DE1522128A1 - Verfahren und Anordnung zur Verbesserung des Kontrastes bei der Aufnahme von Durchstrahlungsbildern - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

703 BOBLINGEN SINDELFINGER STRASSE 49 1 Γ O O i 0 Q

FERNSPRECHER (07031) 6613040

Böblingen, den 3. Januar 1967 pu-er

Anmelder: International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y., IO 5Ο4

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenz. d. Anmelderin: Docket 15 228

Verfahren und Anordnung zur Verbesserung des Kontrastes bei der Aufnahme von Durchstrahlungsbildern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Kontrastes bei der Aufnahme von Durchstrahlungsbildern mittels einer, ein geeignetes Frequenzspektrum umfassenden, von den einzelnen Stoffen des durchstrahlten Körpers verschieden absorbierten Strahlung, insbesondere einer Röntgenstrahlung und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung von Röntgenaufnahmen tritt häufig die Schwierigkeit auf, daß die innerhalb des durchstrahlten Körpers befindlichen, abzubildenden Bereiche von Organen anderer Beschaffenheit oder von Knochen abgeschirmt werden. Da das Erscheinen dieser auf den Röntgenbildern unerwünschten Teile des Körpers nur schwör eliminiert werden kann, hat man zu einer Technik Zuflucht genommen, in welcher der zu durchstrahlende Körper in eine solche Lage gebracht wird, daß sich ein Minimumm an störender Materie im Strahlengang befindet. Ebenso ist auch die Verwendung von harten und weichen Röntgenstrahlen bekannt, wenn Bilder von Geweben und von Knochen unterschieden werden sollen. Diese Technik erfordert jedoch in hohem Grade fachmännische Inte rpre tie rung

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und in vielen Fällen kann ein besonderer Befund nur durch Zuhilfenahme der untersuchenden Chirurgie festgestellt werden.

In einer anderen Technik werden Strahlungsabsorbierende Mittel verwendet, um zu erreichen, daß sich ein bestimmtes Organ scharf von dem Gewebe und den Knochen der Umgebung abhebt. Auch radioaktive Substanzen, die sich bevorzugt an bestimmten Stellen des Körpers ablagern, werden benutzt, um sonst schwierig zu erreichende Bereiche bei der Abbildung mit größerem Kontrast herauszustellen. Die beiden zuletzt genannten Verfahren sind jedoch sehr zeitraubend und kostspielig und machen die Anwesenheit von ausgebildetem Personal erforderlich.

Ein weiteres Problem, das den derzeit üblichen Verfahren zur Herstellung von Röntgenbildern eine Grenze setzt, ist die Kürze der Zeit, der ein Patient einer Röntgenstrahlung ausgesetzt werden darf.

Im Hinblick auf diese Nachteile besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren und eine Anordnung zur Erzielung scharfer und klarer Röntgenbilder von durch andere Organe und Knochen abgeschirmten Bereichen anzugeben. Eine weitere Aufgabe wird darin gesehen, daß das Verfahren wirtschaftlich und -so einfach sein soll, daß die notwendige Anwesenheit des ausgebildeten Personals auf ein Minimumm reduziert wird. Dabei soll der Patient möglichst kurze Zeit der Strahlung ausgesetzt werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, durch das zwischen Knochen, Gewebe, Fett und anderen Substanzen klar unterschieden werden kann und durch das die Sichtbarkeit der auf dem Bild unerwünschten Substanzen weitgehend reduziert werden kann, so daß die gewünschte, abzubildende Struktur mit größerer Klarheit hervortritt. Eine weitere Aufgabe wird schließlich darin gesehen, die durch SubstanzenJÜer Umgebung verursachte Interferenz, auch als Rauschen bezeichnet, die gewöhnlich das Röntgenbild beeinträchtigt, zu verringern.

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Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben bei einem Verfahren zur Aufnahme von durch Strahlungsbildern mittels einer, ein geeignetes Frequenzspektrum umfassenden, von den einzelnen Stoffen des durchstrahlten Körpers verschieden absorbierten Strahlung dadurch gelöst, daß zunächst gleichzeitig mehrere Absorptionsbilder aufgenommen werden, bei denen außer dem ersten, jeweils die auffallende Strahlung in einem oder mehreren Frequenzbereichen, die den von den einzelnen Stoffen selektiv absorbierten Frequenzbereichen entsprechen, stark geschwächt ist, daß sodann von dem vollständigen Absorptionsbild einerseits und den Lücken im Absorptionsbereich aufweisenden Absorptionsbildern andererseits komplementäre Bilder hergestellt werden, und daß danach ein aus dem vollständigen Absorptionsbild hergestelltes Bild und ausgewählte der aus den Lücken im Absorptionsbereich aufweisenden Bildern hergestellten Bilder gleichzeitig auf eine gemeinsame Bildfläche projiziert werden.

Die Abschwächung der die Absorptionsbilder erzeugenden Strahlung in den der selektiven Absorption bestimmter Stoffe entsprechenden Frequenzbereichen erfolgt dabei in vorteilhafter Weise jeweils durch Vorschalten eines in diesem Bereich absorbierenden Filters vor den photographischen Film. Die Hervorhebung der Struktur eines bestimmten Stoffes erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß der Absorptionsbereich des ersten vorgeschalteten, selektiven Absorptionsfilters, der alle weiteren Absorptionsbilder beeinflußt, demjenigen Frequenzbereich entspricht, der von dem im resultierenden Bild hervorzuhebenden Stoff selektiv absorbiert wird. Dabei ist es vorteilhaft, daß ein aus dem vollständigen Absorptionsbild hergestelltes positives Bild, bei dem die Schwärzung mit der Absorption im Körper zunimmt, zur Abbildung gelangt. Eine fast vollständige Eliminierung der auf dem Bild unerwünschen Strukturen erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß bei der gemeinsamen Projektion der Absorptions bilder Helligkeit der einzelnen Bilder individuell geregelt wird.

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Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist so ausgebildet, daß im Strahlengang der ein geeignetes Frequenz Spektrum aufweisenden Strahlenquelle hinter dem durchstrahlten Testobjekt hintereinander mehrere photographische Filme angeordnet sind, denen, mit Ausnahme des ersten Films, Filter vorgeschaltet sind, deren Absorptionsbereiche jeweils den Frequenzbereichen entsprechen, die von den einzelnen Stoffen des Testobjektes selektiv absorbiert werden, und daß in ihrer Helligkeit einzeln regelbare, auf eine gemeinsame Bildfläche fokussierte Projektoren vorgesehen sind, durch die ein aus dem vollständigen Absorptionsbild ge-A wonnenes Bild und ausgewählte, hierzu Komplemente darstellende

Bilder der Lücken im Absorptionsbereich aufweisenden Absorptions bilder auf die gemeinsame Bildfläche projiziert werden.

Die Erfindung wird anhand eines durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Art und Weise der

Bestrahlung des zu untersuchenden Körpers und der Belichtung der photographischen Filme, und

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Beispiel für die

~ gemeinsame Wiedergabe der Bilder in einer be

stimmten Kombination.

Der Körper 7 wird von den aus der Strahlungsquelle 5 ausgehenden Röntgenstrahlen durchstrahlt. Ein Teil der Röntgenstrahlen wird von verschiedenen Stoffen des Körpers 7, insbesondere von Knochen, Muskeln und Fett absorbiert. Die von der Strahlungsquelle 5 emittierten Röntgenstrahlen besitzen ein Spektrum von verschiedenen Frequenzen bzw. Wellenlängen. Jeder der Stoffe im Körper 7 hat die Eigenart, die verschiedenen Frequenzen des emittierten Röntgenspektrums in verschiedener Weise zu absorbieren.

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Zur Veranschaulichung sind in Figur 1 die vom Körper 7 wieder austretenden Röntgenstrahlen in Gruppen von drei Mustern 9 bis 11 dargestellt. Die als ausgezogene Linie dargestellten Strahlen 9 entsprechen dem Absorptionsmuster der Knochen. Die als gestrichelte Linie dargestellten Strahlen IO stellen die Absorption durch Fett dar, und die durch strichpunktierte Linien dargestellten Strahlen 11 entsprechen der Absorption der Muskeln. Der photographische Film 13 wird von den durch den Körper 7 hindurchgegangenen Strahlen belichtet. Dabei wird die von den Stoffen des Körpers nicht absorbierte Strahlung auf dem Film aufgezeichnet.

Hinter dem Film 13 ist das Filter 15 angeordnet, dessen Wirkungsweise ■

darin besteht, bestimmte Frequenzkomponenten des Röntgenspektrums zu schwächen. Ein solches Filter kann wohl nicht vollkommen erreicht werden, doch sei zur Veranschaulichung angenommen, daß das Filter 15 diejenigen Frequenzen schwächt, die insbesondere von den Knochen im Körper 7 absorbiert werden. Daher treten die Strahlungsmuster 10 und 11 entsprechend dieser Darstellung aus dem Filter 15 aus, da sie weniger Abschwächung erfahren als die das Muster 9 der Knochen bildenden Frequenzen. Die vom Filter 15 austretende Strahlung wird im zweiten photographischen Film 17 registriert. Das zweite Filter 19 ist so ausgewählt, daß diejenigen Frequenzen geschwächt werden, die

4 insbesondere von den Fettstrukturen im. Körper 7 beeinflußt werden. ™

Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß das Filter 19 in vollkommener Weise wirke. Somit wird das Strahlungsmuster IO durch das Filter 19 gesperrt und nur das Strahlungsmuster 11 wird durch den dritten photographischen Film 21 registriert.

Die photographischen Filme 13, 17 und 21 werden zu einem zusammengesetzten Bild kombitiert, in welchem das Absorptionsmuster eines bestimmten Stoffes verstärkt hervortritt. Die Aufnahmen 13, 17 und können in verschiedener Weise kombiniert werden. Eine Kombination ist in Fig. 2 dargestellt.

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Die Projektoren 23 bis 25 sind mit Einrichtungen zur Regelung der Helligkeit ausgerüstet, so daß helles Licht oder relativ schwaches Licht projiziert werden kann. Die photographischen Filme werden in die Strahlengänge der Projektoren 23 bis 25 eingebracht, und das Bild jedes Films wird auf die Bildfläche 27 projiziert.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine positive oder wahre Form des Films 13 in den Projektor 23 eingebracht. Eine negative oder komplementäre Form des photographischen Films 17 , mit 17¹ bezeichnet, wird in den Projektor 24 eingebracht und eine negative oder komplementäre Form des photographischen Films 21 mit 2Π bezeichnet, wird in den Projektor 25 eingebracht.

Die projezierten Bilder der negativen Filme 17¹ und 21' bewirken eine Auslöschung oder eine Abschwächung ihrer jeweiligen Strahlungsmuster im Film 13. Der Negativfilm 17¹ z. B. wirkt in Richtung auf Auslöschung der Absorptionsmuster von Fett und Muskeln im Positivfilm 13. Durch Variieren der Intensität derProjektoren 23 und 24 kann ein Optimumm an Auslöschung erreicht werden. In der selben Weise wirkt der Film 21' verringernd auf das durch den Absorptions effekt von Muskeln im Film 13 entstandene Muster. Durch Anpassung der Helligkeit aller drei Projektoren 23 bis 25 kann der Bediener ein Optimumm der auslöschenden Wirkung erreichen. Das auf der Bildfläche 27 erscheinende Muster wird daher durch den Absorptions effekt der Knochen beherrscht.

Zum genaueren Verständnis der Art und Weise wie die Filme 13, 17' und 21' in Fig. 2 kombiniert werden, seien diejenigen Teile des Films 13 betrachtet, die den Stellen im Körper 7 entsprechen, an denen relativ wenig Absorption stattfindet, und die daher hell und durchsichtig erscheinen. Das durch den Film 13 auf die Fläche 27 projizierte Bild enthält daher ein Muster von dunklen Bereichen, die durch die Absorption von Muskeln, Fett und Knochen verursacht werden und von hellen

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Bereichen, die denjenigen Teilen des Körpers 7 entsprechen, in denen eine geringere Absorption auftritt.

Der Film 17' entspricht dem Negativ der im Film 17 aufgezeichneten Muster. Die Bereiche größter Absorption im Körper 7 entsprechen daher hellen oder durchscheinenden Bereichen im Negativfilm 17'. Die Projekton des Negativfilms 17* auf die Fläche 27 allein ergäbe somit relativ helle Bereiche entsprechend den Lagen von Muskeln und Fett, und relativ dunkle Bereiche entsprechend der Lage der Knochen, da das Absorptionsmuster für Knochen durch das Filter 15 geschwächt ist.

In ähnlicher Weise wird durch den Film 21' ein Bild auf die Fläche 27 geworfen, bei dem die hellsten Bereiche der Lage der Muskeln im Körper 7 entspricht. Der Negativfilm 21' hat daher die Wirkung, die durch den Film 13 projizierten dunklen Flächen entsprechend der Lage der Muskeln aufzuhellen, und dadurch das Absorptionsmuster der Muskeln auf der Fläche 27 zum Verschwinden zu bringen. Der Negativfilm 17¹ hält diejenigen Bereiche auf der Bildfläche 27 auf, die den Muskel- und Fettstrukturen entsprechen. Die durch den Film 13 erzeugten dunklen Strukturen, die den Knochen im Körper 7 entsprechen, bleiben davon unberührt.

Entsprechend können verschiedene Kombinationen von positiven und negativen Filmen verwendet werden, und die Helligkeit der Projektoren 23 bis 25 kann in verschiedener Weise variiert werden, um Muskeln, Fett, Knochen, oder eine andere Substanz hervortreten zu lassen.

Zur bisherigen Beschreibung sind idealisierte Filter 15 und 19 zur Blockierung der Wirkung von Knochen bzw. Fett angenommen worden. In der Praxis ist jedoch eine vollständige Auslöschung weder notwendig noch ist diese Auslöschung immer erreichbar. Versuche haben ergeben,

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daß die Filter 15 und 19 lediglich eine leichte Veränderung der Röntgenspektren hervorzurufen brauchen, um Stoff tief innerhalb des Körpers 7, die mit einem einzigen photographischen Film sehr schwer zu beobachten gewesen wären, wesentlich besser sichtbar gemacht werden könne. Weiterhin hat sich ergeben, daß nur ein einziges Filter und zwei Filme erforderlich sind, um eine Verstärkung des Adergewebes im menschlichen Körper zu erhalten. Es folgt eine Zusammenstellung von Angaben über die benutzten Geräte:

a) zwei photographische Filme, die unter Umgehung eines Bildschirmes auf Röntgenstrahlen ansprechen,

b) ein Filter zwischen den Filmen, bestehend aus einer 0, 127 mm dicken Kupferfolie,

c) eine Röntgenstrahlungsquelle von 0, 1 Sekunden Dauer, 200 mA, 190 KV, und einer Wolframanode.

Die Erfindung ist am Beispiel von Röntgenstrahlen beschrieben worden, dasselbe Verfahren kann auch bei anderer Strahlungsenergie wie elastischen und Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen abhängig von dem zu bestrahlenden Körper verwendet werden. Wie ersichtlich, ist die Bestrahlungsdauer nicht länger als beider Belichtung eines einzelnen Films, da alle Filme 13, 17 und 21 gleichzeitig belichtet werden.

Für einige Anwendungen ist es wünschenswert, das in Fig. 2 dargestellte Analogverfahren für die Kombination der Filme 13, 17 und 21 durch ein digitales Verfahren zu ersetzen. In diesem Falle werden den Aufnahmen 13, 17 und 21 eine Matrix von diskreten Punkten zugeordnet, und den Schwärzungsgraden in diesen Punkten wird jeweils eine Binärzahl zugeordnet. Zur Kombinierung der Filme 13, 17 und 21 wird sodann ein digitaler Computer verwendet.

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Claims (6)

Patentans prüche

1. »Verfahren zur Verbesserung des Kontrastes bei der Aufnahme von Durchstrahlungsbildern mittels einer, ein geeignetes Frequenz-Spektrum umfassenden, von den einzelnen Stoffen des durchstrahlten Körpers verschieden absorbierten Strahlung, insbesondere einer Röntgenstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst gleichzeitig mehrere Absorptionsbilder aufgenommen werden, bei denen, auiser dem ersten, jeweils die auffallende Strahlung in einem oder mehreren Frequenzbereichen, die den von den einzelnen Stoffen selektiv absorbierten Frequenzbereichen entsprechen, stark geschwächt ist, daß sodann von dem vollständigen Absorptionsbild einerseits und den Lücken im Absorptionsbereich aufweisenden Absorptionsbildern andererseits komplementäre Bilder hergestellt werden, und daß danach ein aus dem vollständigen Absorptionsbild hergestelltes Bild und ausgewählte, der aus den Lücken im Absorptionsbereich aufweisenden Bildern hergestellten Bilder gleichzeitig auf eine gemeinsame Bildfläche projiziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschwächung der die Absorptionsbilder erzeugenden Strahlung in den der selektiven Absorption bestimmter Stoffe entsprechenden Frequenzbereichen jeweils durch Vorschalten eines in diesem Bereich absorbierenden Filters vor den photographischen Film erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionsbereich des ersten vorgeschalteten, selektiven Absorptionsfilters, der alle weiteren Absorptionsbilder beeinflußt, demjenigen Frequenzbereich entspricht, der von dem im resultierenden Bild hervorzuhebenden Stoff selektiv absorbiert wird.

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4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus dem vollständigen Absorptionsbild hergestelltes, positives Bild, bei dem die Schwärzung mit der Absorption im Körper zunimmt, zur Abbildung gelangt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der gemeinsamen Projektion der Absorptionsbilder die Helligkeit der einzelnen Bilder individuell geregelt wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen ^ 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang der ein geeignetes Frequenz Spektrum aufweisenden Strahlungsquelle hinter dem durchstrahlten Testobjekt hintereinander mehrere photographische Filme angeordnet sind, denen, mit Ausnahme des ersten Films, Filter vorgeschaltet sind, deren Absorptionsbereiche jeweils den Frequenzbereichen entsprechen, die von den einzelnen Stoffen des Testobjekts selektiv absorbiert werden, und daß in ihrer Helligkeit einzeln regelbare, auf eine gemeinsame Bildfläche fokussierte Projektoren vorgesehen sind, durch die ein aus dem vollständigen Absorptionsbild gewonnenes Bild und ausgewählte, hierzu Komplemente darstellende Bilder der Lücken im Absorptionsbereich aufweisenden

fc. Absorptionsbilder auf die gemeinsame Bildfläche projiziert werden.

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