NL193182C

NL193182C - Inrichting voor het maken van een angiografie voorzien van middelen voor het verschaffen van een homogene achtergrond.

Info

Publication number: NL193182C
Application number: NL8403468A
Authority: NL
Original assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1983-11-13
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1999-02-02
Also published as: US4907288A; JPS60169980A; FR2555003B1; JP2575612B2; FR2555003A1; DE3441162C2; IL70214A; NL8403468A; DE3441162A1; IL70214A0; NL193182B

Description

1 193182

Inrichting voor het maken van een angiografie voorzien van middelen voor het verschaffen van een homogene achtergrond

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het tot stand brengen van een angiografie, omvattende 5 middelen voor het corrigeren van contrastverlies bij het weergeven van zowel grotere als kleinere objecten, middelen voor het verschaffen van een homogene achtergrond voor een weer te geven bloedvat, welke laatstgenoemde middelen voorzien in een aftrekking van een radiografisch beeld van een alleen met bloed gevuld bloedvat van een daarna gemaakt radiografisch beeld van het bloedvat dat met bloed waaraan een contrastvloeistof is toegevoegd, is gevuld, en in de weergave van het door de aftrekking verkregen beeld op 10 het scherm van een monitor.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het artikel W. R. Brody, ’’Digital Substraction Angiography”, IEEE TRANSACTION ON NUCLEAR SCIENCE, NS-29, nr. 3, juni 1982, blz. 1176-1180. Dit artikel verschaft een overzicht over digitale aftrek-angiografie. Het artikel beschrijft een systeem voor intraveneuse arteriografie, waarbij op digitale wijze beelden van elkaar worden afgetrokken voor het verbeteren van afgebeelde 15 bloedvaten. In detail worden de calibratie van het systeem, werkwijzen voor het aftrekken van de beelden, voorkeursfaciliteiten voor gegevensopslag, een klinische procedure voor digitale aftrek-angiografie en de afhankelijkheid voor de beeldkwaliteit van geïnjecteerd contrastmateriaal beschreven. Door de uitgevoerde aftrekbewerkingen wordt het contrast enigszins verbeterd.

In dit overzichtsartikel wordt voorbijgegaan aan een probleem dat zich voordoet bij het verkrijgen van een 20 afbeelding van relatief dunne bloedvaten. Het is aannemelijk dat dergelijke dunne bloedvaten als gevolg van diffractie een aanzienlijk deel van de op zulk een bloedvat vallende stralingsenergie afbuigen en daardoor in de afbeelding een bredere maar ook vagere indruk maken, d.w.z. dat zij met minder contrast in het beeld verschijnen dat het geval is met relatief dikke bloedvaten. In de volgende gedetailleerde beschrijving wordt dit nader verklaard.

25 Het genoemde artikel gaat dus niet in op contrastverlies veroorzaakt door modulatie-overdrachtsfunctie-effecten.

Wanneer straling passeert door een kleine opening of een nauwe sleuf of wordt verzwakt door een kleine pen of een smalle staaf dan vertoont de resulterende afbeelding ’’spreiding” en is deze groter of breder dan het oorspronkelijke object en het contrast tussen de afbeelding en de achtergrond is gereduceerd. Dit is een 30 gecombineerd gevolg van energiediffractie en verstrooiing, onnauwkeurigheden in de detectiemiddelen, elektronische ruis en digitalisatiefouten. De exacte functionele vorm van de "spreiding” staat bekend als de ’’modulatieoverdrachtsfunctie” of kortweg MTF. Afbeeldingssystemen hebben een totale ”MTF” die het resultaat is van de combinatie van de MTF's van elk van de specifieke spreidingsmechanismen in het beeld. Kort gezegd zijn de afbeeldingen van gaten en sleuven of pennen en staven "gespreid" en bezitten zij een 35 gereduceerd contrast in vergelijking met de werkelijke objecten.

De MTF definieert over het algemeen een vaste toevoeging aan de lineaire afmetingen en een samenhangende vermindering van het contrast van een willekeurig object. Wanneer dus de sleuf of de staaf of het gat of de pen groot genoeg is dan blijven de gemiddelde afmetingen en contrast voor praktische doeleinden ongewijzigd ten opzichte van die van het werkelijke object. Indien de objecten echter klein zijn dan is het 40 gemiddelde contrast in de afbeelding evenredig met zowel het contrast als de breedte (kleinste afmeting) van het object.

Op het terrein van de digitale fluorografie en soortgelijke technieken, bijvoorbeeld voor het bestuderen van het bloedvatenstelsel, heeft een geringe vergroting van de afbeelding van de bloedvaten nauwelijks of geen invloed op de detecteerbaarheid van de bloedvaten. Als echter het contrast wordt verminderd dan 45 wordt het vaak onmogelijk om kleinere bloedvaten nog te detecteren of te onderscheiden.

Er bestaat dan ook reeds lang een behoefte om de contrastverslechtering van afbeeldingen, veroorzaakt door spreiding gegenereerd door de MTF van objecten in afbeelden te corrigeren.

De uitvinding verschaft nu een inrichting voor het corrigeren van contrastverslechtering die wordt veroorzaakt door de MTF van objecten, welke inrichting wordt toegepast binnen het kader van een 50 verschilafbeeldingstechniek. Daartoe voorziet de uitvinding in een inrichting van de bovengenoemde soort, die is gekenmerkt door berekeningsmiddelen voor het berekenen van een waarde van het afbeeldings-contrast in het door de aftrekking verkregen beeld, waarbij de middelen voor het corrigeren van contrastverlies middelen omvatten voor het manipuleren van de schaal waarop het door de aftrekking verkregen beeld door de monitor wordt weergegeven, welke laatstgenoemde middelen gebruik maken van een 55 opzoektabel voor het corrigeren van contrastreductie veroorzaakt door modulatieoverdrachtsfunctie-effecten van de totale inrichting.

De uitvinding verbetert de afbeeldingen van kleine objecten zonder een negatief effect op de afbeeldin- 193182 2 gen van grote objecten, de correctie is effectief zelfs wanneer slechts één venster wordt gebruikt voor het waarnemen van zowel grote als kleine objecten.

De stap waarin de schaal wordt gemanipuleerd kan binnen het kader van de uitvinding op diverse wijzen worden uitgevoerd. Een van deze uitvoeringsvormen gaat bijvoorbeeld uit van de manipulatie van de schaal 5 gebruikmakend van een tevoren voorbereide tabel vervaardigd uit een vergelijking van een ideale contrast-functie met een gemeten contrastfunctie. De benodigde afmetingen voor het verkrijgen van de tabel zijn over het algemeen saai en tijdrovend. Het is derhalve wenselijk om werkwijzen te gebruiken die een minimum hoeveelheid metingen vereisen. Teneinde het aantal metingen te reduceren kan de helling van de functie worden bepaald uit theoretische overwegingen indien bepaalde veronderstellingen worden gemaakt, 10 zoals de veronderstelling dat de afbeelding alleen vaten bevat in het vlak dat wordt bestudeerd en dat de dichtheid van het toegepaste contrastmateriaal constant is. Als de juiste veronderstellingen worden gemaakt dan zijn de enige metingen die nodig zijn om de vorm van de responsiefunctie te verkrijgen MTF-metingen die ook worden gebruikt voor normalisatiedoeleinden en schaaldoeleinden. De helling van de gemeten waarde als functie van de werkelijke waarde wordt gemakkelijk verkregen uit MTF-metingen.

15 In een andere uitvoeringsvorm zijn middelen aanwezig die gebruik maken van een benaderde MTF met een proefvorm, welke benaderde MTF een driehoeksfunctie is met dezelfde volle breedte op de helft van de maximale hoogte als de bekende exacte MTF, en het bij benadering samenstellen van het contrastverlies als gevolg van de MTF-spreiding voor bepaalde objectafmetingen. De driehoeksfunctie levert het volgende contrast op als functie van de afmetingen: 20 C = A(d2 - d(3/3) indien d s 1 C = A(d2 - d(2/2) indien d a 1

Terwijl de ideale contrastfunctie gelijk is aan: C = a.d indien d a 1 2C = A.d3 indien d s 1 25 Hierin is A = βρΓ d = R/r met β = een evenredigheidsconstante p = de dichtheid van het contrastmateriaal, r = de volle breedte op de helft van de maximale hoogte van de MTF, in het volgende ook kortweg 30 aangeduid met FWHM, en R = de afmeting van een zijkant van bloedvat (waarbij het bloedvat verondersteld wordt een vierkante cilinder te zijn).

35 De boven beschreven en andere kenmerken en doelstellingen van de uitvinding zullen in het navolgende duidelijk worden aan de hand van de gedetailleerde beschrijving van de uitvinding waarin wordt verwezen naar de tekeningen waarin: figuur 1 een blokschema is ter illustratie van een afbeeldingsstelsel waarin de contrastdegradatie-correctiewerkwijze wordt toegepast: 40 figuur 2 een grafische afbeelding is van (a) een kenmerkende MTF, en van (b en c) verschillende versies van responsiekrommen gebaseerd op de MTF; figuur 3 een grafische afbeelding is van de resultaten bepaald met toepassing van de contrastdegradatie-correctiewerkwijze; figuur 4 nog een verdere grafische afbeelding is van de resultaten behaald met toepassing van een 45 andere uitvoeringsvorm van de werkwijze.

Zoals getoond is in figuur 1 de werkwijze ideaal geschikt voor met aftrekbewerkingen functionerende afbeeldingsstelsels zoals worden gebruikt in de digitale fluoroscopie (DF). Het stelsel 11 van figuur 1 is een stelsel van het DF-type. In een afbeeldingsacquisitie-eenheid 12 worden de afbeeldingen verkregen, welke 50 afbeeldingen worden genomen voor en na de toevoeging van het contrastmateriaal. De aftrekeenheid 13 trekt de afbeeldingen, verkregen voorafgaand aan de toevoeging van het contrastmateriaal af van de afbeeldingen verkregen volgend op de toevoeging van het contrastmateriaal teneinde zodoende afbeeldingen te verkrijgen van de contrastmateriaal bevattende objecten tegen een homogene achtergrond. De door de aftrekeenheid 13 aan de uitgang afgegeven afbeeldingsdata staan bij voorkeur, echter niet noodzakelij-55 kerwijze, ter beschikking in digitale vorm. Opgemerkt wordt dat de afbeeldingen, waar het hier in het bijzonder om gaat, in principe betrekking hebben op kleine objecten, bijvoorbeeld bloedvaten, die last hebben van het MTF-effect waardoor het contrast in de uiteindelijke afbeelding wordt gereduceerd.

3 193182

Er zijn middelen aanwezig voor het corrigeren van de contrasteductie die normaal optreedt bij het afbeelden van bloedvaten. Meer in het bijzonder zijn middelen aanwezig voor het manipuleren van de schaal van de afbeelding op de monitor 14 teneinde het contrast te verbeteren door het herstellen van het contrast dat verloren is gegaan als gevolg van de modulatie-overdrachtsfunctiekarakteristiek. De afbeelding 5 verschijnt op de monitor wanneer de data van de aftrekeenheid 13 is omgevormd tot analoge videosignalen via de digitaal/analoog-omvormer 16. Het stelsel staat onder besturing van een processor 17, die onder andere de schaal manipuleert teneinde het contrast te besturen. Zoals getoond is in figuur 1 worden voor dit doel bij voorkeur een berekeningseenheid 18 en een tabel 19 gebruikt door het stelsel onder besturing van de processor.

10 De figuren 3 en 4 tonen verschillende beoogde typen van schaalmanipulaties. Het werkelijke gebruikte type hangt af van de beschikbare apparatuur en van de gewenste resultaten. Indien men zich bijvoorbeeld ten doel stelt om afbeeldingen te verkrijgen waarin kleine bloedvaten zichtbaar zijn, dan kan een andere schaalmanipulatie worden gebruikt dan in het geval waarin men zich ten doel stelt de grotere bloedvaten af te beelden. Bij alle schaalmanipulaties is het belangrijk dat het object wordt waargenomen tegen een relatief 15 homogene achtergrond. Alle hierin beschreven manipulaties leiden tot een verbetering in de afbeelding van objecten met een bepaalde gewenste afmeting terwijl het contrast en de zichtbaarheid van de bloedvaten met andere afmetingen niet op negatieve wijze worden beïnvloed.

Bij wijze van achtergrond-verklaring toont figuur 2a grafisch de spreiding tengevolge van de MTF bij een puntbron. Langs de verticale as is de intensiteit uitgezet als functie van de, op de horizontale as weergege-20 ven afstand vanaf de positie van de ideale afbeeldingsplaats van de puntbron. De ideale afbeelding is geconcentreerd in een punt (p) of een dimensieloze lijn L. De werkelijke afbeelding vertoont een spreiding vanwege de MTF. De getoonde curve 21 is in principe een symmetrische functie met een enkel maximum, bijvoorbeeld een gauss-functie. Er kunnen vele typen functies worden gebruikt naast dé gauss-functies binnen het kader van de uitvinding, zoals een driehoeksfunctie, rechthoeksfunctie, stapfunctie en mesa-25 functies.

Figuur 2b toont de responsiefunctie van het gemeten contrast gedeeld door het werkelijke contrast uitgezet tegen de lineaire afmeting van R van de zijkant van een bloedvat, waarbij ervan uitgegaan is dat het bloedvat een holle pijp is met een rechthoekige transversale doorsnede waarvan een zijkant parallel staat aan het waarnemingsvlak. Als de afmeting van de zijkant van het bloedvat toeneemt dan benadert de 30 gemeten waarde de werkelijke waarde. Voor kleine bloedvaten is de responsiefunctie asymptotisch lineair afhankelijk van de zijkantafmeting R.

Figuur 2c toont hetzelfde gemeten (werkelijke) contrast als functie van het ware contrast. Uit deze voorstelling kunnen gemakkelijker de noodzakelijke correcties op het contrast op enige gewenst punt worden afgeleid.

35 In een voorkeurswerkwijze volgens de uitvinding wordt verondersteld dat de MTF-functie een driehoeksfunctie is. Ze kan echter binnen het kader van de uitvinding ook worden beschouwd als een gauss-functie of een functie met een andere vormt.

Er wordt verondersteld dat de bloedvaten vierkante holle buizen waarvan een zijkant parallel verloopt met het waarnemingsvlak, in plaats van cilindrische buizen, in welk geval het ware contrast in de digitale 40 verschil-angiografie gelijk is aan: C^PpR waarin p = dichtheid van het contrastmateriaal R = de afmeting van de pijpzijkant, en β = een evenredigheidsconstante.

De MTF leidt ertoe dat de responsiefunctie wordt benaderd door 45 gemeten contrast _ R

werkelijk contrast R + -yr waarin r de FWHM van de MTF is en V een evenredigheidsconstante is die enigszins afhangt van de vorm van de MTF.

In kleine bloedvaten kan de bovenstaande breuk gelijk gesteld worden aan 50 gemeten contrast = jR

werkelijk contrast γΓ

Hetgeen ook blijkt uit figuur 2(b) en in dat geval is het gemeten contrast ongeveer gelijk aan r r2 55 Dit geeft aan dat de afbeelding van kleine bloedvaten een gereduceerde hoeveelheid energie toont. Gebruikmakend van de notatie: * A = βρ d = R/r 193182 4

geldt in het ideale geval zonder MTF-invloeden C = A.d voor iedere willekeurige R

maar in werkelijkheid echter gelden, vanwege de MTF-invloeden en uitgaande van een driehoekvormige MTF, de volgende vergelijkingen: 5 C = A (d - d2/3) voor d a 1 C = A (d2 - d3/3) voor d s 1

De ideale en werkelijke functies zijn getoond in figuur 2(c). Indien de r van de MTF bekend is dan kan de berekeningseenheid uitrekenen wat de theoretisch ideale contrastwaarde zou zijn bij elke willekeurige gemeten waarde.

10 Het corrigeren van elk beeldpunt afzonderlijk in een grote afbeelding kan echter te tijdrovend zijn. Volgens een voorkeurswerkwijze wordt derhalve een opzoektabel berekend waaraan vervolgens als ingangswaarde een willekeurige gemeten waarde wordt toegevoerd en waarvan de uitgangswaarde dan gelijk is aan de benaderde ideale waarde. Dergelijke opzoektabelmechanismen zijn in de stand der techniek van de beeldverwerking bekend.

15 Indien r niet bekend is dan kan de waarde ervan worden verondersteld gelijk te zijn aan ra en deze waarde kan worden gebruikt in de correctiewerkwijze en in de correctiemiddelen.

Indien ra wordt gebruikt in plaats van r dan worden de verkregen contrastwaarden gewijzigd in c' - Ad-(l - 5 (R-V^)) in“ien d a en 20 C- = A.d j (l - indien d s 1

Wanneer dus ra » r dan is het verkregen resultaat dichtbij het ideale resultaat.

Tot de benaderingsmogelijkheden die bruikbaar zijn voor het verbeteren van de afbeeldingen van kleine 25 bloedvaten behoort bijvoorbeeld de relatie: ^ ~ gemeten

Het verkregen resultaat uit de benadering kan worden geschreven in termen van de variabelen A en d als volgt: C"= AVd . (1 - d/6) indien d a 1x en 30 C"= A.d.. (1 - d/6) indien d & 1 hetgeen een goede benadering vormt voor kleine bloedvaten (d s 1).

Deze relatie is geïllustreerd in figuur 3.

Een andere benaderingsmogelijkheid die bruikbaar is voor kleine bloedvaten binnen een zekere ’’venster" uit het totale waardengebied staat bekend als het ’’kwadrateren van de inverse”.

35 Men kan een ”van belang zijnd venster” kiezen en de kromme in dat venster zodanig transformeren dat ze de ideale lineaire kromme dicht benadert.

Stel dat het venster bijvoorbeeld wordt genomen tussen de drempelwaarde T en een bovengrenswaarde U. een ’’uitgetrokken” schaal zou dan inhouden een transformatie van T naar O en van U naar een bovenste numerieke grenswaarde W zodanig dat: 40 C’ = W (C - T)/(U - T)

De inverse schaal zou zijn C" = W - C’ - W(U - C)/(U - T) waarmee T wordt veranderd naar W en U wordt veranderd naar O.

De ’’inversie” operatie is zijn eigen complementaire operatie 45 C”' = W - C" = C’

Een speciaal venster begint bij T = O. Dat geldt: C’ = W/U - C (C ligt in het gebied O-U, en C' ligt in het gebied O-W)

De inversie schaal is C" = W(U - C)/U (opnieuw in dezelfde gebieden) 50 C"'= 1/WC" = W(U-C)2/(U2 (in dezelfde gebieden)

Opnieuw omkerend: CIV = W - W(U - C)/U (in dezelfde gebieden) en voor het speciale geval dat er geen uitrekking plaats vindt: W-UCV = U-{U - C)2/U = 2C - C2/U (zowel C als Cv in het gebied o-U).

55 Als C het gemeten contrast is dan kan, gebruikmakend van A en d het contrast worden geschreven als: Cv ~ 2Ad2 - 2Ad3/3 D < 1 en

Claims

5 193182 Cv - 2Ad - (2A/3 - A2/U)d2 d > 1 hetgeen begint als een kwadratische functie (parabool) voor d - O, an vervolgens de ideale waarde kruist bij ongeveer d ~ 0,64 en d - 1,5 (zie figuur 4). Deze benadering is derhalve geldig voor een breder "venster” dan de voorafgaande benadering. Deze 5 schaal moet echter niet worden gebruikt voor C > U omdat dit een tweewaardige oplossing oplevert. Ze is erg bruikbaar voor werkelijke afbeeldingen wanneer ervoor gezorgd wordt dat U hoger wordt gekozen dan enige C waarde in de afbeelding. Ze is in het bijzonder bruikbaar omdat feitelijke digitale verschil-angiografische afbeeldingen veelal in inverse schaal worden genomen teneinde het contrastmateriaal in zwart weer te geven. 10

1. Inrichting voor het tot stand brengen van een angiografie, omvattende middelen voor het corrigeren van 15 contrastverlies bij het weergeven van zowel grotere als kleinere objecten, middelen voor het verschaffen van een homogene achtergrond voor een weer te geven bloedvat, welke laatstgenoemde middelen voorzien in een aftrekking van een radiografisch beeld van een alleen met bloed gevuld bloedvat van een daarna gemaakt radiografisch beeld an het bloedvat dat met bloed waaraan een contrastvloeistof is toegevoegd, is gevuld, en in de weergave van het door de aftrekking verkregen beeld op het scherm van een monitor, 20 gekenmerkt door berekeningsmiddelen (18, 19) voor het berekenen van een waarde van het afbeeldings-contrast in het door de aftrekking verkregen beeld, waarbij de middelen voor het corrigeren van contrastverlies middelen (17) omvatten voor het manipuleren van de schaal waarop het door de aftrekking verkregen beeld door de monitor (14) wordt weergegeven, welke laatstgenoemde middelen gebruik maken van een opzoektabel (19) voor het corrigeren van contrastreductie veroorzaakt door modulatie-25 overdrachtsfunctie-effecten van de totale inrichting.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat middelen (18) voorzien zijn voor het voorbereiden van de genoemde opzoektabel, welke opzoektabelvoobereidingsmiddelen voorzien zijn van middelen voor het vergelijken van een ideale contrastfunctie met een gemeten contrastfunctie.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het gebruiken van de opzoektabel 30 voorzien zijn van middelen (17) voor het bepalen en gebruiken van een bekende volle breedte op de helft van de maximale hoogte (FWHM) van de modulatie-overdrachtsfunctie (MTF) voor het bepalen van een ideaal contrast.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het gebruiken van de opzoektabel voorzien zijn van middelen voor het gebruik maken van een benaderde waarde voor de volle breedte op de 35 helft van de maximale hoogte (FWHM) van de modulatie-overdrachtsfunctie (MTF) voor het bepalen van een ideaal contrast.

5. Inrichting volgens een der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn die gebruik maken van een veronderstelde driehoekvormige modulatie-overdrachtsfunctie (MTF) voor het bepalen van een ideaal contrast. Hierbij 3 bladen tekening