NL1005496C2

NL1005496C2 - Werkwijze voor het corrigeren van beeldvertekening in een röntgenbeeld.

Info

Publication number: NL1005496C2
Application number: NL1005496A
Authority: NL
Inventors: Jeroen Antonius Schuurman
Original assignee: Optische Ind Oede Oude Delftoe
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-14
Also published as: WO1998040847A1; EP0974120A1

Description

Titel: Werkwijze voor het corrigeren van beeldvertekening in een röntgenbeeld.

»

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het corrigeren van beeldvertekening in een röntgenbeeld, dat is verkregen met behulp van een röntgenbeeldinrichting, die is voorzien van tenminste één aan een roteerbare arm 5 bevestigde röntgenbron, een tegenover de röntgenbron geplaatste elektro-optische beeldversterkerinrichting en een digitale beeldprocessor, omvattend een calibratiefase, waarin met behulp van een met de röntgenbeeldinrichting verkregen beeld van een calibratiefantoom afwijkingen van het beeld ten 10 opzichte van het fantoom geregistreerd worden, en een correctiefase, waarin op basis van de geregistreerde afwijkingen een correctie van een met de röntgenbeeldinrichting gevormd beeld wordt uitgevoerd. De uitvinding heeft voorts betrekking op een 15 röntgenbeeldinrichting voorzien van middelen voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding. Correctie van beeldvertekening is gewenst omdat in het algemeen een werkelijkheidsgetrouw beeld wenselijk is, bijvoorbeeld om zo goed mogelijk een behandeling van een patiënt te kunnen 20 voorbereiden. Ook maken werkelijkheidsgetrouwe beelden het mogelijk om beelden van naast elkaar liggende delen van een lichaam goed op elkaar aan te sluiten of om, bijvoorbeeld met behulp van tomografietechnieken tweedimensionale of ruimtelijke beelden te vormen uit strookvormige beelden.

25 Om een goede beoordeling van een te onderzoeken object of, bij medische toepassing, een goede planning van een behandeling van een patiënt mogelijk te maken, dient de nauwkeurigheid van het röntgenbeeld zo groot mogelijk te zijn. In een praktische situatie wordt voor medische 30 toepassingen geëist, dat de afwijking tussen de werkelijkheid en het röntgenbeeld minder dan 1 mm per 20 cm bedraagt. Een dergelijke nauwkeurigheid is zonder problemen haalbaar als 1005496 -2- gebruik wordt gemaakt van fotografische afbeeldingen, waarbij de een te onderzoeken lichaam verlatende röntgenstraling gebruikt wordt om een fotografische film te belichten. Toepassing van film is echter lastig en tijdrovend. Er 5 verloopt een aanzienlijke tijd tussen het tijdstip van belichten van de film en het tijdstip waarop de ontwikkelde en gedroogde film beschikbaar is voor de medicus. Een op elektro-optische wijze verkregen beeld biedt meer en/of eenvoudiger mogelijkheden tot bewerking, opslag, en 10 combinatie van beelden. Derhalve bestaat behoefte aan een methode om met behulp van elektro-optische middelen röntgenbeelden te verkrijgen, die dezelfde orde van nauwkeurigheid hebben als met behulp van fotografische film verkregen röntgenbeelden.

15 Aangezien bij de toepassing van elektro-optische middelen beeldvertekeningen onvermijdelijk zijn, is hierbij correctie noodzakelijk.

Een werkwijze van de boven beschreven soort is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4 736 399. Deze 20 literatuurplaats beschrijft een werkwijze voor het corrigeren van vervormingen van een met behulp van een röntgenbeeldketen verkregen uitgangsbeeld. De beschreven röntgenbeeldketen omvat een beeldversterker, die een met behulp van een röntgenbron verkregen röntgenschaduwbeeld omzet in een 25 zichtbaar beeld; een optisch stelsel; een beeldverwerkingsinrichting en een beeldweergeefinrichting. Volgens de bekende werkwijze wordt met behulp van een rasterpatroon van elkaar op voorafbepaalde punten snijdende lijnen gemeten in welke mate en richting de snijpunten van de 30 lijnen van het uiteindelijke uitgangsbeeld van het rasterpatroon verschoven zijn ten opzichte van het oorspronkelijke rasterpatroon. Vervolgens wordt voor elk snijpunt en ook voor tussen de snijpunten gelegen pixels een verschuivingsvector berekend. Als voor elk pixel van het 35 uitgangsbeeld de verschuivingsvector bekend is, kunnen vervolgens bij elke röntgenopname de pixels van het uitgangsbeeld in overeenstemming met de verschuivingsvectoren 1005496 -3- teruggeschoven worden naar de gecorrigeerde posities, die overeenkomen met de oorspronkelijke posities van het bij elk pixel van het uitgangsbeeld behorende element van het object.

Een voordeel van deze bekende techniek is, dat op deze 5 wijze in één bewerking alle beeldvertekeningen, die zich in een röntgenbeeldinrichting voordoen gecorrigeerd kunnen worden als eenmaal de verschuivingsvectoren voor alle pixels vastgesteld zijn.

Een probleem dat zich voordoet bij de bekende techniek 10 is, dat de vertekening van een door een röntgenbeeldketen verschaft uitgangsbeeld afhankelijk is van de plaats op aarde, waar de röntgenbeeldketen is opgesteld. Dit is een gevolg van het feit, dat één van de oorzaken van de beeldvertekening gevormd wordt door het aardmagnetisch veld, 15 dat van plaats tot plaats een andere waarde heeft. Bovendien is de invloed van een magnetisch veld afhankelijk van de stand van een beeldversterker ten opzichte van de veldlijnen van het aardmagnetische veld. Hetzelfde geldt voor eventuele andere elektro-optische inrichtingen waarin elektronen door 20 een vrije ruimte tussen een kathode en een anode bewegen.

Daar röntgenbeeldinrichtingen veelal tenminste één roteerbare arm omvatten, waarvan het ene uiteinde een röntgenbron en het andere uiteinde een röntgenbeeldversterker draagt, dienen dan voor elke stand van de arm afzonderlijke calibraties 25 uitgevoerd te worden om de verschuivingsvectoren te kunnen berekenen. Dit betekent dat in een praktische situatie zeer veel tijdrovende calibraties nodig zijn.

De uitvinding beoogt het geschetste bezwaar te ondervangen en in het algemeen een snelle en betrouwbare 30 vertekeningscorrectiemethode voor met behulp van een röntgenbeeldinrichting met tenminste één beeldversterkerbuis verkregen beelden. Daarbij wordt gebruik gemaakt van het inzicht dat de totale vertekening kan worden gezien als de superpositie van een, mathematisch vooraf geheel berekenbare, 35 geometrische vertekening, samenhangend met de geometrie van de röntgenbeeldinrichting en van een magnetische vertekening die alleen experimenteel kan worden bepaald. Derhalve wordt 1005496 -4- volgens de uitvinding een werkwijze van de boven beschreven soort daardoor gekenmerkt, dat de totale beeldvertekening wordt gesplitst in een geometrische component en een magnetische component; 5 dat de geometrische component wordt gesplitst in een door kussenvormige vertekening veroorzaakt deel en een met pixel-afmetingen samenhangend deel; dat in de calibratiefase de pixel-afmetingen gecalibreerd worden en dat op basis van een algoritme dat 10 uitsluitend geometrische parameters bevat de kussenvormige vertekening bepaald en gecorrigeerd wordt; dat vervolgens bij een aantal voorafbepaalde calibratiestanden van de roteerbare arm de resterende beeldvertekening geregistreerd wordt in een voor tenminste 15 een aantal pixels geldende magnetische vervormingstabel; dat in de correctiefase een röntgenbeeld afzonderlijk gecorrigeerd wordt voor de geometrische vervorming en op basis van de magnetische vervormingstabel.

Een belangrijk voordeel van de werkwijze volgens de 20 uitvinding is, dat daardoor is bereikt dat de te corrigeren vertekening is gesplitst in een lokatie-onafhankelijke geometrische component en een lokatie-afhankelijke, interpoleerbare, magnetische component. Vanwege de door de splitsing verkregen interpoleerbaarheid hoeft nog slechts 25 voor een beperkt aantal (rotatie)standen van de röntgenbeeldinrichting de magnetische vervorming te worden bepaald zonder dat hierdoor afbreuk wordt gedaan aan de betrouwbaarheid van de verkregen correcties.

Opgemerkt wordt, dat in het volgende met de term 30 "kussenvormige vertekening" of "kussenvervorming" ook tonvormige vertekening of tonvervorming is bedoeld tenzij dit expliciet is uitgesloten of in de desbetreffende contekst onzinnig is.

Een röntgenbeeldinrichting, omvattend tenminste één aan 35 een roteerbare arm bevestigde röntgenbron en tenminste één tegenover de röntgenbron gemonteerde elektro-optische beeldversterkerinrichting voor het eventueel via een aan de 1005496 -5- beeldversterkerinrichting gekoppelde analoog/digitaal omzetter afgeven van het uitgangsbeeld van de beeldversterkerinrichting in de vorm van digitale signalen aan een digitale beeldprocessor wordt volgens de uitvinding 5 daardoor gekenmerkt dat de beeldprocessor is ingericht voor het afzonderlijk corrigeren van in de inrichting optredende vervormingen van geometrische respectievelijk magnetische oorsprong.

In het volgende zal de uitvinding nader worden 10 beschreven met verwijzing naar de bij gevoegde tekening.

Figuur 1 toont schematisch in perspectief een voorbeeld van een röntgenbeeldinrichting, waarbij de uitvinding kan worden toegepast; figuur 2 toont en onvervormd rasterpatroon en twee 15 voorbeelden van een rasterpatroon met kussenvervorming; figuur 3 toont een voorbeeld van magnetsiche vervorming,- figuur 4 toont schematisch een deel van een röntgenbeeldinrichting; 20 figuur 5 toont een voorbeeld van een blokschema van een inrichting volgens de uitvinding;

Figuur 1 toont schematisch in perspectief een voorbeeld van een röntgeninrichting die geschikt is voor toepassing van de uitvinding. De röntgeninrichting omvat een vast gestel 2, 25 waaraan draaibaar om een schematisch aangegeven, in hoofdzaak horizontale, as 3 een zich dwars op de as 3 uitstrekkende arm 4 is gemonteerd. De arm 4 strekt zich aan weerszijden van de as 3 uit en heeft twee vrije uiteinden. Nabij het ene vrije uiteinde 5, dat normaliter het bovenste uiteinde van de in 30 rust vertikale arm 4 is, is vrijdragend een zich van het gestel af uitstrekkende dwarsarm 6 gemonteerd. Nabij het normaliter onderste uiteinde 7 van de arm 4 is een zich in hoofdzaak evenwijdig aan de dwarsarm 6 uitstrekkende dwarsarm 8 gemonteerd, die eveneens van het gestel 2 af wijst. De arm 35 4 vormt samen met de dwarsarmen 6 en 8 een op z'n kant geplaatste U-vormige constructie waarvan de arm 4 de bodem vormt en de beide dwarsarmen 6 en 8 de benen. De positie van 1005496 -6- de dwarsarmen 6 en 8 langs de am 4 is instelbaar middels instelorganen, die in het getoonde voorbeeld schroefspindels 9 en 10 omvatten. Konstrukties zoals gevormd door de amen 4,6 en 8 zijn ook in andere uitvoeringsvormen bekend zoals 5 bijvoorbeeld C-vormige amen, waarbij geen separaat onderscheid tussen 'armen 4,6 en 8' kan worden aangegeven, omdat er één enkel vloeiend verloop is.

De dwarsam 6 draagt aan het vrije uiteinde een röntgenbron 11, die gericht is naar een beeldopneeminrichting 10 12 met een beeldversterkerbuis, die zich aan het vrije uiteinde van de dwarsarm 8 bevindt.

Met behulp van een vrijdragend gemonteerde patiëntentafel 13 kan een patiënt tussen de röntgenbron 11 en de beeldopneeminrichting 12 worden gepositioneerd teneinde 15 een röntgenbeeld van een deel van de patiënt te vomen. De patiëntentafel is op bekende wijze zodanig op een sokkel 16 gemonteerd, dat de tafel 13 zowel in langs- als in dwarsrichting verschuifbaar is. Bovendien is de patiëntentafel zoals gebruikelijk in hoogte verstelbaar.Ook 20 kan de patiëntentafel roteren om een vertikale as, die bij voorkeur samenvalt met de verbindingslijn tussen het hart van het röntgenfocus van de röntgenbron 11 en het hart van het ingangsvenster 17 van de beeldopneeminrichting 12. Deze verbindingslijn is bij 18 aangegeven.

25 Met behulp van een inrichting van het in figuur 1 getoonde en hierboven beschreven type kunnen vanuit vele verschillende hoeken röntgenbeelden van een (deel van een) te onderzoeken patiënt worden gemaakt, bijvoorbeeld ten behoeve van simulatie en planning van radiotherapie. Voor simulatie 30 en planning van brachytherapie wordt dikwijls gebruik gemaakt van een inrichting met een roteerbare C-vomige am, waarvan de beide vrije einden aan weerszijden van een patiënt gepositioneerd kunnen worden. Ook zijn inrichtingen bekend waarbij de am 6 aan het vrije einde weer een roteerbare 35 C-vomige arm draagt met aan het ene uiteinde een röntgenbron en aan het andere uiteinde een beeldopneeminrichting. De am 8 is dan ofwel afwezig ofwel aanwezig door mechanische 1005496 -7- balancering en zonder beeldopneemmiddelen. Bij dergelijke en andere soortgelijke inrichtingen is de uitvinding evenzeer toepasbaar. In het algemeen is de uitvinding toepasbaar bij elke röntgenbeeldinrichting, die elektro-optische middelen 5 omvat voor het verwerken en weergeven van een röntgenbeeld.

De uitvinding berust op het inzicht, dat de in een röntgenbeeldinrichting optredende beeldvertekening in twee typen componenten gesplitst kan worden Het eerste type component is een gevolg van de afbeelding van een objectvlak 10 met een eerste kromming op een beeldvlak van een tweede kromming, die verschilt van de eerste kromming. Zo is een belangrijke oorzaak van vertekening het feit, dat in de gebruikelijke beeldversterkers het ingangsfosforscherm (de kathode) gekromd is. Een andere oorzaak van beeldvertekening 15 is het in gebruikelijke beeldversterkerbuizen optredende gekromde elektronengolffront, dat uiteindelijk op een vlak dan wel met een andere kromtestraal dan het elektronengolffront gekromd uitgangsvenster een uitgangsbeeld vormt.

20 De door deze en soortgelijke effecten optredende beeldvertekening is van het type dat meestal als kussenvormige vertekening wordt aangeduid. Deze kussenvormige vertekening heeft een geometrische oorzaak en wordt geheel bepaald door de uitvoering en instelling van de 25 desbetreffende röntgenbeeldinrichting. De kussenvormige vertekening is echter onafhankelijk van de oriëntatie van de röntgenbeeldinrichting en van de geografische locatie op aarde waar de röntgenbeeldinrichting is opgesteld. Figuur 2 toont schematisch bij a een rasterpatroon, bij b hetzelfde 30 rasterpatroon met kussenvormige vertekening en bij c hetzelfde patroon met tonvervorming. Afhankelijk van de geometrie van een beeldverwerkende inrichting kan kussenvormige vertekening of het complement daarvan, d.w.z. tonvormige vertekening optreden. Het tweede type component is 35 een gevolg van magnetische velden, die het traject van elektronen in een beeldversterkerbuis beïnvloeden (Lorentzkrachten). Magnetische velden leiden tot beeldrotatie 1005496 -8- respectievelijk S-vormige of spiraalvormige beeldvertekening. Figuur 3 toont schematisch bij a een onvervormd raster en bij b een door magnetische vervorming vertekend beeld met beeldrotatie en spiraalvormige vertekening. De invloed van 5 een magnetisch veld op de door een elektron in een elektro-optische inrichting gevolgde baan is in sterke mate afhankelijk van de richting van het magnetische veld ten opzichte van de door dat elektron gevolgde baan en derhalve van de onderlinge stand van de elektro-optische inrichting en 10 het magnetische veld. Een röntgenbeeldinrichting met roterende C-vormige en/'of U-vormige arm kan in een zeer groot aantal bedrijfsstanden werkzaam zijn. De beeldrotatie respectievelijk de spiraalvormige vertekening is in elk van deze standen verschillend. Bovendien is een belangrijke en 15 soms de enige component van het magnetische veld het aardmagnetisch veld. Het aardmagnetisch veld varieert echter met de geografische ligging van een locatie en is dus van plaats tot plaats verschillend.

Anders dan het geval is bij de uit het Amerikaanse 20 octrooischrift 4 736 399 bekende beeldcorrectiemethode, volgens welke - na vergelijking van een standaard rasterpatroon met het daarvan middels de desbetreffende röntgenbeeldinrichting verkregen beeld en berekening van verschuivingsventoren voor alle pixels - alle 25 vertekeningscomponenten gezamenlijk in één bewerking worden gecorrigeerd, wordt volgens de uitvinding het middels een röntgenbeeldinrichting verkregen beeld afzonderlijk gecorrigeerd voor de mathematisch geheel vooraf berekenbare geometrische vervorming en voor de magnetische vervorming.

30 De geometrische vervorming omvat twee soorten kussenvormige vertekening, te weten de kussenvormige vertekening die het gevolg is van de kromming van het ingangsvenster van de beeldversterkerbuis van de röntgenbeeldinrichting, en de elektro-optische vervorming 35 (kussen- of tonvervorming), die het gevolg is van het gekromde elektronengolffront dat zich in bedrijf in een beeldversterkerbuis naar het anodescherm beweegt.

1005496 -9-

Het eerste type kussenvormige vertekening is afhankelijk van de afstand L (figuur 4) tussen het röntgenfocus f van de röntgenbron van de röntgenbeeldinrichting en het ingangsvenster van de 5 beeldversterkerbuis en van de kromtestraal R van het ingangsvenster van de beeldversterkerbuis. Als de waarden van L en R bekend zijn kan met behulp van bekende formules de verschuiving van elk beeldpunt als gevolg van het eerste type kussenvormige vertekening berekend worden. Dergelijke 10 formules zijn bijvoorbeeld beschreven in een artikel getiteld "Correction of Abberation in Image-Intensifier Systems" van de hand van E. Pietha en H.K. Huang, verschenen in "Computerized Medical Imaging and Graphics", July-August 1992, Vol 16, No 4. Als de tot het vervormde beeld leidende 15 verschuiving van elk pixel bekend is, is natuurlijk ook bekend op welke wijze de pixels van het vervormde beeld teruggeschoven dienen te worden om een gecorrigeerd beeld te verkrijgen. In een specifieke inrichting is de waarde van de paramater R bekend uit de specificaties van de gebruikte 20 beeldversterkerbuis. De waarde van de parameter L wordt door de gebruiker telkens bij het maken van een röntgenopname ingesteld. Deze waarde is altijd in het systeem bekend bijvoorbeeld doordat die vanaf een bedieningspaneel 33 (figuur 5) wordt ingegeven of bijvoorbeeld doordat een op 25 zich bekende detectie-inrichting 37 de onderlinge stand van de armen 6 en 8 detecteert. De waarde van de parameter L kan samen met de waarde van R gebruikt worden om correctiewaarden voor elk pixel te berekenen. Hiertoe wordt gebruik gemaakt van een nader te bespreken beeldprocessor, waaraan de vaste 30 waarde van R en de instelwaarde van L als ingangsgrootheden worden toegevoerd.

De elektro-optische vervorming heeft in feite dezelfde oorzaak als het eerste type kussenvormige vertekening en wordt gerepresenteerd door een voor elk type 35 beeldversterkerbuis specifieke parameter Reo- Indien deze parameter niet door de fabrikant van een beeldversterkerbuis wordt opgegeven kan Reo berekend worden, dan wel empirisch 1005496 -10- bepaald worden met behulp van testopnamen van een fantoom.

Een berekeningsmethode voor Reo kan afgeleid worden uit het boek "Image tubes" van P. Czorba 1985 ISBN 0-672-22023.7.

Figuur 4 toont een voorbeeld van een deel van een 5 röntgenbeeldinrichting met een röntgenbron 11 met röntgenfocus f, een beeldversterkerbuis 12 met een gekromd kathode- of ingangsvenster 20 met een kromtestraal R en een vlak anode- of uitgangsvenster 21. Het zich in bedrijf naar de anode van de beeldversterkerbuis bewegende 10 elektronengolffront 22 heeft een kromtestraal Reo* Deze straal is afhankelijk van de aan de focusseerelektroden zoals de elektrode 23 heersende spanning en van de vorm van de elektrode 23. In dit verband wordt opgemerkt dat het bij een aantal beeldversterkerbuizen mogelijk is de effectieve 15 grootte van het anodescherm in te stellen door een geschikte keuze van de focusseerelektroden van de buis. Philips brengt bijvoorbeeld een beeldversterkerbuis met een anodescherm van 15 inch op de markt, die ook ingesteld kan worden in een 7 inch of 10 inch mode. Bij elk van die modes behoort een 20 specifieke Reo en een specifieke kussenvormige vertekening (of tonvervorming).

Figuur 4 toont een object O, dat in bedrijf door de röntgenbron 11 wordt belicht en dat in een vlak 24, dat raakt aan het centrale punt van het gekromde ingangsvenster 20 van 25 de beeldversterkerbuis, wordt afgebeeld als beeld O I. Het vlak 24 wordt in de praktijk dikwijls het filmvlak genoemd, naar analogie met de situatie waarin gebruik wordt gemaakt van fotografische technieken om een röntgenbeeld te vormen op een film in dat vlak. Op het zich aan de binnenzijde van het 30 gekromde ingangsvenster bevindende kathodescherm 25 ontstaat een gekromd beeld 0 II met kussenvormige vertekening, dat wordt omgezet in een elektronengolffrontbeeld O III met een kromtestraal Reo. Het beeld O III wordt tenslotte via het anodescherm 25 en het uitgangsvenster 21 omgezet in een 35 lichtbeeld 0 IV. Het beeld O IV is ten opzichte van het beeld 0 III nog eens vervormd.

1 005 496 -11-

Volgens de uitvinding kan het verband tussen de werkelijke positie van een punt in het beeld 0 I in het filmvlak 24 en de positie van ditzelfde punt in het vervormde beeld 0 IV met voldoende nauwkeurigheid benaderd worden door 5 de volgende formule: h = h' ( 1 + ( α - β ) h2 ) waarin h de afstand van een beeldpunt van het beeld 0 I in het filmvlak 24 tot de centrale as H van de beeldversterkerbuis 12 is, en h' de afstand van het 10 corresponderende beeldpunt van het beeld O IV tot de centrale as H van de beeldversterkerbuis 12 is; en waarin geldt: a = 3 R + L en

6 R2L

β = _1_· 15 6 Reo2

Met behulp van deze formule kan de processor van de inrichting de kussenvervorming corrigeren. De bovenstaande formule is gebaseerd op de situatie, waarin de centrale as H van de beeldversterkerbuis samenvalt met of evenwijdig is aan 20 de verbindingslijn tussen het röntgenfocus f en het centrale punt van het ingangsvenster van de beeldversterkerbuis.

Indien beide lijnen een hoek met elkaar insluiten, hetgeen echter normaliter niet het geval is, kan een soortgelijke formule afgeleid worden. Hetzelfde geldt indien het 25 anodescherm niet vlak is doch een zekere kromming heeft. Bij het corrigeren van de geometrische vervorming spelen behalve de reeds besproken kussenvormige vertekening ook de pixelafmetingen een rol. Uitgaande van het vervormde beeld van een geschikt calibratiefantoom en meer in het bijzonder 30 van bepaalde maten daarvan in het centrale gedeelte van het beeld wordt de pixelafmeting in zowel de X-richting als de Y-richting bepaald. Deze afmetingen worden vervolgens bij de correctie van het beeld voor alle pixels van het beeld gebruikt. Een geschikt calibratiefantoom omvat een messing 35 plaat voorzien van volgens een raster aangebrachte boringen. De diameter van de boringen kan bijvoorbeeld 1,5 mm zijn en 1005496 -12- de hart-op-hart afstand tussen twee naburige boringen kan bijvoorbeeld 20 mm zijn.

De pixelgrootte kan bepaald worden door het aantal pixels te meten tussen twee op afstand van elkaar gelegen 5 punten van het uiteindelijke (vervormde) beeld. De punten dienen zodanig gekozen te worden, dat de bijbehorende afstand op het fantoom bekend is. Als het uiteindelijke beeld via bij wijze van voorbeeld een op het anodescherm van de beeldversterker gerichte videocamera of dergelijke, zoals in 10 figuur 5 bij 30 is aangegeven, een A/D-omzetter 31 een digitale processor 32, een D/A-omzetter 35 en een weergeefinrichting 36 wordt weergegeven, waarbij het totale aantal pixels zowel in X- als Y-richting van een beeld op het beeldscherm van de weergeefinrichting bekend is, kan het 15 aantal pixels tussen twee willekeurig gekozen punten van het beeld van de weergeefinrichting eenvoudig bepaald worden. Indien de weergeefinrichting bij wijze van voorbeeld een met een personal computer gekoppeld beeldscherm is, kan het aantal pixels tussen twee punten eenvoudig bepaald worden met 20 behulp van een bij voorkeur door een muis bestuurde cursor in samenwerking met op zichzelf bekende software. Bij toepassing van een fantoom als hierboven beschreven kan bijvoorbeeld het aantal pixels tussen de afbeeldingen van twee op afstand gelegen boringen bepaald worden. Daar de afstand van de 25 boringen van het fantoom nauwkeurig bekend is, is dan ook de pixelgrootte, gedefiniëerd als de werkelijke afmetingen in het fantoom per pixel van het uiteindelijke beeld bekend. De pixelgrootte wordt bij voorkeur in de X-richting en in de Y-richting bepaald en wel in het centrum van het beeld, omdat 30 het centrum van het beeld het minst beïnvloed wordt door kussenvervorming.

Vervolgens kan met behulp van geschikte, op zichzelf bekende, programmatuur de pixelgrootte in X-richting uniform gemaakt worden. Hetzelfde geldt voor de Y-richting.

35 Volgens het aan de uitvinding ten grondslag liggende inzicht is de pixelgrootte afhankelijk van de kromtestraal R van het beeldversterkeringangsvlak, de straal r van het 1005496 -13- uitgangsbeeld van de beeldversterker dan wel de straal van het veld dat voor het uitgangsbeeld van de beeldversterker gebruikt wordt, en de afstand L. In een bestaande inrichting is uitsluitend L variabel. Tijdens de pixelgrootte calibratie 5 wordt voor een vaste waarde L0 van de afstand L, bijvoorbeeld 1,5 m of 1,24 m de pixelgrootte P bepaald.

Voor een andere waarde van L geldt de volgende formule:

Po.Fo = Pr.Fr 10 waarin Po = pixelgrootte bij de vaste waarde L0 van L;

Fo = 1 + a0.r2 en oc0 = (3 R + L^) r2 6 L0R2

Pr = de nieuwe pixelgrootte bij de werkelijke waarde van L, te weten Lr 15 Fr - 1 + ar.r2 met ar = (3 R + Lr)r2 6 LrR2

Uit het voorgaande moge blijken, dat bij het maken van een röntgenbeeldopname de geometrische vervorming op basis van de op dat moment bekende en hierboven in de verschillende 20 formules gebruikte systeemparameters, waarvan normaliter slechts L variabel is, automatisch gecorrigeerd kan worden inclusief het bepalen en egaliseren van de pixelgrootte.

Het egaliseren van de pixelgrootte verschaft tevens althans deels een correctie voor een enigszins schuin 25 invallende röntgenbundel. "Schuin" betekent in dit verband dat de verbindingslijn tussen het röntgenfocus f en het hart van het beeldversterkeringangsvlak een hoek maakt met de hartlijn H van de beeldversterkerbuis.

Voor het corrigeren van de magnetische vervorming wordt 30 gebruik gemaakt van tabellen, die met behulp van het calibratiefantoom worden verkregen, en die in het geheugen van de processor van de röntgenbeeldinrichting worden opgeslagen. Het calibratiefantoom wordt in het filmvlak 24 geplaatst en vervolgens worden in een aantal verschillende 35 rotatiestanden van de armen 4,6 en 8 opnamen van het fantoom gemaakt. Hierbij worden de uitgangsbeelden van de beeldversterker 12 op één der daartoe bekende wijzen, 1005496 -14- bijvoorbeeld op de in figuur 5 getoonde wijze met behulp van een videocamera 30 of dergelijke, al dan niet via een optisch stelsel, en een A/D-omzetter 31 gedigitaliseerd en toegevoerd aan een beeldprocessor 32. Aan de beeldprocessor 32 wordt 5 vanuit een van een bedieningspaneel 33 voorziene bedieningsinrichting 34 de ingestelde waarde van L toegevoerd. De waarde van L kan echter ook rechtstreeks vanuit de detectie-inrichting 37 aan de beeldprocessor 32 worden toegevoerd. De waarden van R en Reo kunnen ofwel in de 10 bedieningsinrichting 34 of direct in de beeldprocessor 32 zijn opgeslagen. De beeldprocessor 32 voert de geometrische correctie inclusief het corrigeren van de pixelafmetingen uit op het gedigitaliseerde beeld. Het aldus gecorrigeerde beeld wordt middels een A/D omzetter 3 5 in analoge vorm gebracht er. 15 weergegeven op een weergeefinrichting 36. Het weergegeven beeld bevat derhalve nog wel de magnetische vertekening maar niet de kussenvormige vertekening.

Het hier bedoelde corrigeren en weergeven kan plaatsvinden op grond van een programma dat door de 20 beeldprocessor 32 automatisch wordt afgewerkt op grond van een daartoe via een bedieningspaneel 38 gegeven instruktie of op grond van separate instrukties die via het paneel 38 worden gegeven aan de beeldprocessor 32.

Daar de afmetingen en configuratie van het 25 calibratiefantoom zeer nauwkeurig bekend zijn, kan voor elk pixel van het beeld van de weergeefinrichting de magnetische vertekening zijnde de afwijking ten opzichte van het origineel dat wil zeggen het calibratiefantoom zelf of een niet vervormde afbeelding daarvan bepaald worden. Hierbij 30 zouden desgewenst de afwijkingen van de pixels ter plaatse, van de boringen in het fantoom door direkte vergelijking bepaald kunnen worden en de afwijkingen van tussenliggende pixels door interpolatie berekend kunnen worden. De afwijkingen worden voor elk pixel bijvoorbeeld in X-richting 35 en Y-richting bepaald. Bij pixel P' (i',j') in het vervormde beeld behoort dan een afwijking δ X (i,j) en δ Y (i,j). Deze afwijkingen worden in het geheugen van de processor 32 1 0 05 49 6 -15- vastgelegd in een magnetische vervormingstabel of -matrix voor elk van een aantal rotatiestanden van de armen 4,6,8. In een praktische situatie kunnen bijvoorbeeld tabellen of matrices voor bijvoorbeeld acht rotatiestanden 5 (0’, 45”,90",135",180”,225”,270",315") of zelfs voor zestien rotatiestanden (elke 22,5”) vastgelegd worden.

Het komt soms voor dat al een aparte correctiespoel aanwezig is waarbij de correctiewaarden van 0“ en 360” verschillen. In dat geval kunnen de tabellen of matrices 10 afzonderlijke waarden voor de afwijkingen bij 0“ en 360” bevatten.

Indien de röntgenbeeldinrichting vervolgens in één der gecalibreerde standen wordt gebruikt om een opname van een onbekend object of een patiënt te maken is een direkte 15 correctie van de magnetische vertekening mogelijk met behulp van één der tabellen. Als een werkstand wordt toegepast, die tussen twee gecalibreerde standen in ligt wordt een correctietabel of -matrix berekend door interpolatie uitgaand van de bij de desbetreffende naburige calibratiestanden 20 behorende tabellen of matrices.

Zoals uit het voorgaande moge blijken omvat volgens de uitvinding de correctie van beeldvertekening in een röntgenbeeldinrichting die tenminste één beeldversterkerbuis omvat twee fasen. De eerste fase is een calibratiefase en de 25 tweede fase is de eigenlijke correctiefase. Tijdens de calibratiefase worden met behulp van een geschikt fantoom de pixelafmetingen bepaald en wordt de magnetische vertekeningsvector voor een aantal voorafbepaalde bedrijfsstanden van de beeldversterkerbuis bepaald. Deze 30 laatste calibratie dient te geschieden terwijl de röntgenbeeldinrichting op de definitieve operationele locatie is geïnstalleerd.

Tijdens de correctiefase wordt eerst de geometrische correctie uitgevoerd, inclusief het instellen van de juiste 35 pixelafmetingen. Dit geschiedt met behulp van een relatief eenvoudige en snel uit te voeren routine op basis van reeds vooraf bekende systeemparameters (R en Reo), een op het moment 1005496 -16- van het maken van een röntgenopname eveneens bekende parameter (L), en eventueel de ingestelde velddiameter (2r) van de röntgenbeeldversterker.

Vervolgens wordt de magnetische correctie per pixel 5 uitgevoerd uitgaande van de voor een aantal voorafbepaalde bedrijfsstanden van de beeldversterkerbuis, overeenkomend met bepaalde rotatiestanden van de armen van de röntgenbeeldinrichting, tijdens de calibratiefase bepaalde tabellen. Als de werkelijke stand van de beeldversterkerbuis 10 tijdens een opname niet overeenkomt met één der calibratiestanden wordt de juiste correctietabel door interpolatie afgeleid uit twee bij naburige calibratiestanden behorende tabellen. Gebleken is, dat de volgens de uitvinding toegepaste afzonderlijke correctie van de geometrische 15 vertekening en de magnetische vertekening tot een zeer nauwkeurig eindresultaat leidt, ook in het geval dat de magnetische correctietabel door middel van interpolatie verkregen dient te worden. Ook zijn beide typen correctie relatief eenvoudig en daardoor zeer snel door de 20 beeldprocessor uit te voeren. Het gecorrigeerde beeld is daardoor vrijwel direkt na het maken van een röntgenopname beschikbaar.

Opgemerkt wordt, dat de correctiemethode volgens de uitvinding zeer geschikt is voor toepassing bij 25 röntgenbeeldinstallaties voor medisch gebruik. De methode is echter evenzeer geschikt voor industriële röntgenbeeldinstallaties. Voorts is in de bovenstaande beschrijving uitgegaan van een inrichting met een enkele beeldversterkerbuis. De uitvinding is echter evenzeer van 30 toepassing op een inrichting met meer dan één beeldversterkerbuis en/of een andere elektro-optische inrichting.

Opgemerkt wordt voorts, dat bij normaal bedrijf het object zich op enige afstand van het ingangsvenster van de 35 beeldversterkerbuis bevindt, zoals in figuur 4 en figuur 5 is te zien. Hierdoor is de projectie 0 I, die het ingangsbeeld van de beeldversterkerbuis vormt een lineaire vergroting van 1005496 -17- het object. Desgewenst kan deze lineaire vergroting in de beeldprocessor of de weergeefinrichting door een corresponderende lineaire verkleining gecompenseerd worden.

1005496

Claims

1. Werkwijze voor het corrigeren van beeldvertekening in een röntgenbeeld, dat is verkregen met behulp van een röntgenbeeldinrichting, die is voorzien van tenminste één aan een roteerbare arm bevestigde röntgenbron, een tegenover de 5 röntgenbron geplaatste elektro-optische beeldversterkerinrichting en een digitale beeldprocessor, omvattend een calibratiefase, waarin met behulp van een met de röntgenbeeldinrichting verkregen beeld van een calibratiefantoom afwijkingen van het beeld ten opzichte van 10 het fantoom geregistreerd worden, en een correctiefase, waarin op basis van de geregistreerde afwijkingen een correctie van een met de röntgenbeeldinrichting gevormd beeld wordt uitgevoerd, met het kenmerk, dat de totale beeldvertekening wordt gesplitst in een geometrische 15 component en een magnetische component; dat de geometrische component wordt gesplitst in een door kussenvormige vertekening veroorzaakt deel en een met pixel-afmetingen samenhangend deel; dat in de calibratiefase de pixel-afmetingen 20 gecalibreerd worden en dat op basis van een algoritme dat uitsluitend geometrische parameters bevat de kussenvormige vertekening bepaald en gecorrigeerd wordt; dat vervolgens bij een aantal voorafbepaalde calibratiestanden van de roteerbare arm de resterende 25 beeldvertekening geregistreerd wordt in een voor tenminste een aantal pixels geldende magnetische vervormingstabel; dat in de correctiefase een röntgenbeeld afzonderlijk gecorrigeerd wordt voor de geometrische vervorming en op basis van de magnetische vervormingstabel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor correctie van de magnetische vervorming van een röntgenbeeld, dat gevormd is bij een stand van de roteerbare arm die niet overeenkomt met een calibratiestand een magnetische vervormingstabel wordt berekend door interpolatie f005496 -19- van de bij twee naburige calibratiestanden behorende tabellen.

3. Werkwijze volgens conclusie, met het kenmerk, dat voor correctie van de kussenvervorming een algoritme wordt 5 gebruikt, dat is gebaseerd op een formule, waarin de afstand tussen het röntgenfocus van de röntgenbron en het ingangsvlak van de elektro-optische beeldversterkerinrichting als variabele parameter voorkomt.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, 10 dat de formule voorts als parameters bevat de kromtestraal van het ingangsvlak van de elektro-optische beeldversterkerinrichting en de kromtestraal van het elektronengolffront, dat zich in bedrijf in de elektro-optische inrichting tussen een kathode en een anode 15 voortbeweegt.

5 L = de afstand tussen het focus (f) van de röntgenbron en het ingangsvenster van de beeldversterkerinrichting.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als calibratiefantoom en messing plaat wordt toegepast, die is voorzien van een rasterpatroon van boringen en die zich in de calibratiefase direkt voor het 20 ingangsvenster van de elektro-optische beeldversterkerinrichting bevindt.

6. Werkwijze volgens één der conclusies 3 t/m 5, met het kenmerk, dat het algoritme voor correctie van de kussenvervorming gebaseerd is op de formule 25 h = h' (1 + ( oc - β ) h2) waarin geldt: h = afstand van een beeldpunt van het ingangsbeeld van de beeldversterkerinrichting tot de centrale as H van de beeldversterkerinrichting; 30 h' = de afstand van het corresponderende beeldpunt van het uitgangsbeeld van de beeldversterkerinrichting tot de as H; Ot = 3 R + L 6 R2L 35 β = 1 1005496 -20- R = kromtestraal van het ingangsvenster van de beeldvers terkerinricht ing; Reo = kromtestraal van het elektronengolffront in de beeldversterkerinrichting; en

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de pixelgrootte gecalibreerd wordt bij tenminste één waarde L van de afstand L tussen het focus (f) 10 van de röntgenbron en het ingangsvenster van de beeldversterkerinrichting en dat voor een andere waarde Lr dan de waarde L0 van de afstand L de pixelgrootte uit de volgende formule berekend wordt: Po.Fo = Pr.Fr, waarin 15 Po = pixelgrootte bij Lo Fo = 1 + 0to. r2 met a0 = (3R + LrJ r2 6L0R2 R = kromtestraal van het ingangsvenster van de beeldversterkerinrichting 20 r = straal van het beeldveld aan de uitgangszijde van de beeldversterkerinrichting Pr = pixelgrootte bij Lr Fr = 1 + ar.r2 met ar = (3R + Lr)r2 25 6LrR2

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voor de geometrische component van de beeldvertekening benodigde correctieformules voorafgaand aan de plaatsing van de röntgenbeeldinrichting op de 30 operationale locatie worden bepaald en in de digitale beeldprocessor ingevoerd en dat de calibratie van de magnetische vervorming ter plaatse van de operationale locatie wordt uitgevoerd.

9. Röntgenbeeldinrichting, omvattend tenminste één aan 35 een roteerbare arm bevestigde röntgenbron en tenminste één tegenover de röntgenbron gemonteerde elektro-optische 1005496 -21- beeldversterkerinrichting voor het eventueel, via een aan de beeldversterkerinrichting gekoppelde analoog/digitaal omzetter afgeven van het uitgangsbeeld van de beeldversterkerinrichting in de vorm van digitale signalen 5 aan een digitale beeldprocessor, met het kenmerk, dat de beeldprocessor is ingericht voor het afzonderlijke corrigeren van in de inrichting optredende vervormingen van geometrische respectievelijk magnetische oorsprong.

10. Röntgenbeeldinrichting volgens conclusie 9, met 10 het kenmerk, dat de beeldprocessor is voorzien van een geheugen waarin in bedrijf voor tenminste een aantal pixels van het te vormen röntgenbeeld en voor tenminste een aantal voorafbepaalde rotatiestanden van de roteerbare arm magnetische vervormingstabellen zijn opgenomen op basis 15 waarvan correctie van de vervorming van magnetische oorsprong kan woren uitgevoerd.

11. Röntgenbeeldinrichting volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de beeldprocessor is voorzien van een geheugen, waarin in bedrijf een op geometrische parameters 20 van de inrichting gebaseerd algoritme voor correctie van vervorming van geometrische oorsprong is opgeslagen.

12. Röntgenbeeldinrichting volgens één der conclusies 9 t/m 11, gekenmerkt door een calibratiefantoom dat een messing plaat voorzien van volgens een vooraf bepaald patroon 25 aangebrachte boringen met een voorafbepaalde diameter, omvat.

13. Röntgenbeeldinrichting volgens één der conclusies 9 t/m 12, met het kenmerk, dat de beeldprocessor is verbonden met een bedieningsinrichting van de röntgenbeeldinrichting voor het aan de beeldprocessor 30 toevoeren van de waarde van tenminste één ingstelde geometrische parameter. 1005496