in einer treppenartig überlappenden Anordnung,
  • 3 einen mechanischen Aufbau für die Erfassung eines Bilds eines länglichen Körpers unter Verwendung eines Stapels von Kassetten regelmäßiger Größe in einer schiefen überlappenden Anordnung,
  • 4 einen Gitterabdruck (durchgezogene Linien) in einem der durch das Verfahren der schrägen überlappenden Anordnung erhaltenen Teilbilder. Das Gitter kann bezüglich der Bildränder entweder auf Grund von Drehung des Schirms in der Kassette regelmäßiger Größe oder auf Grund von Drehung des Schirms bezüglich der Scanachse in der Auslesevorrichtung oder auf Grund einer Kombination der Fehlausrichtungen weiter gedreht werden. Die gestrichelten Linien (---) bezeichnen die Unterteilung in rechteckige, vertikale und horizontale Blöcke zur Profilberechnung, die gepunkteten Linien (...) bezeichnen die Mittellinien der entsprechenden Blöcke. Die Lochmarken (o) bezeichnen die Positionen der vertikalen Gitterlinien in den horizontalen Profilen, die Kreuzmarken (x) bezeichnen die Positionen der horizontalen Gitterlinien in den vertikalen Profilen,
  • 5 ein Blockschaltbild, das die verschiedenen Schritte des Algorithmus veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung im Folgenden in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben wird, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sein soll.
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Hilfe einer Ausführungsform dargestellt, bei der ein Röntgenbild zum Beispiel einer ganzen Wirbelsäule eines Patienten auf einer Reihe von fotostimulierbaren Leuchtstoffschirmen aufgezeichnet wird. Auf jedem dieser Schirme wird ein anderer Teil des Bilds der Wirbelsäule aufgezeichnet. Alle Schirme werden in einer Kassette mit regelmäßiger Größe mit Abmessungen befördert, die den Abmessungen des individuellen Schirms entsprechen.
  • Die Schirme werden in einer versetzten Anordnung getragen, in diesem Fall einer teilweise überlappenden versetzten Anordnung, so dass die Längsabmessung der Baugruppe der Kassetten mindestens so lang ist wie die Längsabmessung (die Länge) des länglichen Körpers.
  • Auf diese Weise kann ein Röntgenbild des länglichen Körpers in einer einzelnen Belichtung auf den aufzeichnenden Gliedern in der Baugruppe von Kassetten aufgezeichnet werden.
  • Die 1, 2, 3 zeigen verschiedene Konfigurationen einer Baugruppe aus mehreren Z Kassetten, wobei jede Kassette ein aufzeichnendes Glied hält. Diese Figuren zeigen auch einen mechanischen Aufbau zum Halten einer derartigen Baugruppe.
  • Eine Baugruppe umfasst einen starren Träger 3. Mehrere Kassetten 4 können an dem Träger 3 befestigt oder darin eingesetzt werden, so dass jede Kassette ihre Vorläufer- und/oder Nachfolgerkassette teilweise überlappt. Eine Baugruppe kann eine Frontplatte 6 an der Röhrenseite des Trägers umfassen. Eine derartige Frontplatte kann ein dichtedämpfendes (rechteckiges) Gitter und/oder ein Antistreugitter halten, die beide schematisch mit einer vertikalen Linie 7 angezeigt sind. Die Vorderseite (die der Röntgenstrahlröhre zugewandte Seite, die schematisch mit der Zahl 5 bezeichnet ist) der Frontplatte 6 besteht aus für Röntgenstrahlen transparentem Material, damit sie keine Strahlung absorbiert.
  • Eine zum Aufzeichnen eines Strahlungsbilds eines Patienten verwendete standardmäßige Wand-Bucky-Röntgenstrahlenaufzeichnungsvorrichtung 1 ist in diesen Figuren gezeigt. Der starre Träger 3 ist für vertikale Patientenkörperhaltungen in der vertikalen Position an dem Bucky montiert. Der Träger kann durch einen Haken 8 in die Wand-Bucky-Röntgenstrahlenaufzeichnungsvorrichtung eingehakt werden.
  • Alternativ kann der die Kassetten haltende Träger für horizontale Körperhaltungen horizontal (auf einem Belichtungstisch oder auf dem Boden) positioniert sein.
  • Die genaue Anordnung von Kassetten auf dem Träger ist nachfolgend ausführlich offenbart.
  • Außerdem werden die Konsequenzen erläutert, wenn an Stelle von aufzeichnenden Gliedern Kassetten in einer versetzten Anordnung verwendet werden.
  • Im Gegensatz zu der in der Patentveröffentlichung EP-A-866 342 offenbarten Situation, bei der zur Bildaufzeichnung eine einzelne längliche Kassette verwendet wird, wobei die Kassette eine Reihe von teilweise überlappenden aufzeichnenden Gliedern wie etwa fotostimulierbare Leuchtstoffschirme oder Schirm-Film-Kombinationen umfasst und wobei die Dicke der individuellen aufzeichnenden Glieder klein und vernachlässigbar ist, ist die Dicke der individuellen Kassetten bei der vorliegenden Erfindung bezüglich Verformungen eines Bilds des dämpfenden (rechteckigen) Gitters nicht vernachlässigbar.
  • Dieses Bild des dämpfenden rechteckigen Gitters wird als Führung zum Rekonstruieren des ganzen Bilds des länglichen Körpers aus den Teilbildern verwendet, die aus den individuellen aufzeichnenden Gliedern ausgelesen werden, die jeweils einen Teil des Bilds des länglichen Körpers tragen.
  • Weil die aufzeichnenden Glieder nicht koplanar sind, ist die Projektion der Rechtecke des dämpfenden Gitters für jeden Schirm anders und wird von Gleichungen der dreidimensionalen projektiven Geometrie bestimmt. Zur Verdeutlichung wird ein Weltkoordinatensystem (x, y, z) derart definiert, dass die x-Achse und die y-Achse in die vertikale und horizontale Richtung zeigen und die z-Achse in die Richtung senkrecht zur Bildebene (parallel zum Weg des Röntgenstrahleneinfalls) zeigt.
  • Im Kontext der vorliegenden Erfindung werden drei praktikable Anordnungen betrachtet; andere Kombinationen kann man sich ausdenken, ohne von dem Ziel und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Bei der in 1 dargestellten ersten Anordnung sind die aufzeichnenden Glieder perfekt parallel zu der dämpfenden Gitterebene, und ihre Entfernung zu der dämpfenden Gitterebene wechselt zwischen aufeinanderfolgenden Aufzeichnungsgliedern. Je größer die Entfernung zwischen einem Aufzeichnungsglied und dem dämpfenden Gitter, um so größer ist die Vergrößerung der projizierten Gitterrechtecke. Es gibt jedoch keine projektive Verzerrung (die projektiven Gitterlinien bleiben parallel).
  • Um den ganzen länglichen Körper abzudecken, werden mehrere Kassetten in einer überlappenden Anordnung verwendet.
  • Die Situation ist in 1b, 2b und 3b gezeigt. Versteckte Ränder von Teilbildern (Teilbilder oder parzielle Bilder sind Bilder eines Teils des länglichen Körpers, auf einem aufzeichnenden Glied in einer individuellen Kassette aufgezeichnet) werden durch eine gestrichelte Linie, sichtbare Teilbildgrenzen durch eine durchgehende Linie dargestellt.
  • Wegen eines abwechselnden Zoomfaktors zwischen ungeradzahligen und geradzahligen aufzeichnenden Gliedern wird diese Situation als die abwechselnde überlappende Anordnung bezeichnet.
  • Die in 2 gezeigte zweite Anordnung zeigt eine Treppe aus überlappenden aufzeichnenden Gliedern. Die Situation unterscheidet sich von der vorausgegangenen dadurch, dass mit Ausnahme des letzten Teilbilds bei jedem Teilbild sein unterer Teil von dem nächsten aufzeichnenden Glied gedämpft wird. Deshalb kann der Überlappungsbereich im ganzen Bildkompositionsprozess auf gleichförmige Weise behandelt werden. Der Zoomfaktor, der durch die stufenweise zunehmende Entfernung zwischen aufzeichnender Gliedebene und dämpfender Gitterebene verursacht wird, ist für jedes aufzeichnende Glied verschieden; die von den am weitesten weg gelegenen aufzeichnenden Gliedern erfassten Teilbilder erfordern deshalb möglicherweise eine relativ signifikante Abnahme des Zoomfaktors oder umgekehrt erfordern die durch die nächstgelegenen aufzeichnenden Glieder erfassten Teilbilder möglicherweise eine relativ signifikante Zunahme des Zoomfaktors. Dieser Fall wird als die treppenförmig überlappende Anordnung bezeichnet.
  • Der in 3 dargestellte dritte Fall ist ein Kompromiss zwischen den Mängeln der ersten beiden Fälle. Er zeigt eine Sequenz von geringfügig geneigten aufzeichnenden Gliedern, wobei der Neigungswinkel definiert ist als eine Funktion des Verhältnisses der Dicke der aufzeichnenden Glieder zur Höhe, so dass die entstehende Anordnung in ein minimales und perfekt vertikales Gehäuse passt. Diese Anordnung weist sowohl eine gleichförmige Überlappungskonfiguration für jedes aufzeichnende Glied als auch eine identische projektive Verzerrungsgeometrie auf. Die projektive Verzerrungsgeometrie ist jedoch von einem einfachen Zoomen (Vergrößerung oder Verkleinerung) verschieden. Von oben nach unten gehend erfährt der vertikale Zwischenlinienabstand ein linear zunehmendes oder abnehmendes Zoomen, je nachdem, ob der Neigungswinkel positiv oder negativ ist. Diese projektive Verzerrung ist jedoch für alle Bildgebungsschirme gleich.
  • Für diesen in 3 dargestellten Anordnungsfall nimmt der Zwischenlinienabstand von oben nach unten ab, wie in 4 schematisiert. Diese Erfassungsmodalität wird als die schräge überlappende Anordnung bezeichnet.
  • Für alle vorgelegten Fälle sind die aufzeichnenden Glieder in einem abnehmbaren mechanischen Aufbau befestigt, an dem das Dämpfungsgitter und das Antistreugitter fixiert werden können, wodurch das Ensemble für horizontale Körperhaltungen auf einem Beleuchtungstisch oder auf den Boden gelegt werden kann. Die entsprechenden horizontalen Anordnungen sind in 1c, 2c, 3c dargestellt.
  • Alle in 1, 2, 3 gezeigten Anordnungen weisen überlappende Kassetten auf. Anordnungen mit sich berührenden oder getrennten nicht-überlappenden Kassetten können ebenfalls erdacht werden. Sie sind suboptimale Lösungen, weil die Dicke des Gehäuses des aufzeichnenden Glieds sogar im Fall einer sich berührenden Anordnung verhindert, dass der diagnostische Bereich vollständig von dem Bereich des aufzeichnenden Glieds bedeckt wird.
  • Zusätzlich zu den dreidimensionalen projektiven Geometrieverzerrungen, die durch die dreidimensionale physische Anordnung der Schirme bezüglich des dämpfenden Gitters verursacht werden, bleiben die in der Patentveröffentlichung EP-A-866 342 behandelten Verzerrungen gleichermaßen präsent.
  • Der Klarheit halber werden diese klassischen Verzerrungen unten zusammengefasst:
    • – Verschiebung (y-Achse-Versetzung) eines Teilbilds bezüglich des nächsten oder vorausgegangenen Teilbilds,
    • – Überlappung (in der x-Achse) eines Teilbilds bezüglich des nächsten oder vorausgegangenen Teilbilds,
    • – Drehung des Gitters eines Teilbilds bezüglich des Gitters des nächsten oder vorausgegangenen Teilbilds,
    wobei der Winkel der Drehung das kombinierte Ergebnis aus (1) der nicht perfekten Ausrichtung der Ränder des aufzeichnenden Glieds bezüglich der perfekt horizontalen und vertikalen Achse unter der Annahme ist, dass die dämpfenden Gitterlinien perfekt horizontal und vertikal platziert sind; (2) des nicht perfekt geraden Durchlaufs in der digitalisierenden Vorrichtung des aufzeichnenden Glieds.
  • Um den in 1, 2, 3 dargestellten oben erwähnten Aufzeichnungsprozess zu verwenden, ist deshalb ein geeignetes Bildverarbeitungsverfahren erforderlich, um nicht nur die projektiven Geometrieverzerrungen zu kompensieren, sondern auch die in der Patentveröffentlichung EP-A-866 342 behandelten klassischen Verzerrungen.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung des auf einem der Teilbilder aufgezeichneten Gitters mit Definition von Koordinatenachsen und Kenngrößen. Das Bild wurde durch das Verfahren der schrägen überlappenden Anordnung von aufzeichnenden Gliedern verfasst, weshalb sich der Zwischenlinienabstand von vertikal verlaufenden Gitterlinien von oben nach unten verengt. Die Zwischenlinienentfernung von horizontal verlaufenden Gitterlinien bleibt konstant. Der im Folgenden offenbarte Algorithmus ist jedoch in der Lage, mit Verformungen von Gitterlinien von der perfekt Vertikalen und der perfekt Horizontalen gleichzeitig fertig zu werden. Der Ursprung des Koordinatensystems ist in der linken oberen Ecke, wobei die Koordinate m innerhalb einer Zeile von links nach rechts entlang verschiedenen Spalten (in der horizontalen Richtung) verläuft, die Koordinate n von oben nach unten entlang verschiedener Zeilen (in der vertikalen Richtung) verläuft. Die durchgehenden Linien stellen den Abdruck des dämpfenden Gitters auf dem Bild dar. Im Allgemeinen kann das durch die Gitterlinien aufgebildete Raster mit einem Winkel αh bezüglich der horizontalen Achse geneigt werden. Die Drehung ist entweder auf eine gedrehte Position des aufzeichnenden Glieds (z.B. einem Bildschirm) bezüglich der physischen Ränder der Kassette oder auf einen nicht perfekt geraden Schirmdurchlauf in der digitalisierenden Vorrichtung oder eine Kombination aus beiden zurückzuführen. Offensichtlich ist der resultierende Drehwinkel αh klein.
  • Grundlage der Operationen ist die Detektion und Charakterisierung des kontrastierenden Gitters, das ein rechteckiges Muster von weniger belichteten Pixeln in jedem der Teilbilder Sz, z = 1..Z erzeugt. Z ist die Gesamtzahl der zusammenzuheftenden Bilder und beträgt in der Regel 3 oder 4. Das Verfahren verallgemeinert jedoch zu jeder tatsächlichen Anzahl von Teilbildern. Das durch das Gitter im Teilbild St augebildete Muster wird vollständig charakterisiert durch das Wissen über (1) die Periode P h / z und P v / z zwischen den Gitterlinien in horizontaler bzw. vertikaler Richtung, (2) Liniengleichungen der individuellen horizontalen und vertikalen Gitterlinien nach Offenbarung durch die vorliegende Erfindung und (3) den Offset O h / z und O v / z der horizontalen und vertikalen Gitterlinien bezüglich des horizontalen Bildrands bzw. des vertikalen Bildrands. Eine Kenntnis der Mengen aus diesen Parametern ist eine notwendige und ausreichende Bedingung für die Rekonstruktion des Gitters in den Teilbildern und zum Ausbilden eines komponierten Gesamtbilds eines länglichen Körperteils durch Zusammenheften von Bildern.
  • Im Folgenden bezeichnen (i, j), (m, n) oder (x, y) Bildkoordinaten, (M, N) bezeichnen die Bildabmessungen. Ohne Verlust an Verallgemeinerung wird angenommen, dass alle Teilbilder gleiche Abmessungen aufweisen.
  • 5 zeigt den allgemeinen Fluss von Operationen, deren Schritte weiter kommentiert werden.
  • Gitterlinienmatrixextraktion
  • Dieser Schritt deckt alle Operationen auf niedriger Ebene ab, wie etwa in der Patentveröffentlichung EP-A-866 342 offenbart, um die Positionen von Gitterlinien in Blöcken von integrierten Linienprofilen zu extrahieren. Das Ausgangssignal dieses Schritts ist eine Sequenz von m bzw. n Koordinaten, die die Positionen der Kreise bzw. Kreuze in 4 bezeichnen.
  • Gitterlinienanpassung
  • Als Ergebnis des in der Patentanmeldung EP-A-97 200 857 angegebenen Stands der Technik werden zwei Gittermatrizen bestimmt, gv für die horizontale bzw. gv für die vertikale Richtung, wobei die Indizes aller auf diese Weise detektierten Gitterlinien gespeichert werden, dass die resultierende Anordnung von von Null verschiedenen Einträgen in einer Spalte von gh bzw. einer Zeile von gv alle den Zeilen- bzw. Spaltenorten der gleichen physischen Gitterlinie entsprechen. Indem mit Qh und Qv die Anzahl der Blöcke in der horizontalen bzw. vertikalen Richtung und die Anzahl detektierter Gitterlinien in den Sequenzen Gh und Gv mit
    Figure 00140001
    bzw.
    Figure 00140002
    bezeichnet werden, sind die Abmessungen von gh bzw. gv
    Figure 00140003
    bzw.
    Figure 00140004
    , so dass
    Figure 00140005
    horizontal orientiere Gitterlinien und
    Figure 00140006
    vertikal orientierte Gitterlinien detektiert sind. Die Sequenzen von Gitterlinienkoordinaten werden in einen Linienanpassungsschritt eingegeben, um jede Gitterlinie mit der Gleichung einer Geraden zu modellieren. Dazu werden die Zeilen- bzw. Spaltenkoordinaten der Gittermatrizen gh und gv einer linearen Regression unterzogen, die allgemein im Stand der Technik bekannt ist, wie etwa T. Pavlidis, Algorithms for Graphics and Image Processing, Computer Science Press, 1982, S. 281-292, Polygonal Approximations. Jede lineare Regression führt dazu, dass der Offset und die Steigung der angepassten Linie einer Gitterlinie entspricht. Für die
    Figure 00140007
    horizontal orientierten Gitterlinien gibt es Qh Datenpunkte für eine Linienanpassung, für die
    Figure 00140008
    vertikal orientierten Gitterlinien stehen Qv Datenpunkte für die Anpassung zur Verfügung. Die Gleichungen der resultierenden horizontal bzw. vertikal orientierten angepassten Linien lauten
    Figure 00140009
    in denen die Koeffizienten α und β die Steigung und der Achsenoffset der angepassten Linien sind. Natürlich könnte jede andere parametrisierbare Kurve die Gitterlinien modellieren, je nach der Art der projektiven Geometrieverzerrung. Wegen der Lochblenden-Röntgenstrahlenbeleuchtung und der planaren geometrischen Anordnung des aufzeichnenden Glieds bezüglich der Gitterebene jedoch bleiben Geraden unter Projektion Geraden, so dass die Geradenanpassung effektiv die Gitterliniendatenpunkte modelliert.
  • Gitterkalibrierung und Verformungsmessung
  • Die Liniengleichungen der Gitterlinien in jedem Teilbild dienen als Eingangssignal zum Bestimmen der Endposition der Gitterlinie in dem zusammengehefteten Bild. Jede horizontal verlaufende Gitterlinie wird entzerrt zu der perfekt Horizontalen, deren Position in diesem Schritt bestimmt wird. Analog wird jede vertikal verlaufende Gitterlinie entzerrt zu der perfekt Vertikalen, deren Position in diesem Schritt bestimmt wird.
  • Zudem wird die Zwischenlinienentfernung gleich der Periodizitätsentfernung gemacht, und zwar für alle horizontal und vertikal in den Teilbildern verlaufenden Gitterlinien. Die Periodizitätsentfernung wird in dem Schritt „Gitterlinienmatrixextraktion" abgeleitet.
  • Das Ergebnis des Gitterkalibrierungsschritts ist, dass alle zuvor aufgezählten Verformungen des idealen rechteckigen Gitters in einer assoziierten Menge von Verzerrungsliniengleichungen angegeben werden, die in dem Schritt der „Gitterlinienanpassung" angegeben sind. Die korrigierten Verformungen beinhalten Verschiebung eines Teilbilds bezüglich der anderen Teilbilder, Drehung eines Teilbilds bezüglich der anderen Teilbilder, Variieren der Zwischenlinienentfernung auf Grund des Zoomeffekts, verursacht durch verschiedene bildschirmdämpfende Gitterentfernungen und projektive Geometrieverzerrungen, die durch nichtparallele Schirm-Gitter-Konfigurationen verursacht werden.
  • Genauer gesagt bezeichnet die Größe Pv das Minimum aller Periodizitätsvektoren zwischen vertikal verlaufenden Gitterlinien des Ensembles von Z eingegebenen Teilbildern. Pv = min(Pvz ) z = 1..Zund wird dazu verwendet, die Entfernung zwischen vertikal verlaufenden Gitterlinien zu normieren. Für ein quadratisches physisches Gitter wird Pv dazu verwendet, die Entfernung zwischen horizontal verlaufenden Gitterlinien ebenfalls zu normieren, so dass bei Beendigung des Verwindungsprozesses ein perfekt quadratisches Gitter rekonstruiert sein wird. Für ein rechteckiges Gitter bezeichnet eine ähnliche Größe Ph das Minimum aller Periodizitätsvektoren zwischen horizontal verlaufenden Gitterlinien des Ensembles von Z eingegebenen Teilbildern. Ph = min(Phz ) z = 1..Z
  • Indem das Minimum der Menge von Periodizitätsvektoren genommen wird, wird sicher gestellt, dass jedes verwundene Teilbild der Größe des ursprünglichen Teilbilds entspricht, so dass keine diagnostischen Informationen verloren gehen.
  • Die Position β ^ v,z / 0 der ersten vertikal verwundenen Gitterlinie und die Positionen der verbleibenden Menge von vertikal verwundenen Gitterlinien werden wie folgt bestimmt
    Figure 00160001
    deren Positionen für alle Teilbilder Sz, z = 1..Z verschieden sind.
  • Die Position β ^ h,z / 0 der ersten horizontal verwundenen Gitterlinie und die Positionen der verbleibenden Menge von horizontal verwundenen Gitterlinien werden wie folgt bestimmt
    Figure 00160002
    wobei die Positionen für alle Teilbilder Sz, z = 1..Z verschieden sind.
  • Die Verzerrungswerte für die horizontal bzw. vertikal orientierten Gitterlinien sind gegeben durch
    Figure 00170001
    für alle Teilbilder Sz, z = 1..Z.
  • Zwei 2-dimensionale Verwindungsmatrizen werden für die horizontale bzw. vertikale Entzerrungsoperation definiert, indem die Verzerrungswerte für alle Positionen für zwei aufeinanderfolgende Gitterlinien
    Figure 00170002
    für alle Teilbilder Sz, z = 1..2 linear interpoliert werden. Teilbildverwindung durch stückweise lineare trennbare Entzerrung
  • Dieses Modul transformiert das Teilbild derart, dass (1) jede vertikale angepasste Gitterlinie zu der perfekt vertikalen Ziellinie entzerrt wird und das Ensemble aus allen vertikalen Ziellinien äquidistant ist; (2) jede horizontale angepasste Gitterlinie zu der perfekt horizontalen Ziellinie entzerrt wird und das Ensemble aus allen horizontalen Ziellinien äquidistant ist; (3) die auf jedes Pixel zwischen den vertikalen Ziellinien (bzw. horizontalen Ziellinien) angewendete Verzerrung erreicht wird durch lineare Interpolation der Verzerrung, die mit der linken (oberen) angepassten Linie und der rechten (unteren) angepassten Linie verbunden ist. Deshalb wird die Gesamtoperation als Bildverwindung bezeichnet, da die lokalen Verschiebungen platzabhängig sind und durch stückweise lineare Entzerrung durchgeführt werden, wobei die Verzerrungswerte stückweise linear entlang der Verzerrungsrichtung variieren und ihre Steuerpunkte durch die mit den Gitteranpassungslinien assoziierten Verzerrungswerten definiert werden.
  • Da die Verzerrungswerte Gleit-Werte sind, muss das Problem der Bildneuabtastung in einem diskreten Gitter behandelt werden. Die Interpolation ist der Prozess des Bestimmens der Werte einer Funktion bei Positionen, die zwischen ihren Abtastwerten liegen. Da die Interpolation das in dem Abtastprozess durch Glätten der Datenabtastproben verloren gegangene Signal mit der Interpolationsfunktion rekonstruiert, lautet eine wichtige Frage, wie die Bildschärfe beim Maximum gehalten werden kann. Die Leistung der Interpolation im Passband und Stoppband, die numerische Genauigkeit und der Rechenaufwand von interpolierenden Algorithmen hängen deshalb von dem Interpolationskern ab. Zusätzlich zu der Wahl des Interpolationsalgorithmus ist ein Rechenverfahren erdacht worden, um den Interpolationsprozess in die oben erwähnte Entzerrungsoperation zu integrieren. Die Abtasttheorie stellt fest, dass die sinc-Funktion der ideale Interpolationskern ist. Obgleich dieser Interpolationsfilter exakt ist, ist er unpraktisch, da er ein IIR-Filter ist, der durch eine langsam konvergierende unendliche Summe definiert ist. Der zweit-optimale Interpolationskern mit lokalem Ausmaß über 4 Punkte wird von der interpolierenden kubischen B-Spline angeboten. Der interpolierte Datenwert wird wie folgt erhalten für die horizontale Entzerrungsoperation
    Figure 00180001
    wobei der interpolierende Kern h der kubischen B-Spline gegeben ist durch die folgenden stückweise kubischen Polynome, manchmal als das Parzen-Fenster bezeichnet
    Figure 00190001
    wobei Δh(m, n) die oben definierte horizontale zweidimensionale Verzerrungsmatrix ist. Die Matrix T h / z (m,n) wird erhalten durch Lösen der folgenden Menge von N Gleichungen, wobei eine Menge für jede Zeile n definiert ist durch eine tri-diagonale Matrix
    Figure 00190002
  • Die Entzerrungsoperation wird unabhängig in der horizontalen und vertikalen Richtung ausgeführt. Das Ergebnis der Ausgabe der horizontalen Entzerrung S ^ h / z(m,n) wird unter Verwendung des gleichen Entzerrungsalgorithmus in die vertikale Entzerrungsoperation eingegeben, um das gedrehte Endbild S ^z(m,n) = S ^ hv / z(m,n) zu erzeugen. Das entstehende Bild zeigt das in seine ursprüngliche Form geometrisch korrigierte verformte Gitter, das heißt als zwei Mengen von zueinander orthogonal gleichmäßig beabstandeten perfekt geraden und parallelen Linien. Da weiterhin der Offset (Abstand zum Bildrand) der ersten vertikalen Gitterlinie für alle Teilbilder gleich ist, stellt die Operation die perfekte Stetigkeit (Kolinearität) der vertikal orientierten entzerrten Gitterlinien in der Bildkomposition sicher. Analog wird die perfekte Stetigkeit der Periodizität von horizontalen korrigierten Gitterlinien durch Einschränkungen garantiert, die der Überlappungsberechnung und -bestimmung auferlegt werden, wie aus der Patentanmeldung EP-A-97 200 857 offenbart.
  • Weitere Bildinterpolationsverfahren lassen sich auf der Basis des Stands der Technik ausdenken, wie beispielsweise in G. Wolberg, Digital Image Warping, IEEE Computer Society Press Monograph, 1990, vorgestellt.
  • Überlappungsbildkorrelation
  • Dieser Schritt läuft ab, wie in der Patentveröffentlichung EP-A-866 342 offenbart, wobei die verwundenen Teilbilder und die Gittermodellparameter als Eingabe zu dem Prozess verwendet werden.
  • Bildzusammenheftung
  • Dieser Schritt läuft ab, wie in der Patentveröffentlichung EP-A-866 342 offenbart, wobei die verwundenen Teilbilder und die Überlappungswerte als Eingabe zu dem Prozess verwendet werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Auf zeichnen eines Strahlungsbilds eines länglichen Körpers einer gegebenen Länge, mit den folgenden Schritten: – Anordnen mehrerer Kassetten, die jeweils ein strahlungsempfindliches aufzeichnendes Glied umfassen und jeweils eine Länge aufweisen, die kleiner ist als die Länge des länglichen Körpers, und zwar in einer versetzten Anordnung, so dass im Wesentlichen die ganze Länge des länglichen Körpers in einem einzigen Belichtungsschritt auf den mehreren Kassetten aufgezeichnet werden kann, – gleichzeitiges Belichten der mehreren Kassetten mit dem Strahlungsbild des länglichen Körpers und mit einem Gitter aus dem von dem Material – Lesen von Parzialbildern, die in jedem der aufzeichnenden Glieder gespeichert sind, die von den Kassetten befördert werden, um digitale Partialbilder zu erzeugen, – Rekombinieren der digitalen Partialbilder, um ein Bild des länglichen Körpers auf der Basis einer Rekombination von Partialbildern des Gitters aus dem dämpfenden Material herzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die versetzte Anordnung eine Anordnung ist, bei der sich die Kassetten zumindest teilweise überlappen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die versetzte Anordnung eine abwechselnde überlappende Anordnung ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die versetzte Anordnung eine treppenmäßig überlappende Anordnung ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die versetzte Anordnung eine schräge überlappende Anordnung ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aufzeichnenden Glieder fotostimulierbare Leuchtstoffschirme sind.
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