DE19621387C1

DE19621387C1 - Röntgenaufnahmeeinrichtung

Info

Publication number: DE19621387C1
Application number: DE19621387A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl Ing Kusch; Detlef Dipl Ing Koertge
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: JPH1052422A; US5802139A

Description

Bei bewegten Röntgenaufnahmesystemen, z. B. bei der Rotations angiographie, werden während der Bewegung des Aufnahmesy stems, z. B. des C-Bogens mit dem Röntgenstrahler und dem Röntgenbildsystem, Röntgenaufnahmen gemacht. Um dabei einen räumlichen Eindruck von dem zu untersuchenden Objekt zu er halten, wird der C-Bogen mit möglichst hoher Geschwindigkeit um das Objekt gedreht. Um die dabei entstehende Bewegungsun schärfe der einzelnen Aufnahmen zu minimieren, werden die Aufnahmezeiten möglichst kurz gewählt. Um richtig belichtete Aufnahmen zu erhalten, können jedoch gewisse Aufnahmezeiten nicht unterschritten werden, so daß eine mehr oder weniger große Bewegungsunschärfe immer erhalten bleibt.

Die in der Aufnahme enthaltene Information ist durch die Be wegungsunschärfe nicht reduziert, sondern vergrößert worden. In der Aufnahme ist zusätzlich Information über die Bewegung enthalten. Die Information bezüglich des Objekts wird dadurch jedoch auf mehrere Pixel verteilt dargestellt.

In dem Prospekt Multistar, Universelle Angio-Anlagen PI RA A1-115 Reg. 1/3, Ausgabe: 12.92, ist eine Röntgenaufnahmeein richtung für digitale Angiographie und Intervention beschrie ben, bei der eine digitale Bildverarbeitung erfolgt. Das Ge rät für die Anfertigung von Aufnahmen ist ein C-Bogen-Gerät mit der Möglichkeit, den C-Bogen rotatorisch zu bewegen. Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses erfolgt eine Hochpaßfilterung der Bildsignale. Die Bewegungen des Aufnah megerätes wirken sich auch hier negativ auf die Bildqualität aus. In US 4 503 459 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Anfertigung von Subtraktionsbildern mit einer digitalen Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Hochpaßfilter zur Ver besserung des Signal-Rausch-Verhältnisses beschrieben. Auch hier werden Bildartefakte aufgrund von Bewegungen des Aufnah megerätes nicht beseitigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenaufnah meeinrichtung mit einem während der Anfertigung von Aufnahmen bewegten Röntgenaufnahmesystem so auszubilden, daß Bewegungs unschärfen in den erzeugten Bildern kompensiert werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs. Bei der erfindungsgemäßen Röntgenaufnah meeinrichtung wird auf der Basis der bekannten Aufnahmezeit und der Bewegung des Aufnahmesystems ein scharfes Bild rekon struiert.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die wesentlichen Teile einer Röntgenaufnahmeeinrich tung zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 ein bei der Aufnahmeeinrichtung nach Fig. 1 anwendba res digitales Filter, und

Fig. 3 bis 5 Bilddarstellungen zur Erläuterung der Erfindung.

In der Fig. 1 ist ein Lagerungstisch 1 dargestellt, auf dem ein Patient 2 liegt. Der Lagerungstisch 1 ist mit Hilfe eines Stativs 3 an der Decke 4 des Untersuchungsraumes aufgehängt. Zur Anfertigung von Röntgenbildern sind ein Röntgenstrahler 5 und ein Röntgenbildverstärker 6 mit nachgeschalteter Einzel bildkamera sowie digitaler Fernsehkamera 10 vorgesehen. Der Röntgenstrahler 5 und der Röntgenbildverstärker 6 sind an einem C-Bogen 7 befestigt, welcher an einem Sockel 8 verstell bar gelagert ist. Zur Bildwiedergabe ist ein Monitor 9 an der Decke 4 aufgehängt.

Der C-Bogen 7 ist um eine horizontale Achse 11 schwenkbar, so daß der Patient 2 während der Bewegung des Aufnahmesystems 5, 6 bis 10 unter verschiedenen Richtungen durchstrahlt werden kann.

Da die Aufnahmezeit bekannt ist und die Bewegung des Aufnah mesystems konstant und bekannt ist, ist es möglich, durch ein rekursives digitales Filter aus den unscharfen Aufnahmen scharfe Aufnahmen zu rekonstruieren. Gemäß Fig. 2 wird dies exemplarisch für den Ausschnitt eines hypothetischen Video bildes bei Verwischung durch eine lineare translatorische Be wegung durchgeführt. Dabei ist v die Anzahl der Bildpixel, die während der Aufnahmezeit vom Objekt überstrichen werden. v kann aus der Aufnahmezeit und der Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt werden.

Zur Rekonstruktion muß folgende rekursive Differenzenglei hung umgesetzt werden:

xr_k = v _* y_k - xr_k-1 - xr_k-2 - . . . xr_k-v+1

Dabei ist
y_k k-tes Pixel des unscharfen Videobildes (Leitung 13)
xr_k k-tes Pixel des rekonstruierten Videobildes (Leitung 14).

Liegt abweichend vom gezeigten Beispiel keine translatorische Bewegung, sondern eine Rotationsbewegung vor, so führt dies für Objekte, die unterschiedlich weit vom Isozentrum entfernt sind, zu unterschiedlichen Verschiebungen. Zusätzlich ist in der Aufnahme also Information über die räumliche Lage des Ob jektes enthalten. Durch Vergleich des zweiten Bildes mit dem ersten Bild einer Szene (das erste Bild einer Szene sei ein Standbild) kann die Entfernung der Details, z. B. der einzel nen Gefäße, vom Isozentrum bestimmt werden, und es können für die unterschiedlichen Entfernungen unterschiedliche Filter tiefen festgelegt werden. Der Rekonstruktionsaufwand steigt für Rotationsbewegungen an, für einzelne Bildausschnitte ist er jedoch identisch mit dem bei translatorischen Bewegungen.

Anwendung

Kompensation der Bewegungsunschärfe bei Röntgenaufnahmen während translatorischer Bewegung durch digitale Signalver arbeitung,

Kompensation der Bewegungsunschärfe bei Röntgenaufnahmen während Rotationsbewegung durch digitale Signalverarbei tung.

Erstellung eines räumlichen Modells aus einer kontinuierli chen Röntgenaufnahme während der Rotation um einen bestimmten Winkel (z. B. 7°).

Die Wirkungsweise des digitalen Filters wird nachfolgend nä her erläutert:

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines hypothetischen Video bildes einer scharfen Röntgenaufnahme. Dargestellt ist die Schwärzung x_p einer Bildzeile über den Bereich von p = 25 Pi xel.

Bewegt man das Röntgengerät während der Belichtungszeit der Röntgenaufnahme mit konstanter Geschwindigkeit relativ zum Objekt, so ergibt sich eine Verwischung der Kontur. Diese Un schärfe läßt sich durch folgende nichtrekursive Funktion im Ortsbereich beschreiben. Die Anzahl der Pixel, um die das Ge rät während der Belichtungszeit relativ zum Objekt bewegt wurde, sei v = 7.

Als Übertragungsfunktion im Z-Bereich folgt:

In Fig. 4 ist die Schwärzung y_p des verwischten Bildaus schnittes dargestellt. Die Bildinformation der scharfen Rönt genaufnahme ist in dem verwischten Bild nicht mehr zu erken nen.

Da die Gerätebewegung, und damit die relative Verschiebung v des Objekts während der Aufnahme, bekannt ist, kann zur Re konstruktion der Bildinformation die inverse Übertragungs funktion verwendet werden.

Die Rücktransformation der Übertragungsfunktion ergibt fol gende rekursive Differenzengleichung:

In Fig. 5 ist die Schwärzung xr_p des rekonstruierten Bildaus schnittes dargestellt. Mit der Kenntnis der relativen Bewe gung des Röntgengerätes kann mittels eines digitalen Filters aus einer verwischten Aufnahme das scharfe Bild exakt rekon struiert werden.

Claims

Röntgenaufnahmeeinrichtung mit einem während der Bildaufnahme bewegten Röntgenaufnahmesystem (5, 6, 10) sowie einer digita len Bildverarbeitungselektronik (10), die ein digitales Fil ter (Fig. 2) aufweist, mit dem unter Berücksichtigung der Aufnahmezeit und der Bewegung des Röntgenaufnahmesystems (5, 6, 10) ein von Bewegungsartefakten freies, scharfes Bild rekonstruiert wird, indem die Rücktransformation der Übertra gungsfunktion aufgrund folgender rekursiver Differenzenglei chung erfolgt: xr_k = k-tes Pixel des rekonstruierten Videobildes,
v = Anzahl der Bildpixel, die während der Aufnahmezeit vom Objekt überstrichen werden,
y_k = k-tes Pixel des unscharfen Videobildes,
u = Laufvariable des Summenausdrucks
u läuft von 1 bis v-1.