NL8500348A

NL8500348A - Verbeterde digitale fluorografische systemen.

Info

Publication number: NL8500348A
Application number: NL8500348A
Authority: NL
Original assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1985-02-07
Publication date: 1985-09-02
Also published as: DE3503739C2; NL193183C; FR2559632A1; IL74247A0; IL74247A; JPH0771289B2; NL193183B; FR2559632B1; DE3503739A1; JPS60203081A; US4628357A

Description

.. -7I

N.0. 32984 1

Verbeterde digitale fluorografische systemen*

De uitvinding heeft betrekking op afbeelding-verwerkende systemen voor diagnostische afbeeldingstechnieken en heeft meer in het bijzonder betrekking op dergelijke» in de digitale fluorografie toegepaste ver-werkingssystemen.

5 Systemen voor afbeeldingsverbetering omvatten over het algemeen vier hoofdsecties naast de computersectie of centrale besturingssectie.

Dat zijn de afbeeldingacquisitiesectie, de afbeeldingverwerkingssectie, de opslagsectie en de afbeeldingweergeefsectie. Het is het doel van de afbeeldingverwerkingssectie een verbetering te resliseren van de veer 10 te geven afbeelding. In veel gevallen hebben de stappen» die worden ondernomen om een kenmerk van de afbeeldingen te verbeteren» negatieve effecten op andere kenmerken van de afbeeldingen. Als dit gebeurt dan wordt in het verbeteringsproces een compromis getroffen. In dergelijke gevallen wordt echter geen enkel kenmerk geoptimaliseerd. Er bestaat 15 dus een voortdurende behoefte en er wordt dan ook voortdurend gezocht naar verdere ontwikkelingen in de verbeteringsapparatuur of -werkwijzen waarmee de tot nu toe noodzakelijke compromissen kunnen worden vermeden.

In de digitale fluorografie wordt het video-uitgangssignaal van de 20 afbeelding-acquisitiesectie versterkt toegevoerd aan de ingang van de afbeeldingverbeteringsectie. De versterker die in het verleden aan het begin van de verbeteringsprocedure werd gebruikt in digitale fluorografische (DF) systemen was een logaritmische versterker vanwege de exponentiële aard van het intensiteitssignaal. Logaritmische versterkers 25 functioneren voor het verschaffen van stralingsintensiteit-verzwak-kingsslgnalen (objectdichtheid) die lineair zijn. De lineaire signalen zijn een functie van de intensiteit van. de signalen die verlopen door een bloedvat dat wordt onderzocht.

Het is echter bekend dat logaritmische versterkers rond het nul-30 punt extreem hoge versterkingsfactoren bezitten. Derhalve wordt elke fout of elk ruisaandeel dat optreedt nabij het nulpunt zeer sterk versterkt. De versterking van de ruis en van foutsignalen heeft er in feite in geresulteerd dat het grootste deel van de industrie de "logaritmische versterker" heeft verlaten. In plaats daarvan kiest de deskundi-35 ge op dit terrein op dit moment voor het gebruik van een analoog naar digitaal omvormer die werkt op het "lineaire" signaal van de intensi-BAD Q§(££Af^-5terker in samenhang met opzoektabelconfiguraties voor de omvorming van lineair naar logaritmisch. Deze optie mist echter de inhe- 2 rente voordelen van het gebruik van een logaritmische versterker op signalen met exponentiële kenmerken, als de versterkingsproblemen rond het nul-gebied kunnen worden opgelost.

Er wordt derhalve reeds lang een behoefte gevoeld aan nieuwe en 5 verbeterde apparatuur en procedures waarmee wordt voorkomen dat versterkte fouten en ruis worden geïntroduceerd in de afbeeldingen door logaritmische versterkers in digitale fluorografische systemen. Volgens een ruim kenmerk van de onderhavige uitvinding worden derhalve verbeterde digitale fluorografische systemen verschaft voor het weergeven 10 van radiografische afbeeldingen van objecten, welke systemen omvatten: - een afbeelding-acquisitiesectie voor het verkrijgen van een videosig-naalrepresentatie van het object, - logaritmische versterkingsmiddelen voor het versterken van het genoemde videosignaal met een logaritmische functie, en 15 - middelen voor het op de basislijn afsnijden van het genoemde ver sterkte videosignaal teneinde de signaal/ruis-verhouding (SNR) te verbeteren en te voorkomen dat dichtbij het nulpunt signaalfouten en ruis in de signalen worden versterkt.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding wordt voor het opti-20 maliseren van de kwaliteit van de verkregen afbeeldingen en de weergave in de digitale fluorografie een maximaal televisiecamera-uitgangssig-naal van ongeveer 1000 mV gebruikt. Het is ook bekend dat voor afbeeldingen, die worden verkregen met behulp van een afbeeldingintensiteits-versterker de afbeeldingspanningsdrempel aan de onderzijde niet kleiner 25 is dan ongeveer 20 mV en nagenoeg altijd niet kleiner is dan 50 mV bij een piekwaarde van 1000 mV. Derhalve kunnen de afsnijmiddelen worden ingesteld op afsnijspanningen aan de uitgang van de logaritmische versterker corresponderend met ingangsspannlngen van minder dan ongeveer 20 mV.

30 Het stelsel volgens de uitvinding is dus voorzien van nul-afsnij- middelen voor het verbeteren van de signaal/ruis-verhouding van het systeem en voor het minimaliseren van afbeeldingsfouten die in de stand der techniek wel optreden vanwege het gebruik van de logaritmische versterker en de televisiecamera die relatief veel ruis levert en rond het 35 nulpunt onstabiel is. De verbetering wordt verkregen zonder dat de verst erkingsf actor van de logaritmische versterker wordt verslechterd.

De bovengenoemde en andere kenmerken en doelstellingen van de uitvinding zullen het best worden begrepen na een beschouwing van de bij-aan t*and van de navolgende beschrijving.

40 Figuur 1 is een blokschema van basis component en van een kenmerkend ft C Λ Λ ·» / St

« v * I

3 digitaal fluorografisch systeem.

Figuur 2 is een schema van een voorkeursuitvoeringsvorm van een logaritmische versterker voor gebruik in de afbeeldingverwerkingssectie van figuur 1.

5 De figuren 3a, b en c illustreren grafisch de uitgangsspanning als functie van de ingangsspanning voor de versterker van figuur 2.

Het digitale fluorograflsche systeem 11 van figuur 1 is voorzien van een afbeelding-acquisitiesectie 12 met onder andere de op zichzelf bekende röntgenstralingsbron, de r'óntgenstralingdetector-afbeeldingin-10 tensiteitsversterker en de videocamera die het initiële videosignaal verschaft dat via de geleider 13 wordt toegevoerd aan de afbeeldingverwerkingssectie 14.

De verwerkingssectie voert de afbeeldingverbeteringsstappen uit zoals aftrekken, filteren, effenen, enz., alsmede de benodigde opera-15 ties die vereist zijn in verband met de feitelijke afbeeldingverbeteringsstappen zoals versterken, analoog/digitaal-omvormen, digitaal/ana-loog-omvormen, en rekenkundige stappen, enz. Zoals met het geheugenblok 17 is aangegeven omvat de verwerkingssectie ook een geheugenfunctie. De uitgangssignalen van de verwerkingssectie zijn videosignalen die worden 20 gebruikt voor het weergeven van het object binnen de weergeefsectie 16.

De videosignalen worden vanaf de processor via de geleider 19 overgebracht naar de weergeefsectie. De getoonde centrale processor 23 is voorzien van de gebruikelijke randapparatuur waarmee de gebruikelijke stuurfuncties kunnen worden uitgevoerd.

25 De aan de ingang van de verwerkingssectie 14 in dergelijke syste men gebruikte versterkers waren over het algemeen logaritmische versterkers. Een verbeterde logaritmische versterker 31 voor gebruik in digitale fluorograflsche systemen, waarmee de problemen, waarvan de industrie last heeft, worden opgelost is getoond in figuur 2.

30 De videosignalen op de geleider 13 van de acquisltiesectie 12 wor den toegevoerd aan de ingang 32 van de logaritmische versterker 31 (figuur 2). Het video-ingangssignaal wordt toegevoerd aan de voorverster-ker Ql. De ingang 32 is afgesloten met een impedantie-aanpassingsweer-stand R1 die geschakeld is tussen de ingang 32 en aarde.

35 Er zijn middelen aangebracht voor het regelen van het gelijkspan- ningsniveau aan de uitgang van de versterker Ql op ongeveer nul in responsie op de donkerstroom van de televisiecamera. Met de afregeling van het nulniveau van de voorversterker Ql refereert de logaritmische ver-BAD 3Fü£Uit&ehakeling Q2 de afbeeldingssignalen aan een vast nulniveau.

40 De gelijkspannlngsniveau-afregelmiddelen bestaan in de voorkeurs- .,1 4 uitvoeringsvorm van figuur 2 uit de variabele weerstand RVI, aangesloten tussen een positieve en een negatieve spanning. De spanning op de loper wordt toegevoerd aan de negatieve ingang van de voorversterker Q1 via een spanningdelernetwerk bestaande uit de weerstanden R2 en R3. Het 5 knooppunt van deze weerstanden is verbonden met de negatieve ingang van de versterker Q1 via de geleider 33. Een stabiliserende terugkoppel-spanning wordt verkregen vanaf de uitgang van de voorversterker Q1 op de geleider 35 en via de weerstand R4 toegevoerd aan het knooppunt van de spanningdelernetwerkweerstanden R2 en R3. De terugkoppelspanning 10 zorgt voor een variatie van de nulniveau-afregelspanning als functie van de uitgangsspanning van de voorversterker Ql.

Het uitgangssignaal van de voorversterker op de geleider 34 wordt toegevoerd aan een ingangsaansluiting van de logaritmische versterker Q2. Er zijn middelen aanwezig voor het afregelen van de versterkings-15 factor en de positie van de uitgangsspanning/ingangsspanning-kromme van de logaritmische versterkerschakeling 31 van figuur 2. Meer in het bijzonder is een variabele weerstand RV3 aangesloten tussen de aansluitingen 1 en 3 van de versterker Q2 in een serieschakeling die bestaat uit de weerstanden R6, RV3, en R7. De loper van RV3 is verbonden met een 20 negatieve spanning. In de voorkeursuitvoeringsvorm is deze versterker een commerciëel verkrijgbare logaritmische versterker die wordt geleverd door Texas Instruments onder nr. TL 441 CN. De variabele weer-standschakeling bestuurt de helling (vetsterkingsfactor) van de in figuur 3a getoonde spanningscurve.

25 Het omslagpunt van de curve van figuur 3 wordt bestuurd door de weerstandschakeling die voorzien is van de variabele weerstand RV2 in serie met de weerstand R5 die aangesloten is tussen de aansluitingen 4 en 7 van de versterker Q2. Het veranderen van de weerstandswaarde van RV2 door het verplaatsen van de loper van RV2 zorgt voor een verplaat-30 sing van het bovenste deel van de curve dichter naar of verder weg van de uitgangsspanningsas, zoals getoond is in figuur 3b. Aan de uitgangs-aansluitingen 5 en 6 van de versterker Q2 staan de differentiële logaritmische spanningen. Er zijn middelen aanwezig voor nulafsnijding van de uitgangsspanning. Meer in het bijzonder zijn in figuur 2 een ver-35 schilversterker Q3 met bijbehorende schakeling getoond. De positieve ingang van de versterker Q3 is verbonden met de positieve uitgang van versterker Q2 via de weerstand R8 terwijl de negatieve ingang van de versterker Q3 gekoppeld is met de negatieve uitgang van versterker Q2 BAÖsOBèGJ^Akd R9.

40 De positieve ingang van versterker Q3 is gekoppeld met aarde via * * w \ ^ 5 de belastingsweerstand R10 en de negatieve ingang van versterker Q3 is gekoppeld met de uitgang van de versterker via de terugkoppelweerstand R12. Opgemerkt wordt dat omdat de ingangen van de verschilversterker Q3 normaal gelijk zijn het uitgangssignaal ervan gelijk zal zijn aan nul 5 of aan aardniveau. Er zijn echter middelen aanwezig voor het variëren van het gelijkspanningsniveau op de negatieve ingang van de versterker Q3 teneinde de negatieve signalen af te snijden. Meer in het bijzonder zijn deze negatieve signaalafsnijmiddelen voorzien van de serieschake-ling van de variabele weerstand RV4 en de weerstand Ril tussen een po-10 sitieve spanning en de negatieve ingang van de versterker Q3 en de weerstand R12 naar het virtuële aardniveau aan de uitgang van de versterker Q3. De spanning over R12 zorgt er ten opzichte van de spanning over R10 voor dat de uitgang van de versterker Q3 negatief wordt en dat er een stroom gaat lopen door de diode Dl en de weerstand R13. Zolang 13 de diode Dl geleidt kunnen er geen signalen passeren naar de volgende trap van de schakeling 31.

De volgende trap is de uitgangsbufferversterker Q4. Als de ingangssignalen van de versterker Q3 hoog genoeg zijn dan komt het uitgangssignaal van Q3 boven het afsnijniveau van de diode Dl en nu worden 20 de uitgangssignalen doorgelaten naar de volgende trap. In een voorkeur stiit voering s vorm is de diode Dl een Schottky-diode met een snelle responsie.

De bufferversterker Q4 heeft in de voorkeursuitvoeringsvorm een versterkingsfactor gelijk aan 1 en is niet inverterend. Het uitgangs-25 signaal van de versterker Q3 wordt toegevoerd aan de positieve ingang van de versterker Q4. De negatieve ingang van de versterker Q4 is voor stabilisatiedoeleinden verbonden met zijn uitgang. De uitgang van de versterker Q4 is verbonden met de uitgang 36 van de logaritmische verst erker schakeling 31. Het knooppunt van de uitgang van versterker Q4 en 30 de weerstand R15 is via de weerstand R14 verbonden met aarde.

De logaritmische versterkerschakeling 31 van figuur 2 is getoond met kenmerkende voedlngsspanningsingangen en condensator-filterschake-lingen alsmede een terugkoppelschakeling rond versterker Q3 met R17 en Cl. De ohmsche waarden van de weerstandscomponenten en de typen van de 35 in de beschreven voorkeursuitvoeringsvorm toegepaste versterkers zijn de volgende:

RVI = 20K RV2 = 20K · RV3 = 5K RV4 * 5K

BADtMMGtNAL R6 = 2,7K RU = 2,7 R16 * 2,2K

40 R2 « 10K R7 = 560 R12 - 5,62K R17 = 2,2K

« r Λ Λ t / ft w v | 6 R3 - 499 R8 = IK R13 = 1,5K Cl = 4,3pf

R4 = 1,2K R9 = IK R14 = 3,3K

R5 = 10K RIO = 5,62K R15 - 75

Ql en Q3 zijn van het type HA 5195, geleverd door Harris.

5 Q4 is een 002 schakeling, geleverd door National Semiconductors.

Dl is een HP 5082-2810 Schottky diode geleverd door Hewlett-Packard.

Tijdens bedrijf wordt de logaritmische versterkerschakeling 31 onder andere gebruikt voor het afregelen van het nulniveau als aanpassing aan de donkérstroom. Dit wordt uitgevoerd met de variabele weerstand 10 RVI en geïndiceerd met de grafische representatie van de spanning op het meetpunt ^1 waar de spanning wordt gemeten.

De schakeling functioneert ook voor het regelen van de helling en van de plaats van de buigpunten van de uitgangsspannings/ingangspan-nings-curve voor het variëren van de versterkingsfactor en de vorm van 15 de curve. Dit wordt gerealiseerd door gebruik temaken van de variabele weerstanden RV3 resp. RV2. In het ideale geval worden deze afregelingen uitgevoerd met een "ideale kromme" en wordt de gemeten kromme zodanig gevarieerd dat ze past bij de ideale kromme.

Zoals tenslotte is aangegeven in figuur 3(c), (de uitgangsspanning 20 uitgezet als functie van de ingangsspanning voor het gehele systeem) wordt de variabele weerstand RV4 gebruikt voor het afregelen van het afsnijden van de uitgangsspanning voor spanningen die kleiner zijn dan spanningen die corresponderen met de afsnijspanning teneinde een hoge versterking van ruis en foutsignalen rond het nulpunt op de ingang van 25 de logaritmische versterker te vermijden. Daarom onderdrukt deze af-snijbewerking de negatieve effecten die de versterkte ruis en foutsignalen hebben op het uitgangssignaal dat normaal zou worden verslechterd door de sterke mate van versterking van signalen rond het nulpunt. Het zal duidelijk zijn dat met behulp van deze werkwijze een ruisvrij sta-30 biel referentieniveau (het onderste afsnijniveau) wordt gegenereerd voor gebruik als referentie bij de opvolgende analoog/digitaal-omvor-mertrap.

Het zal duidelijk zijn dat, alhoewel alleen de positieve zijde van de uitgangsspanning/ingangsspanning-kromme is beschreven het afsnijsys-35 teem met dezelfde voordelen kan worden gebruikt voor de negatieve zijde van de kromme. Een synergistisch voordeel van de hierin beschreven logaritmische versterker is de maximalisatie van het gebruik van variabele A/D-omvormereenheden zoals beschreven is in een in Israël ingediende ten name van dezelfde aanvraagster als onderhavige aan- 40 vrage.

— Μ Λ A «v I A

« v -! 7

De uiteindelijke nauwkeurigheid van het in die aanvrage beschreven systeem wordt bereikt wanneer deze functioneert op logaritmische data.

De hierin beschreven logaritmische versterker maakt het mogelijk om logaritmische data te gebruiken zonder last te hebben van de nadelen van-5 wege de hoge versterking in het omgeving van het nulpunt.

Alhoewel de uitvinding is beschreven met verwijzing naar een voorkeur suit voering svorm ervan zal het duidelijk zijn dat deze beschrijving niet bedoeld is om het kader van de uitvinding daartoe te beperken.

BAD ORIGINAL

8500348 i

Claims

1. Verbeterd digitaal fluorografisch systeem voor het weergeven van radiografische afbeeldingen van objecten, welk systeem omvat: - een afbeelding-acquisitiesectie voor het winnen van videosignalen die 5 representatief zijn voor afbeeldingen van het object, - afbeelding-verwerklngsmiddelen voor het verwerken van het genoemde videosignaal voorafgaand aan de weergave, welke verwerkingsmiddelen voorzien zijn van logaritmische versterkingsmiddelen voor het versterken van het genoemde videosignaal met een logaritmische functie en mid- 10 delen voor het afsnijden van het genoemde versterkte videosignaal op een waarde boven de waarde die correspondeert met het nul-ingangssig-naal van de genoemde versterker teneinde de signaal/ruls-verhouding te verbeteren en te .voorkomen dat signaalfouten dichtbij het nulpunt van de responsiecurve worden versterkt.

2. Systeem volgens conclusie 1, waarin de genoemde middelen voor het afsnijden van de versterkte videosignalen voorzien zijn van basis-li jn-afsni jmiddelen.

3. Systeem volgens conclusie 2, waarin de genoemde afsnijmiddelen voorzien zijn van kortsluitmiddelen voor het kortsluiten van de ver- 20 sterkte videosignalen tot op een zekere waarde.

4. Systeem volgens conclusie 3, waarin de genoemde kortsluitmiddelen voorzien zijn van diodemiddelen die normaal geleiden voor het kortsluiten van het uitgangssignaal van de genoemde logaritmische versterker naar aarde op een vooraf bepaald niveau.

5. Systeem volgens conclusie 3, waarin de genoemde diodemiddelen bestaan uit een kortsluitende diode.

6. Systeem volgens conclusie 3, waarin de genoemde logaritmische versterkermiddelen voorzien zijn van een logaritmische versterkereen-heid, welke logaritmische versterkereenheid een positief uitgangssig- 30 naai verschaft, welk uitgangssignaal het genoemde versterkte videosignaal vormt, verschilversterkermiddelen, middelen voor het verbinden van de positieve en negative uitgangen van de genoemde logaritmische versterkereenheid met ingangen van de genoemde verschilversterkermiddelen, waarbij de kortsluitmiddelen voorzien zijn van diodemiddelen verbonden 35 met de uitgang van de genoemde verschilversterkermidelen, middelen voor het voorinstellen van de genoemde kortsluitmiddelen teneinde deze te laten functioneren boven het nuluitgangsniveau voor het kortsluiten van de uitgang van de verschilversterker naar aarde in de nabijheid van het en middelen voor het vari'éren van de voorinstelling 40 voor het regelen van het afsnijpunt. 8500348 .. . - !

7. Systeem volgens conclusie 6, waarin de genoemde voorlnstelmld-* delen voorzien zijn van variabele weerstandsmiddelen waarmee de span-ning naar een van de genoemde ingangen van de genoemde verschilverster-ker wordt toegevoerd.

8. Systeem volgens conclusie 6, waarin middelen aanwezig zijn voor het besturen van het buigpunt van de uitgangscurve van de genoemde logaritmische versterkereenheid.

9. Systeem volgens conclusie 8, waarin middelen aanwezig zijn voor het besturen van de versterkingsfactor van de genoemde logaritmische 10 versterkingseenheid.

10. Systeem volgens conclusie 9, voorzien van voorversterkermidde-len voor het toevoeren van het videosignaal aan de Ingang van de logaritmische versterkingseenheid.

11. Systeem volgens conclusie 10, voorzien van bufferversterker- 15 middelen voor het koppelen van de uitgang van de genoemde verschllver- sterkermiddelen met de uitgang van de genoemde logaritmische verster-kermiddelen vanwaar de verbinding loopt naar de weergeefmiddelen.

12. Systeem volgens conclusie 11, voorzien van A/D-omvormermidde-len, middelen voor het koppelen van de uitgang van de genoemde logarit- 20 mische versterkermiddelen met de genoemde A/D-omvormermiddelen en middelen in de genoemde A/D-omvormermiddelen voor het variëren van de versterkingsfactor van de genoemde omvormermiddelen.

13. Systeem volgens conclusie 1, voorzien van A/D-omvormermiddelen met variabele drempel.

14. Systeem volgens conclusie 13, waarin middelen aanwezig zijn voor het variëren van de versterkingsfactor van de genoemde A/D-middelen. ******** BAD ORIGINAL 8500348