DE69825090T2

DE69825090T2 - Bilderfassungsverfahren und Vorrichtung

Info

Publication number: DE69825090T2
Application number: DE69825090T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Ohta-ku Inoue
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: EP0855678A3; EP0855678B1; US6219405B1; EP0855678A2; JPH10210369A; DE69825090D1; JP3880117B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtastung eines Röntgenstrahlbildes unter Verwendung eines Fluoreszenzgliedes zum Umsetzen der Röntgenstrahlung in Lichtstrahlung, und auf einen Halbleiterbildsensor mit einer Vielzahl von Pixeln, die auf die Lichtstrahlung ansprechen.
Mit den letzten Fortschritten in der Technologie der Vorrichtungen zur Bildabtastung ist es möglich geworden, eine Abtastvorrichtung mit großflächigem Bild zu realisieren, wobei eine große Anzahl photoelektrischer Umsetzungselemente verwendet wird, und die in der Lage ist, ein hochqualitatives großflächiges Bild mit hoher Auflösung abzutasten. Derartige neuerliche Fortschritte in der Technologie machen es auch möglich, Strahlungsbildinformationen zu erfassen, wie ein Röntgenstrahlbild zur Verwendung bei der medizinischen Untersuchung, direkt durch eine Abtastvorrichtung hoher Auflösung mit großflächigem Bild anstelle der Verwendung eines herkömmlichen Silberhalogenidfilms. Derartige Strahlungsinformationen lassen sich in digitale elektronische Informationen zur weiteren verschiedenartigen Verarbeitung umsetzen.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein Beispiel des grundsätzlichen Aufbaus einer Abtastvorrichtung für Röntgenstrahlen darstellt, die einen Halbleiterbildsensor verwendet. Die in 1 gezeigte Vorrichtung gleicht der in der deutschen Patentanmeldung DE-A-19 604 631 offenbarten. In 1 bedeutet Bezugszeichen 1 einen Röntgenstrahlgenerator, Bezugszeichen 2 bedeutet eine Fluoreszenzplatte zum Umsetzen eines Röntgenstrahls in sichtbares Licht, Bezugszeichen 3 bedeutet ein optisches System, und Bezugszeichen 4 bedeutet einen Halbleiterbildsensor.
Der vom Röntgenstrahlgenerator 1 erzeugte Röntgenstrahl durchstrahlt ein zu untersuchendes Objekt 15, wenn es solch ein Objekt gibt, und fällt auf die Fluoreszenzplatte 2. Gibt es kein Objekt, dann trifft der Röntgenstrahl direkt auf die Fluoreszenzplatte 2. Die Fluoreszenzplatte dient als Wellenlängenumsetzer zum Umsetzen des Röntgenstrahls in Licht mit sichtbarer Wellenlänge durch den Halbleiterbildsensor 4.
Das von der Fluoreszenzplatte 2 erzeugte Fluoreszenzlicht wird durch das optische System auf einen zweidimensionalen Halbleiterbildsensor 4 fokussiert, der Bildinformationen unter Verwendung einer CCD oder einer ähnlichen Einrichtung mit einer Vielzahl photoelektrischer Umsetzelemente abtastet.
Bezugszeichen 8 bedeutet einen Taktgenerator, der ein Grundtaktsignal erzeugt, das den zweidimensionalen Halbleiterbildsensor 4 und andere Schaltungseinrichtungen ansteuert. Bezugszeichen 9 bedeutet einen Steuersignalgenerator, der verschiedene Steuersignale auf der Grundlage des Taktsignals erzeugt. Bezugszeichen 5 bedeutet einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer), der das Signal aus dem Halbleiterbildsensor 4 in ein digitales Signal umsetzt, das über eine Signalleitung 12 geliefert wird. Bezugszeichen 10 bedeutet eine Einrichtung, die über einen Speicher (Dunkelausgabedatenspeicher) verfügt, der Daten speichert, die den Pegel (Dunkelpegel) des Signals aus dem Halbleiterbildsensor 4 darstellt, wenn es kein Eingangssignal gibt. Im normalen Betrieb zieht ein Subtrahierer 6 den Dunkelpegel vom Signal aus dem Halbleiterbildsensor 4 ab und gibt das sich ergebende Signal über eine Signalleitung 13 aus. Bezugszeichen 11 bedeutet eine Einrichtung, die über einen Speicher (Schattierungsspeicher) verfügt, der Bilddaten speichert, die man erhält, wenn es kein Objekt, wie einen zu untersuchenden menschlichen Körper 15, gibt. Diese Daten stellen die Schattierungsverteilung einschließlich der Variation der Umsetzungseffizienz aus einem photoelektrischen Umsetzelement zu einem anderen des Halbleiterbildsensors 4 dar. Ein Teiler 7 teilt aktuelle Bilddaten, die in einem Normalmodus von den Daten herangezogen wurden, die im Speicher 11 gespeichert sind, um so eine Korrektur hinsichtlich des Schattierungseffektes auszuführen, einschließlich der Variation in der Umsetzeffizienz der photoelektrischen Umsetzelemente. Die korrigierten Daten werden über eine Signalleitung 14 abgegeben.
Wird ein aktuelles Röntgenstrahlbild herangezogen, dann erfolgt zunächst das Ansteuern des Halbleitersensors unter der Bedingung, daß kein Röntgenstrahl erzeugt wird, und das gewonnene Dunkelausgangssignal wird im Dunkelausgangsdatenspeicher 10 gespeichert. Dann wird ein Röntgenstrahl unter der Bedingung erzeugt, daß es kein Objekt, wie einen zu untersuchenden menschlichen Körper gibt, und ein Bildsignal wird über den Halbleiterbildsensor 4 aufgenommen. Die Bilddaten werden reduziert um einen Betrag gemäß den Dunkelausgangsdaten, und das Ergebnis, das den Schattierungseffekt und die Variation in der Umsetzeffizienz der photoelektrischen Umsetzelemente enthält, wird im Schattierungsspeicher 11 gespeichert.
Wenn man annimmt, daß ein Röntgenstrahl auf die Fluoreszenzplatte mit einheitlicher Energie über die Fluoreszenzplatte auftrifft, und wenn der Röntgenstrahl von Fluoreszenzplatte in sichtbares Licht umgesetzt wird mit einer gleichförmigen Umsetzeffizienz, dann ist zu erwarten, daß der Halbleiterbildsensor 4 ein gleiches Ausgangssignal für alle Pixel bereitstellt. Wenn unter den obigen Bedingungen es Variationen im Ausgangssignal gibt, wenn es kein zu untersuchendes Objekt gibt, kann die Variation des Ausgangssignals berücksichtigt werden, um von der Variation der Umsetzeffizienz und der photoelektrischen Umsetzelemente wegzukommen. Wenn dieses Ausgangssignal um einen Betrag entsprechend dem Ausgangssignal reduziert wird, das jedes photoelektrische Umsetzelement abgibt, wenn es keinen auftreffenden Röntgenstrahl gibt, dann stellt das Ergebnis das reine Ausgangssignal eines jeden photoelektrischen Umsetzelements für die maximal auftreffende Energie des Röntgenstrahls dar.
Aus diesem reinen Ausgangssignal ist es möglich, Schattierungsdaten zu gewinnen, obwohl die Daten üblicherweise die Variation in der Umsetzeffizienz der photoelektrischen Umsetzelemente einschließen.
Im nächsten Schritt zur Erzielung der Bildinformation wird ein Bild unter der Bedingung aufgenommen, daß es ein Objekt gibt, wie einen zu untersuchenden menschlichen Körper. Der Subtrahierer 6 beseitigt das Dunkelausgangssignal aus dem Bildsignal und weiterhin korrigiert der Teiler 7 das Bildsignal hinsichtlich dem Schattierungseffekt und der Variation der Umsetzeffizienz von den photoelektrischen Umsetzelementen. Das korrigierte Signal wird über die Signalleitung 14 abgegeben.
Bei der zuvor beschriebenen herkömmlichen Technik ist es erforderlich, einen Röntgenstrahl zu erzeugen, um die Korrekturinformation über den Schattierungseffekt und die Variation in der Umsetzeffizienz der photoelektrischen Umsetzelemente zu erhalten. Wenn der Röntgenstrahl erzeugt wird, um Korrekturinformation zu jeder Zeit einer Bildaufnahme zu erhalten, wird die Lebensdauer einer Röntgenstrahlröhre durch die unsinnige Operation verschwendet. Eine derartige Operation zum Erzielen der Korrekturinformationen, wann immer ein Bild aufgenommen wird, führt weiterhin zu einer großen Verlängerung der Betriebszeit. Somit ist es wünschenswert, daß der Betrieb des Erzielens von Korrekturinformationen über die Schattierungswirkung und die Variation in der Empfindlichkeit der photoelektrischen Umsetzelemente in ziemlich langen Zeitintervallen ausgeführt wird, beispielsweise einmal pro Tag.
Der Ort des Röntgenstrahlgenerators bezüglich des Ortes der Bildabtastvorrichtung wird jedoch im allgemeinen von Zeit zu Zeit während eines Tages zur Bequemlichkeit der Untersuchungen bewegt. Dies kann eine bedeutsame Änderung im Schattierungszustand hervorrufen.
2 ist eine eindimensionale Darstellung der Änderung der Schattierungsgestalt aufgrund einer Änderung der Lage vom Röntgenstrahlgenerator. In 2 stellt die Horizontalachse die Pixelpositionen dar, und die vertikale Achse stellt das Ausgangssignal der photoelektrischen Umsetzelemente dar. Daten 31 stellen die Anfangsschattierungsgestalt dar, und Daten 32 stellen die Schattierungsgestalt dar, nachdem der Röntgenstrahlgenerator vom Ursprungsort wegbewegt worden ist. Wie ersichtlich, treten Variationen bei der gesamten Schattierungsgestalt auf.
In der Praxis ist die Verteilung von Röntgenstrahlintensität nicht gleichförmig, sondern variiert eher allmählich, so daß die Intensität nahe der Mittenposition maximal wird, wie durch die Kurven 31' und 32' dargestellt. Kleine Variationen in der photoelektrischen Umsetzeffizienz von Pixel zu Pixel sind der Strahlungsverteilung 31' oder 32' des Röntgenstrahls überlagert, und somit kann die Gesamtverteilung bis nach oben zur konvexen Kurve einschließlich geringer Fluktuationen dargestellt werden, wie im Falle der in 2 gezeigten Daten 31 und 32.
Das heißt, Daten 31 und 32 stellen die Gesamtschattierungskennlinie an jeweiligen Orten des Röntgenstrahlgenerators dar. In 2 stellt Linie 33 das Ausgangssignal dar, das man erhält durch Ausführen der zuvor beschriebenen Korrekturverarbeitung. Obwohl kleine Variationen aufgrund der Variationen in der Umsetzeffizienz von einem photoelektrischen Umsetzelement zum anderen gut auf der Grundlage der Korrekturdaten korrigiert werden, gewonnen für die jeweiligen Orte der photoelektrischen Umsetzelemente, führt die Differenz zwischen den Daten 31 und 32 aufgrund der Verschiebung der Röntgenstrahlintensitätsverteilungsergebnisse zu einer unerwünschten Neigung in der Gesamtkennlinie.
Dies läßt sich durch die Tatsache verstehen, daß wenn es zwei Funktionen gibt, die sowohl die gleiche Gestalt haben, die glatt und nach oben konvex ist, wenn die Mitte einer Funktion von der Mitte der anderen verschoben ist, und wenn eine Funktion durch die andere geteilt ist, dann invertiert sich der relative Wert an einem Punkt, bei dem die beiden Funktionen einander kreuzen.
Wie zuvor beschrieben, erzeugt die Röntgenstrahlintensitätsverteilung einen unerwünschten Effekt bei den korrigierten Daten. Dieser Effekt kann zu einer künstlichen und unnatürlichen Modifizierung der Bilddaten führen. Da die Bilddaten, die vom Halbleiterbildsensor aufgenommen werden, in allen folgenden Prozessen weiterverwendet werden, ist es wünschenswert, daß die Bilddaten keinerlei unerwünschte Modifikation enthalten.
Das hiesige Verfahren der Röntgenstrahlbildabtastung ist der Art, wie es im Dokument DE-A-19 604 631 offenbart ist, das eine Bilderfassungsvorrichtung verwendet, bereitgestellt mit einem Leuchtstoffglied, das Röntgenstrahlen in Lichtstrahlen umsetzt, und mit einem Festkörperbildsensor mit einer Vielzahl von Pixeln, die auf die Lichtstrahlung reagieren; mit den Verfahrensschritten:
Erzielen von Korrekturbilddaten aus durch Ausführen einer Röntgenstrahlbelichtung bei Abwesenheit jeglichen Gegenstands zwischen einer Röntgenstrahlquelle und dem Leuchtstoffglied gewonnenen Sensorausgangsdaten;
Erzielen von Gegenstandsabbildungsdaten durch Ausführen einer Röntgenstrahlbelichtung mit einem Gegenstand zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem Leuchtstoffglied; und
Korrigieren der Gegenstandsabbildungsdaten unter Verwendung der gewonnenen Korrekturbilddaten.
18A Nach der vorliegenden Erfindung ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt des Erzielens von Korrektuxabbildungsdaten das Trennen der Strahlungsverteilungskomponenten der Röntgenstrahlquelle (1) und der Variationsverteilungskomponenten der Umsetzeffizienz anderer Pixel in den Sensorausgabedaten umfaßt, wobei das Trennen durch einen beliebigen der Schritte erfolgt: (a) Analysieren der Sensorausgangsdaten, funktionelles Annähern an die Strahlungsverteilung und die Variationsverteilung; (b) Durchlaufen der Sensorausgangsdaten durch ein zweidimensionales Tiefpaßfilter; oder (c) Auslesen ungeänderter Komponenten der Sensorausgangsdaten, die man gewinnt, wenn die Röntgenstrahlbelichtung bei Abwesenheit irgendeines Gegenstands wiederholt für unterschiedliche Positionen des Festkörperabbildungssensors (4) bezüglich der Röntgenstrahlquelle (1) erfolgt; und
Ausführen des Schrittes der Korrektur von Gegenstandsabbildungsdaten unter Verwendung separierter Variationsverteilungskomponentendaten als Korrekturabbildungsdaten.
Die hiesige Vorrichtung zur Bildabtastung ist von der Art, wie sie im Dokument DE-A 19 604 631 offenbart ist, mit einem Leuchtstoffglied zum Umsetzen von Röntgenstrahlung in Lichtstrahlung, einem Festkörperabbildungssensor mit einer Vielzahl von Pixeln, die die Lichtstrahlung erfassen, und einem Verarbeitungsmittel zum Verarbeiten der Sensorausgangsdaten, um Korrekturabbildungsdaten zu erzielen, wenn die Sensorausgangsdaten durch Ausführen einer Röntgenstrahlbelichtung bei Abwesenheit irgendeines Gegenstands gewonnen sind, um die Sensorausgangsdaten zu verarbeiten, damit Gegenstandsabbildungsdaten erzielt werden, wenn die Sensorausgangsdaten durch Ausführen einer Röntgenstrahlbelichtung bei Anwesenheit eines Gegenstands gewonnen sind, und zur Korrektur der Gegenstandsabbildungsdaten unter Verwendung der gewonnenen Korrekturabbildungsdaten.
Nach der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Verarbeitungsmittel ausgestattet ist mit einem Mittel zum Trennen der Strahlungsverteilungskomponenten von der Röntgenstrahlung und den Variationsverteilungskomponenten der Umsetzeffizienz eines jeden Pixels in den durch Röntgenstrahlbelichtung bei Abwesenheit irgendeines Gegenstands gewonnenen Sensorausgangsdaten enthält, und einem Mittel zum Speichern der von den Sensorausgangsdaten getrennten Variationsverteilungskomponentendaten zur Verwendung als Korrekturbilddaten, wobei das Mittel zum Trennen eines der folgenden ist:

(a) ein Mittel zum Analysieren der Sensorausgangsdaten, die diese an die Strahlungsverteilung und die Variationsverteilung funktional annähern;
(b) ein zweidimensionalen Tiefpaßfilter; oder
(c) ein Mittel zum Auslesen ungeänderter Komponenten der Sensorausgangsdaten, die man gewinnt, wenn die Röntgenstrahlbelichtung wiederholt bei Abwesenheit irgendeines Gegenstands für unterschiedliche Positionen vom Festkörperabbildungssensor relativ zu einer Röntgenstrahlquelle erfolgt.

Das abgetastete Bild wird hier in der Weise korrigiert, daß nur die Variationen der Fluoreszenzkennlinie des Fluoreszenzgliedes und die photoelektrische Umsetzeffizienz auf der Grundlage der Daten korrigiert werden, die die Variationsverteilung von Pixel zu Pixel der Umsetzeffizienz darstellen, ohne daß irgendeine Korrektur hinsichtlich der Strahlungsintensitätsverteilung erfolgt, wodurch unerwünschte Artefakte am Auftreten in den korrigierten Bilddaten verhindert werden.
Selbst wenn die Röntgenstrahlintensitätsverteilung aufgrund der Verschiebung der Position der Röntgenstrahlquelle oder des Halbleiterbildsensors variiert, tritt somit kein Artefakt, wie eine unnatürliche Neigungsschattierung auf, weil die Korrektur nur in Hinsicht auf die Variationen der Umsetzeffizienz der photoelektrischen Elemente erfolgt.
Im obigen Verfahren kann der Schritt des Trennens der Strahlungsintensitätsverteilung bewerkstelligt werden durch Bestimmen einer Funktion, die separate Ausdrücke enthält, die ungefähr die Strahlungsverteilung darstellen bzw. die Variation der Verteilung der Umsetzeffizienz, wodurch die Strahlungsverteilung separiert wird. Alternativ kann der Schritt des Trennens der Strahlungsintensitätsverteilung auch bewerkstelligt werden durch Durchlassen der Verteilungsdaten durch ein zweidimensionales Tiefpaßfilter, wodurch die Trennung erfolgt.
Im obigen Verfahren kann das Trennen der Strahlungsdichteverteilung auch bewerkstelligt werden: Messen der Verteilungsdaten für eine Vielzahl verschobener Positionen des Halbleiterbildsensors; Auslesen aus den Verteilungsdaten, gewonnen für die Vielzahl von verschobenen Positionen, einer Komponente, die unverändert bleibt, ungeachtet der Verschiebung der Position im Halbleiterbildsensor; und Verwenden der gewonnenen Komponente als Variationsverteilung der Umsetzeffizienz.
Die Bestimmung der Funktion kann den Schritt des Ausführens nichtlinearer Regressionsanalyse oder einer anderen Regressionsanalyse enthalten.
Das Mittel zum Trennen der Strahlungsintensitätsverteilung kann in dieser Vorrichtung Mittel zum Bestimmen einer Funktion enthalten, einschließlich separater Ausdrücke, die ungefähr die Strahlungsverteilung darstellen bzw. die Variationsverteilung der Umsetzeffizienz, wodurch die Strahlungsverteilung separiert wird. Das Mittel zum Separieren der Strahlungsintensitätsverteilung kann alternativ ein zweidimensionales Tiefpaßfilter enthalten, wodurch die Trennung bewerkstelligt wird durch Durchlassen der Schattierungsverteilungsdaten durch ein zweidimensionales Tiefpaßfilter. Ein noch anderer alternativer Weg besteht darin, das Mittel zum Trennen der Strahlungsintensitätsverteilung Mittel zum Messen der Verteilungsdaten für eine Vielzahl verschobener Positionen vom Halbleiterbildsensor enthält, Auslesen aus den Verteilungsdaten, gewonnen für die Vielzahl verschobener Positionen, einer Komponente, die unverändert bleibt, ungeachtet der Verschiebung einer Position des Halbleiterbildsensors, und Verwenden der gewonnenen Komponente als Variationsverteilung der Umsetzeffizienz.
Mit der Vorrichtung zur Bildabtastung, die mit einem Halbleiterbildsensor ausgerüstet ist, der über eine Vielzahl von Pixeln verfügt, nach der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, die Komponente der auftreffenden Strahlungsintensitätsverteilung von den Anfangsschattierungsdaten der Vorrichtung zu trennen, die auf beliebige Anfangsbedingungen eingestellt ist, wodurch die Fluoreszenzkennlinie eines Fluoreszenzgliedes und die Pixel-zu-Pixel-Variationen der Umsetzeffizienz vom Halbleiterbildsensor ausgelesen werden. Wenn das abgetastete Bild korrigiert ist, ist es möglich, nur die Variationen der photoelektrischen Umsetzeffizienz auf der Grundlage der Daten zu korrigieren, die die Pixel-zu-Pixel-Variationsverteilung der Umsetzeffizienz darstellen, ohne daß irgendeine Korrektur in Hinsicht auf die Strahlungsintensitätsverteilung erfolgt, wodurch ein Artefakt am Auftreten in den korrigierten Bilddaten verhindert wird.
In einem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Dichteverteilung der Strahlung so zu trennen, daß Röntgenstrahlen und Pixel-zu-Pixel-Variationen der Umsetzeffizienz von den photoelektrischen Umsetzelementen des Halbleiterbildsensors zu trennen, und somit wird es möglich, nur die Variationsverteilung der photoelektrischen Umsetzelemente zu korrigieren, ohne die Strahlungsintensitätsverteilung zu korrigieren, wodurch Artefakte unterdrückt werden, wie unnatürlich geneigte Schattierung aufgrund der Verschiebung der Position der Röntgenstrahlröhre.
Im in 2 gezeigten spezifischen Beispiel stellt Bezugszeichen 31' und Bezugszeichen 32' die Röntgenstrahlintensitätsverteilung dar, die in den Daten 31 bzw. in den Daten 32 gewonnen werden. In jedem Fall werden geringe Fluktuationen (Variationen der Umsetzeffizienz photoelektrischer Umsetzelemente) beseitigt durch Korrigieren gemäß der vorliegenden Erfindung, und nur graduell variierende Verteilung (Strahlungsintensitätsverteilung) bleibt zurück, wie durch Bezugszeichen 31' und 32' dargestellt. Graduell variierende Strahlungsintensitätsverteilung ist aufgrund der Verschiebung der Position der Röntgenstrahlröhre gegeben und existiert auch in Bildern, die nach der herkömmlichen Technik unter Verwendung eines Silberhalogenidfilms auftreten. Das Beseitigen derartiger Strahlungsintensität ist nicht von Bedeutung. Jedoch ist es von größerer Bedeutung, ein Artefakt zu vermeiden, wie das unter Bezugszeichen 33 gezeigte, damit dieses im korrigierten Bildsignal nicht auftritt. In Hinsicht des obigen stellt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, wobei keinerlei derartiger Artefakte auftreten.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1, 3 und 6 sind vereinfachte Blockdiagramme, die Beispiele einer Vorrichtung zur Bildabtastung darstellen;
2 ist ein Graph, der ein Artefakt darstellt, das beim Variieren von Schattierungseigenschaften auftrifft;
4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Korrektureinheit A darstellt; und
5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Korrektureinheit A darstellt.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen, ausgeführt durch die zuvor beschriebenen Mittel nach der vorliegenden Erfindung, ist als erstes nachstehend beschrieben.
Emittiert eine Punktquelle einen Röntgenstrahl, dann variiert die Strahlungsintensität des Röntgenstrahls im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat der Entfernung. Die Verteilung der Röntgenstrahlung kann somit durch folgende einfache Gleichung dargestellt werden: H(x, y) = K/{x – x0)2 + (y – y0)2 + L2} ... (1) wobei x und y Koordinaten über die Bildabtastvorrichtung sind, K bedeutet die Strahlungsintensität an der Punktquelle, L bedeutet die Entfernung zur Bildabtastvorrichtung, und x₀ und y₀ sind Koordinaten der Punktquelle, gemessen von der Bildebene.
In der Praxis kann eine beliebige Röntgenstrahlröhre als Punktquelle angesehen werden, und folglich ist die tatsächliche Verteilung der Röntgenstrahlintensität weitaus komplizierter. Die Verteilung ist in ihrer Variation jedoch mäßig.
Wenn es kein Objekt gibt, wie einen zu untersuchenden menschlichen Körper, wenn die Strahlung des Röntgenstrahls erfaßt wird durch den Halbleiterbildsensor, dann wird das Ausgangssignal der Vorrichtung zur Bildabtastung folgendermaßen angegeben: P(xi, Yj) = H(xi, yj) × G(xi, yj)(1 ≤ i ≤ n, 1 ≤ j ≤ m)... (2)wobei H(x_i, y_i) die Röntgenstrahlverteilung und G (x_i, y_i) die Empfindlichkeit der jeweiligen photoelektrischen Umsetzelemente des Halbleiterbildsensors ist, dargestellt als Funktion des Ortes (x, y) der photoelektrischen Umsetzelemente, n die Anzahl von Halbleiterbildsensorelementen ist, gezählt in x-Richtung, und m die in y-Richtung gezählten sind.
Bildet man den Logarithmus von Gleichung (2), kommt man zu: log (P(xi, yj)) = log(H(xi, yj)) + log(G(xi, yj)) ... (3)
Das Ausgangssignal P(x_i, y_i) der Bildabtastvorrichtung, dargestellt durch Gleichung (3) in logarithmischer Form, enthält eine Hochfrequenzkomponente entsprechend geringfügigen Variationsanstiegs von den Variationen in der Empfindlichkeit log (G(x_i, y_j)) der photoelektrischen Umsetzelemente und enthält auch eine graduelle Variation der entsprechend der Röntgenstrahlintensitätsverteilung log(H(x_i, y_j)).
Der Ausdruck log(G(x_i, y_j)), der die Variation der Empfindlichkeit der photoelektrischen Umsetzelemente darstellt, und der Ausdruckt log(H(x_i, y_j)), der die Variation der Röntgenstrahlverteilung darstellt, lassen in vielerlei Weise voneinander trennen. Beispielsweise wird log(G(x_i, y_j)) als im wesentlichen unabhängig von der Röntgenstrahlintensitätsverteilung angesehen, und von (H(x_i, y_j) wird angenommen, mit der Gleichung (1) angegeben zu sein, und dann können die Parameter K, x₀, y₀ und L mittels nichtlinearer Regressionsanalyse so bestimmt werden, daß der folgende Wert minimal wird: Σ(i, j)(log(P(xi, yj)) – log(H(xi, yi)))2
Die Berechnung ist nicht unbedingt erforderlich, für alle Punkte ausgeführt zu werden, kann aber für repräsentative Punkte (beispielsweise alle paar Punkte) ausgeführt werden.
Wenn es schwierig ist, eine nichtlineare Regressionsanalyse anzuwenden, kann eine Regressionsanalyse ausgeführt werden beispielsweise unter der Annahme, daß H (x, y) eine Polynomebene ist, in der x und y voneinander unabhängig sind. Genauer gesagt, die folgende Beziehung (4) wird angenommen, und Parameter a_k, b_k und c (1 ≤ k ≤ P) lassen sich aus der linearen Regression bestimmen, die zum log (x_i, y_i)) gehört: log(H(xi, yi)) = Σakxk + Σbkyk + c ... (4)wobei F die Summe darstellt aus k = 0 bis p und p der Grad des Polynoms ist.
Wenn es schwierig ist, die Funktion zu bestimmen, können die Daten von log(Px_i, y_i)) ein zweidimensionales Tiefpaßfilter durchlaufen, um so Spitzen zu beseitigen, und es können sich ergebende Daten log(H(x_i, y_i)), die keine abrupten Änderungen enthalten, von log(P(x_i, y_i)) abgezogen werden, um log(G(x_i, y_i)) zu erhalten.
Alternativ kann log(H(x_i, y_i)) auch folgendermaßen verarbeitet werden. Der Ort der Röntgenstrahlröhre oder des Halbleiterbildsensors wird um einen Betrag entsprechend einem Pixel in Horizontal- oder Vertikalrichtung verschoben, und zwei unterschiedliche Muster, die zum Ausgangssignal gehören, werden herangezogen. Wenn die gemeinsam in beiden Mustern enthaltene Komponente ausgelesen ist, dann stellt das Ergebnis die Variation der Empfindlichkeit der photoelektrischen Umsetzelemente vom Halbleiterbildsensor dar.
Das heißt, wenn das Muster in Gleichung (3) in x-Richtung um ein Pixel verschoben wird, dann werden das Originalmuster P(x_i, y_j) und das verschobene Muster P'(x₁, y_j) folgendermaßen angegeben: log(P(xi, yj)) = log(H(xi, yj)) + log(G(xi, yj))... (5) log (P'(xi, yj)) = log(H(xi+1, yj)) + log(G(xi, yj))... (6)
Wenn Gleichung (6) in entgegensetzter Richtung verschoben wird, dann gilt log(P'(xi-1, yj)) = log (x(xi, yj)) + log(G(xi-1, yj))... (7)
Aus den Gleichungen (5) und (7) kann die folgende Gleichung gewonnen werden: log (G(xi, yj)) = log(P(xi, yj))·log(P'(xi-1, yj)) + log(G(xi-1, yj)) (2 ≤ i ≤ n, 1 ≤ j ≤ m, log(G(xi, yj)) = Kj ... (8)wobei K_j eine für jede Zeile gültige Konstante ist.
Die Gesamtverstärkung kann von Zeile zu Zeile abhängig vom Wert K_j variieren, der für die jeweiligen Zeilen angegeben ist. Diese Variation für die Verstärkung von Zeile zu Zeile läßt sich auf ein niedrigeres Niveau bringen durch Bestimmen der Werte für K_j, beispielsweise mittels linearer Regressionsanalyse unter Verwendung von log (P(x_i, y_j)) (2 ≤ j ≤ m).
Eine Vielzahl von Datensätzen in Hinsicht auf die Schattierungseigenschaft, die voneinander verschoben sind, kann weiterhin gewonnen werden unter Verwendung eines ähnlichen Algorithmus, mit dem log (G(x_i, y_j)) gewonnen wird, was in allen Datensätzen gleich ist.
Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend beschrieben. Obwohl in einem beliebigen nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Erfindung bei einer Röntgenstrahlbildabtastvorrichtung beschrieben wird, ist die Erfindung auch auf andere Arten von Bilderzeugungsgeräten anwendbar.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
3 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer Vorrichtung zur Röntgenstrahlabtastung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Aufbau gleicht dem in 1 gezeigten, mit der Ausnahme, daß die Vorrichtung zur Röntgenstrahlbildabtastung, gezeigt in
3, einen zusätzlichen Variationsdatenspeicher 16 enthält, der ausgelesene Daten speichert, die Variationen G(x, y) der photoelektrischen Umsetzeffizienz darstellen, so daß eine Bildabtastoperation die Variationen bei der Umsetzungseffizienz in den Schattierungsverteilungsdaten enthält, die im Speicher 11 gespeichert sind, und die korrigiert werden mittels Teilungsoperation, die ein Teiler 7 unter Verwendung der Daten ausführt, die im Speicher 16 gespeichert sind. Andere gleiche Teile wie jene in 1 werden nicht noch mal in Einzelheiten beschrieben.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Einzelheiten der Korrektureinheit A veranschaulicht, die durch eine gestrichelte Linie in 3 umgeben ist.
In 4 sind Daten beseitigt worden, deren Dunkelkomponente bei einer Korrektureinheit A über eine Signalleitung 13 angewandt wurden. Bezugszeichen 21 bedeutet einen logarithmischen Umsetzer, der üblicherweise unter Verwendung einer Bezugstabelle arbeitet. Bezugszeichen 22 bedeutet einen Speicher, der zeitweilig ein Bild speichert, das unter der Bedingung gewonnen wurde, daß es kein Objekt, wie beispielsweise einen zu untersuchenden menschlichen Körper gibt. Bezugszeichen 23 bedeutet eine Einrichtung zum Feststellen der Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlung, die üblicherweise eine sich allmählich verändernde Gestalt hat. Ein Subtrahierer 24 bestimmt die Variation der Umsetzeffizienz von den photoelektrischen Umsetzelementen, die der Differenz gegenüber den Originaldaten entspricht. Die sich ergebenden Daten werden im Speicher 28 gespeichert.
Wenn das Bild von einem Objekt einen zu untersuchenden menschlichen Körper hat, der aktuell abgetastet wird, erfolgt die Lieferung des Bildsignals an den logarithmischen Umsetzer (Bezugstabelle) 21 über die Signalleitung 13. Der logarithmische Umsetzer 21 setzt die aufgenommenen Daten um in der Form der Summe von der Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlung und der Variation bei der Umsetzeffizienz, wie in Gleichung (3) dargestellt. Ein Subtrahierer 29 subtrahiert den Logarithmus der im Speicher 28 gespeicherten Umsetzeffizienz vom Bildsignal, um so die Umsetzeffizienz zu korrigieren, während keine Korrektur erfolgt, wie die Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlung.
Die korrigierten Daten in logarithmischer Form werden abgegeben über eine Signalleitung 27. Um Umsetzen der logarithmischen Daten in die ursprünglich lineare Form ist ein inverser logarithmischer Umsetzer 21' vorgesehen, der beispielsweise unter Verwendung einer Bezugstabelle arbeitet. Somit wird ein Bildsignal, das in Hinsicht lediglich auf Variationen in der Umsetzeffizienz korrigiert wurde, über eine Signalleitung 14 abgegeben.
Die Einrichtung 23 zum Erfassen der Intensitätsverteilung von der Röntgenstrahlung kann leicht realisiert werden unter Verwendung beispielsweise eines Mikroprozessors, der programmiert ist, eine Funktionsannäherung gemäß einem beliebigen der zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen.
Wünschenswert ist, daß das Annäherungsverfahren genau ausgewählt wird, so daß die Gesamtkennlinien des Systems (einschließlich Röntgenstrahlgenerator) optimiert werden. Alternativ kann die Einrichtung 23 hardwaremäßig realisiert werden, beispielsweise als zweidimensionales Tiefpaßfilter.
Angemerkt sei, daß die im Speicher 28 gespeicherten Daten nicht nur die Variationen der Umsetzeffizienz von jeweiligen photoelektrischen Umsetzelementen des Halbleitersensors darstellen, sondern die Daten stellen auch die Gesamtvariationen dar, einschließlich der Variationen in den Kennlinien anderer Einrichtungen, wie einer Fluoreszenzplatte und einer Vielzahl von Verstärkern, die sich an der Ausgangsstufe der photoelektrischen Umsetzelemente befinden.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
5 ist ein Blockdiagramm, das ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung darstellt, wobei von verschiedenen Komponenten nur eine Korrektureinheit A durch eine gestrichelte Linie umgeben ist, wie in der Figur gezeigt. Die Unterschiede gegenüber 4 sind nachstehend beschrieben. Bezugszeichen 41 bedeutet einen Speicher zum Speichern erster Schattierungsverteilungsdaten, und Bezugszeichen 42 bedeutet einen Speicher zum Speichern zweiter Schattierungsverteilungsdaten. Die ersten Schattierungsverteilungsdaten entsprechen log(P(x_i, y_j)), wie zuvor in Gleichung (5) beschrieben. Die zweiten Schattierungsverteilungsdaten entsprechen log(P'(x_i, y_j)), wie in Gleichung (6) beschrieben. Eine Recheneinheit 43 bestimmt die Variationen der Umsetzeffizienz von Element zu Element durch Ausführen der Rechnung, wie sie in Gleichung (8) beschrieben ist, unter Verwendung der aus den Speichern 42 und 42 ausgelesenen Schattierungsverteilungsdaten. Die sich ergebenden Daten werden im Speicher 28 gespeichert.
Bilddaten werden zunächst gewonnen, wenn es kein Objekt gibt, wie einen zu untersuchenden menschlichen Körper, und die gewonnenen Bilddaten werden umgesetzt vom Umsetzer 21 in Daten logarithmischer Form. Das Ergebnis wird über Signalleitung 45 in den Speicher 41 gespeichert, der der Speicherung erster Schattierungsverteilungsdaten dient. Dann wird die Festkörperbildabtastvorrichtung um einen Betrag entsprechend einem Pixel in x-Richtung verschoben, und ein Bild wird abgetastet auch unter der Bedingung, daß es kein Objekt gibt, wie beispielsweise einen zu untersuchenden menschlichen Körper. Die gewonnenen Bilddaten werden über Signalleitung 46 in den Speicher 42 gespeichert, der der Speicherung zweiter Schattierungsverteilungsdaten dient.
Danach liest die Recheneinheit 43 sequentiell Daten aus den Speichern 41 und 42, um die Rechnungen auszuführen, die durch Gleichung (8) angegeben sind. Die sich ergebenden Daten, die Variationen in der Umsetzeffizienz von Element zu Element darstellen, werden im Speicher 28 gespeichert.
In diesem Ausführungsbeispiel wie auch im nächsten können die obigen Berechnungen durch einen programmierten Computer ausgeführt werden, der aufgebaut ist aus einer CPU, einem ROM zum Speichern eines Programms und anderen Einrichtungen.
Die Arbeitsweise des Abtastens von Bilddaten von einem Objekt, wie beispielsweise einem zu untersuchenden menschlichen Körper, kann in gleicher Weise wie beim zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel erfolgen.
Das vorliegenden Ausführungsbeispiel läßt sich so abwandeln, daß eine Vielzahl von Sätzen schattierter Daten, die in ihrer Position gegeneinander verschoben sind, gemessen werden, und Variationen der Umsetzeffizienz werden bestimmt durch Auslesen derartiger Komponenten, die in allen Datensätzen gleich sind.
Die Anfangswert von K_j in Gleichung (8) lassen sich in der oben beschriebenen Weise bestimmen auf der Grundlage einer erwarteten Verteilung in y-Richtung.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird von der Vorrichtung angenommen, daß sie die in 3 gezeigte Struktur aufweist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung bei einem beliebigen System Anwendung finden, das über einen Halbleiterbildsensor verfügt mit Variationen in der Umsetzungseffizienz. Die Erfindung kann beispielsweise bei einem solchen System wie in 6 Anwendung finden, das kein optisches System enthält, wie das in 3 gezeigte optische System 3, aber das einen großflächigen Halbleiterbildsensor enthält, der sich in direktem Kontakt mit einer Fluoreszenzplatte befindet. Des weiteren ist das optische System 3, das in 3 gezeigt ist, nicht auf eine Linse beschränkt, sondern kann auch ein Lichtführungselement, wie beispielsweise eine Lichtleitfaser, enthalten.
In dem obigen Ausführungsbeispiel werden die Variationen in der Umsetzungseffizienz der photoelektrischen Umsetzelemente unter der Annahme ausgelesen, daß die Röntgenstrahlintensität eine graduell variierende Verteilung aufweist. Statt dessen kann die Variation in der Umsetzungseffizienz aus Bilddaten ausgelesen werden, die man gewinnt durch Aufnehmen eines Bildes von einem Objekt mit einer bekannten Röntgenstrahldurchlässigkeitseigenschaft. Dieses Verfahren ist besonders nützlich, wenn es verbunden ist mit einer Technik, die im zweiten Ausführungsbeispiel offenbart ist, weil im Falle flacher Röntgenstrahldichteverteilung es schwierig ist, die Variationen in der Umsetzungseffizienz unter Verwendung der Technik nach dem zweiten Ausführungsbeispiel auszulesen.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, hat die vorliegende Erfindung verschiedene Vorteile. Das heißt, eine Technik steht bereit zum Trennen der Komponente der einfallenden Strahlintensitätsverteilung aus den Anfangsschattierungsdaten der Vorrichtung, die auf beliebige Anfangsbedingungen eingestellt sind, womit die Pixel-zu-Pixel-Variationen bei der Umsetzungseffizienz eines Halbleiterbildsensors ausgelesen werden. Ein abgetastetes Bild wird in der Weise korrigiert, daß nur die Variationen der photoelektrischen Umsetzeffizienz auf der Grundlage der oben beschriebenen ausgelesenen Daten korrigiert werden, ohne daß irgendeine Korrektur in Hinsicht auf die Röntgenstrahldichteverteilung erfolgt. Dieses verhindert, daß ein Artefakt aus den korrigierten Bilddaten auftritt.
Wenn ein Bild, wie ein Röntgenstrahlbild, mit einer Halbleiterbildabtastvorrichtung aufgenommen wird, die eine Vielzahl photoelektrischer Umsetzelemente enthält, selbst wenn die Röntgenstrahldichteverteilung aufgrund der Verschiebung der Position vom Röntgenstrahlgenerator oder vom Halbleiterbildsensor verschoben ist, kein Artefakt auftritt, wie eine unerwünscht geneigte Schattierung, weil die Korrektur lediglich in Hinsicht auf die Variationen der Umsetzeffizienz der photoelektrischen Umsetzelemente erfolgt.

Claims

Verfahren zur Röntgenstrahlbilderfassung unter Verwendung einer Bilderfassungsvorrichtung (1–14, 16), bereitgestellt mit einem Leuchtstoffglied (2), das Röntgenstrahlen in Lichtstrahlen umsetzt, und mit einem Festkörperbildsensor (4) mit einer Vielzahl von Pixeln, die auf die Lichtstrahlung reagieren; mit den Verfahrensschritten: Erzielen von Korrekturbilddaten aus durch Ausführen einer Röntgenstrahlbelichtung bei Abwesenheit jeglichen Gegenstands zwischen einer Röntgenstrahlquelle (1) und dem Leuchtstoffglied (2) gewonnenen Sensorausgangsdaten; Erzielen von Gegenstandsabbildungsdaten durch Ausführen einer Röntgenstrahlbelichtung mit einem Gegenstand (15) zwischen der Röntgenstrahlquelle (1) und dem Leuchtstoffglied (2); und Korrigieren der Gegenstandsabbildungsdaten unter Verwendung der gewonnenen Korrekturbilddaten; dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzielens von Korrekturabbildungsdaten das Trennen der Strahlungsverteilungskomponenten der Röntgenstrahlquelle (1) und der Variationsverteilungskomponenten der Umsetzeffizienz anderer Pixel in den Sensorausgabedaten umfaßt, wobei das Trennen durch einen beliebigen der Schritte erfolgt: (a) Analysieren der Sensorausgangsdaten, funktionelles Annähern an die Strahlungsverteilung und die Variationsverteilung; (b) Durchlaufen der Sensorausgangsdaten durch ein zweidimensionales Tiefpaßfilter; oder (c) Auslesen ungeänderter Komponenten der Sensorausgangsdaten, die man gewinnt, wenn die Röntgenstrahlbelichtung bei Abwesenheit irgendeines Gegenstands wiederholt für unterschiedliche Positionen des Festkörperabbildungssensors (4) bezüglich der Röntgenstrahlquelle (1) erfolgt; und Ausführen des Schrittes der Korrektur von Gegenstandsabbildungsdaten unter Verwendung separierter Variationsverteilungskomponentendaten als Korrekturabbildungsdaten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Trennen durch (a) Analysieren der Sensorausgangsdaten, funktionelles Annähern dieser an die Strahlungsverteilung und die Variationsverteilung erfolgt, wobei das Analysieren durch nichtlineare Regressionsanalyse geschieht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Trennen durch (a) Analysieren der Sensorausgangsdaten, funktionelles Annähern dieser an die Strahlungsverteilung und die Variationsverteilung erfolgt, wobei das Analysieren durch Regressionsanalyse geschieht.
Bilderfassungsgerät mit einem Leuchtstoffglied (2) zum Umsetzen von Röntgenstrahlung in Lichtstrahlung, einem Festkörperabbildungssensor (4) mit einer Vielzahl von Pixeln, die die Lichtstrahlung erfassen, und einem Verarbeitungsmittel (5–14) zum Verarbeiten der Sensorausgangsdaten, um Korrekturabbildungsdaten zu erzielen, wenn die Sensorausgangsdaten durch Ausführen einer Röntgenstrahlbelichtung bei Abwesenheit irgendeines Gegenstands gewonnen sind, um die Sensorausgangsdaten zu verarbeiten, damit Gegenstandsabbildungsdaten erzielt werden, wenn die Sensorausgangsdaten durch Ausführen einer Röntgenstrahlbelichtung bei Anwesenheit eines Gegenstands (15) gewonnen sind, und zur Korrektur der Gegenstandsabbildungsdaten unter Verwendung der gewonnenen Korrekturabbildungsdaten; dadurch gekennzeichnet, daß: das Verarbeitungsmittel (5–14) ausgestattet ist mit: einem Mittel (16) zum Trennen der Strahlungsverteilungskomponenten von der Röntgenstrahlung und den Variationsverteilungskomponenten der Umsetzeffizienz eines jeden Pixels in den durch Röntgenstrahlbelichtung bei Abwesenheit irgendeines Gegenstands gewonnenen Sensorausgangsdaten enthält, und einem Mittel (28) zum Speichern der von den Sensorausgangsdaten getrennten Variationsverteilungskomponentendaten zur Verwendung als Korrekturbilddaten, wobei das Mittel zum Trennen eines der folgenden ist: (a) ein Mittel (23) zum Analysieren der Sensorausgangsdaten, die diese an die Strahlungsverteilung und die Variationsverteilung funktional annähern; (b) ein zweidimensionalen Tiefpaßfilter (23); oder (c) ein Mittel (41–43, 28, 29) zum Auslesen ungeänderter Komponenten der Sensorausgangsdaten, die man gewinnt, wenn die Röntgenstrahlbelichtung wiederholt bei Abwesenheit irgendeines Gegenstands für unterschiedliche Positionen vom Festkörperabbildungssensor (4) relativ zu einer Röntgenstrahlquelle (1) erfolgt.
Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, deren Mittel zum Trennen entweder (a) ein Mittel (23) des Analysierens der Sensorausgangsdaten, des funktionellen Annäherns dieser an die Strahlungsverteilung oder der Variationsverteilung ist, wodurch die die Analyse durch nichtlineare Regression erfolgt.
Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, deren Mittel zum Trennen entweder (a) ein Mittel des Analysierens der Sensorausgangsdaten, des funktionellen Annäherns dieser an die Strahlungsverteilung oder der Variationsverteilung ist, wodurch die die Analyse durch Regression erfolgt.
Bilderfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, die über eine Röntgenstrahlquelle (1) verfügt.