DE3018129C1 - Roentgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung von Substraktionsbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Fernsehaufnahmeeinrichtung, mit einem Bildspeicher, mit einer Differenzstufe zur Erstellung von Subtraktionsbildern durch Differenzbildung aus dem gespeicherten und dem aktuellen Videosignal und mit einem Monitor. Subtraktionsbilder finden bei Durchleuchtungen, insbesondere bei der selektiven Angiographie, Verwendung, um Blutgefäße, die im normalen Röntgenbild nur schlecht zu erkennen sind oder von Knochenstrukturen überlagert werden, deutlich sichtbar zu machen.

Bei der Durchleuchtungssubtraktion werden Bilder mit Kontrastmittelfüllung aufgenommen und gespeichert und von Bildern ohne Kontrastmittelfüllung subtrahiert. Eine Subtraktion zweier Bildaufnahmen kann auf fotografischem oder fernsehtechnischem Wege erfolgen. Bei der heute vorwiegend verwendeten fernsehtechnischen Subtraktion wird als Speicher für das Bild mit der Probeinjektion entweder eine fotografische Unterlage, die von einer zweiten Fernsehkamera abgetastet wird, oder ein Videobildspeicher verwendet. In einem elektronischen Differenzverstärker werden die Videosignale voneinander subtrahiert.

Die Differenzbilder werden auf einem Monitor dargestellt und enthalten vorwiegend nur die Darstellung der mit Kontrastmittel gefüllten Blutgefäße.

Da für eine Darstellung alle Gefäße gleichzeitig gefüllt sein müssen, sind bei der Probeinjektion hohe Kontrastmittelmengen zu verwenden. Zur Aufnahme von Kontrastmittelbildern wird der gesamte Injektionsvorgang in einem Videospeicher gespeichert. Die den Gefaßbaum am besten darstellende Aufnahme wird

ORIGINAL INSPECTED

ausgewählt und zur Subtraktion verwendet. Die so angefertigten Subtraktionsbilder weisen eine nicht immer befriedigende Bildqualität auf. Außerdem müssen viele Manipulationen erfolgen, so daß das Verfahren zur Anfertigung von Subtraktionsbildern umständlich ist. Weiterhin wird durch dieses bekannte Verfahren der Patient durch hohe Kontrastmittelmengen und eine große Röntgendosis stark belastet.

In der DE-OS 29 19 425 wird deshalb vorgeschlagen, zur Speicherung der Videosignale vorher eine Integration über mehrere Bilder durchzuführen. Diese gespeicherten Signale und die aktuellen Videosignale werden subtrahiert. Die Differenzsignale werden auf dem Monitor dargestellt. Hierbei verbessert sich zwar'das Quantenrauschen, eine optimale Darstellung der Gefäßbahnen bei geringen Kontrastmittelmengen erfolgt jedoch nicht.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagnostikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die leicht zu handhaben, mit nur geringem Aufwand herzustellen ist, und Bilder hoher Qualität erzeugt, sie sich durch geringes Bildrauschen und große Helligkeitsunterschiede (Dynamik) auszeichnen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Differenzstufe ein erster Addierer nachgeschaltet ist, der mit einem zweiten Bildspeicher verbunden ist, dessen Ausgangssignal dem ersten Addierer zugeführt ist, so daß im zweiten Bildspeicher die Bildpunktinformationen der Differenzstufe summiert werden, und daß das Ausgangssignal des zweiten Bildspeichers dem Monitor zugeleitet wird. Durch diese Anordnung wird das die Blutgefäße kennzeichnende Differenz-Videosignal während der gesamten Probeinjektion addiert, so daß ein Fernsehbild mit hohen Kontrasten entsteht.

Eine nahezu vollständige Unterdrückung des Quantenrauschens läßt sich erreichen, wenn zwischen dem zweiten Bildspeicher und dem Monitor eine Schwellwertschaltung angeordnet ist. Das Differenzsignal läßt sich mit dem Videosignal des Leerbildes (ohne Kontrastmittel) überlagern, wenn ein zweiter Addierer vorgesehen ist, dem das Ausgangssignal des zweiten Bildspeichers und das im ersten Bildspeicher gespeicherte Videosignal zugeführt werden, und wenn das Ausgangssginal des zweiten Addierers den Monitor steuert.

Der Kontrastmittelfluß läßt sich zeitlich auswerten, wenn eine Auswertschaltung zur Zeitauswertung vorgesehen ist, die mit Ausgangssignalen der Differenzstufe beaufschlagt wird und in der das zeitliche so Auftreten von Veränderungen dieser Ausgangssignale erkannt und in Farbvideosignale umgesetzt wird, wenn der Monitor als ein Farbmonitor ausgeführt ist, und wenn ein Bildmischer zwischen dem Bildspeicher und dem Farbmonitor geschaltet ist, indem das Ausgangssignal des Bildspeichers und der Auswertschaltung gemischt dem Farbmonitor zugeführt wird. Diese erfindungsgemäße Auswertschaltung wird vorteilhaft durch die weiteren Unteransprüche ausgeführt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikeinrichtung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Subtraktionsschaltung der Röntgendiagnostikeinrichtung gemäß F i g. I, und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführung der Auswertschaltung gemäß F i g. 2.

In F i g. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer von einem Hochspannungsgenerator 1 gespeisten Röntgenröhre 2 dargestellt, in deren Strahlengang sich ein Patient 3 befindet Ein Im Strahlengang nachfolgender Röntgenbildverstärker 4 ist mit einer Fernsehkamera 5 verbunden, deren Ausgang auf eine Subtraktions- .-schaltung 6 geführt ist. Das dort verarbeitete Signal wird auf einem Monitor 7 dargestellt. Ein Synchrontaktgenerator 8 steuert die Synchronisation der zeitlichen Funktionsabläufe "der Fernsehkamera 5, der Subtraktionsschaltung 6 und des Monitors 7.

Der in F i g. 2 dargestellten Subtraktionsschaltung 6 wird das Videosignal der Fernsehkamera 5 zugeführt, das in einem die Eingangsstufe bildenden Analog-Digital-Wandler 9 (A/D-Wandler) in digitale Bildpunkte zerlegt wird. Der Ausgang des A/D-Wandlers 9 ist mit einem Umschalter 10 verbunden, dessen einer Schaltkontakt auf eine Integrationsstufe 11 geführt ist. Das Ausgangssignal der Integrationsstufe 11 wird in einem Bildspeicher 12 eingelesen, dessen Ausgang auf den Eingang der Integrationsstufe 11 rückgekoppelt ist. Der zweite Schaltkontakt des Umschalters 10 ist mit einer Differenzstufe 13 verbunden, in der das im Bildspeicher 12 gespeicherte Videosignal vom aktuellen Videosignal abgezogen wird.

Das so gebildete Differenzsignal ist einem ersten Addierer 14 zugeführt, dessen Ausgangssignal in einem zweiten Bildspeicher 15 abgespeichert wird. Der Ausgang des zweiten Bildspeichers 15 ist auf den ersten Addierer 14 rückgekoppelt, so daß in dem zweiten Bildspeicher 15 die Summe aller Differenzsignale gespeichert wird. Der Ausgang des zweiten Bildspeichers 15 ist mit einer Schwellwertschaltung 16 verbunden, in der kleine Amplituden, hervorgerufen insbesondere durch das Quantenrauschen, unterdrückt werden. Der Ausgang der Schwellwertschaltung 16 ist über einen ersten Schalter 17 an ■ einem zweiten Addierer 18 angeschlossen. Über einen Unterbrecher 19 kann dem zweiten Addierer 18 das gespeicherte Signal des Leerbildes zugeführt werden, das mit dem summierten Differenzsignal überlagert einem ersten Digital-Analog-Wandler 20 (D/A-Wandler) zugeleitet wird. Dessen analoger Ausgang ist mit dem den Eingang eines Bildmischers 21 bildenden Punkt Cverbunden.

Dieser Schaltung zur Ortsauswertung des Differenzsignals ist eine Auswertschaltung 22 parallelgeschaltet, die eine farbige Zeitdarstellung des Auftretens des Differenzsignals liefert.

Die Eingangsstufe der Auswertschaltung 22 bildet ein Komparator 23, in dem; das Ausgangssignal der Differenzstufe 13 und des zweiten Bildspeichers 15 für jeden Bildpunkt miteinander verglichen werden. Ist der Wert eines Bildpunktes des Ausgängssignals der Differenzstufe 13 größer als der des gespeicherten, summierten Signals, so wird ein Speicherbefehl an den zum Bildpunkt gehörenden Speicherplatz eines dritten Bildspeichers 24 gegeben! In ihm wird der.jeweilige Zählerstand eines Zählers 25 gespeichert, der mit den Vertikalimpulsen der Fernsehkamera beaufschlagt wird und somit durch Zählen der Bildabtastungen. einen Zeitmäßstab bildet Durch die Größe der gespeichef fen Zahlenwerfe des Zählers 25 .wird für jeden Bildpünkt das erste zeitliche Auftreten eines Differenzsignals festgehalten. :. . ..""."".v'V;.'.-.:-" ,-'?-■*"

Die gespeicherten Bildpunktwerte ^rerden in einem Farbumsetzer 26 entsprechend ihrer {jröße in Farbsir gnale umgesetzt Ein nachfolgender zweiter Schalter 27 ist mechanisch mit dem ersteh Schalter 17 derart

verbunden, daß entweder ein das zeitliche Auftreten des Differenzsignals kennzeichnendes Farbsignal oder das schwarzweiße Summensignal der Differenzsignale dem Farbmonitor 7 zugeführt wird. Nach dem zweiten Schalter 27 ist ein zweiter D/A-Wandler 28 angeordnet, der mit dem Bildmischer 21 verbunden ist. Dessen Ausgangssignal wird auf dem Farbmonitor 7 dargestellt. Zur Erstellung von Subtraktionsbildern verbindet zuerst der Umschalter 10 die Integrationsstufe 11 mit dem A/D-Wandler 9, so daß das digitale Videosignal über mehrere Fernsehbilder integriert und in dem Bildspeicher 12 abgespeichert wird, um ein rauschfreies Leerbild zu erhalten. Nach dem Umschalten wird dem Patienten eine geringe Menge eines Kontrastmittels eingegeben, das in dem Röntgenbild schwach zu erkennen ist. Das Ausgangssignal der Differenzstufe 13 kennzeichnet den Verlauf des Kontrastmittels. Durch Summation mehrerer aufeinanderfolgender Bilder wird die Amplitude des Differenzsignals verstärkt, so daß über dem gesamten Weg des Kontrastmittels ein deutlich erkennbares Signal erzeugt wird. Die Summation in dem ersten Addierer 14 kann mit einer Bewertung der beiden Signale erfolgen.

Durch die Schwellwertschaltung 16 werden die eine geringe Amplitude kennzeichnenden Werte, die durch das Quantenrauschen hervorgerufen sind, unterdrückt, so daß nur die den Kontrastmittelfluß kennzeichnenden großen Werte, die ein rauschfreies Bild erzeugen, weitergegeben werden. In dem zweiten Addierer 18 kann mittels des Unterbrechers 19 wahlweise das Leerbild dem Bild des Kontrastmittelverlaufes überlagert werden. Das Summensignal wird auf dem Monitor 7 dargestellt.

Um eine Information über das zeitliche Auftreten des Kontrastmittels zu erhalten, werden die Ausgangssignale der Differenzstufe 13 und des zweiten Bildspeichers 15 in der Auswertschaltung 22 weiterverarbeitet.

In der Eingangsstufe, dem Komparator 23, wird das summierte Differenzsignal, das Ausgangssignal des zweiten Bildspeichers 15, mit dem aktuellen Differenzsignal von der Differenzstufe 13 bildpunktweise verglichen. Ist das aktuelle Differenzsignal größer als das bisherige Summensignal, entsteht am Ausgang ein positiver Wert, der einen Speichervorgang in dem dritten Bildspeicher 24 auslöst. Das bedeutet, daß der aktuelle Bildpunkt eine größere Schwärzung aufweist als der gespeicherte. Diese Schwärzung wird durch den fortschreitenden Kontrastmittelfluß erzeugt, der an dem Eingang des dritten Bildspeichers 24 liegenden Zählerstand des Zählers 25 wird durch den Speicherbefehl in den entsprechenden Speicherplatz eingelesen. Sind dagegen die Ausgangswerte des Bildspeichers 15 größer als die der Differenzstufe, d.h. es war bereits eine Änderung, hervorgerufen durch den Kontrastmittelfluß, aufgetreten oder es fand keine Änderung statt, so liegt am Ausgang des Komparators 23 ein negatives Signal, das weiter keine Bedeutung hat.

Die unterschiedliche Größe der gespeicherten Werte repräsentiert den zeitlichen Verlauf des ersten Auftretens des Kontrastmittels. Diese in dem dritten Bildspeicher 24 gespeicherten Werte werden in Abhängigkeit von ihrer Größe in dem Farbumsetzer in entsprechende Farbwerte umgewandelt und auf dem Farbmonitor 7 dargestellt.

Durch die beiden mechanisch verbundenen Schalter 17, 27 kann wahlweise die schwarz-weiße Ortsdarstellung oder die farbige Zeitdarstellung auf dem Monitor angezeigt werden. Diesem Bild kann durch den Unterbrecher 19 das Leerbild überlagert werden.

In F i g. 3 ist eine weitere Ausführung der Auswertschaltung 22 dargestellt. Der Ausgang der mit dem gespeicherten Signal A und dem aktuellen Signal B beaufschlagten Differenzstufe 13 ist mit einer Integrationsstufe 29 verbunden, deren Ausgang auf einen dritten Bildspeicher 30 geführt ist. Das Ausgangssignal des dritten Bildspeichers 30 ist auf die Integrationsstufe 29 rückgekoppelt. Die Ausgangssignale der Integrationsstufe 29 und des dritten Bildspeichers 30 werden in einem Komparator 31 miteinander verglichen, dessen Ausgang mit einem vierten Bildspeicher 32 verbunden ist. Der mit den Vertikalimpulsen der Fernsehkamera 5 beaufschlagte Zähler 25 ist mit dem Dateneingang des vierten Bildspeichers 32 verbunden. Das Ausgangssignal des vierten Bildspeichers 32 ist dem Farbumsetzer 26 zugeführt, dessen Ausgang über den Schalter 27 mit dem zweiten D/A-Wandler 28 verbunden ist. Der zweite D/A-Wandler 28 ist mit dem Bildmischer 21 verbunden, dessen Ausgangssignal auf dem Farbmonitor 7 dargestellt ist.

Durch die Integrationsstufe 29 und die über den dritten Bildspeicher 30 geführte Rückkopplungsschleife wird während der gesamten Durchleuchtung das Differenzsignal integriert. Die Ausgangssignale der Integrationsstufe 29 und des dritten Bildspeichers 30 werden in dem Komparator 31 verglichen. Ist der Ausgangswert der Integrationsstufe 29 eines Bildpunktes größer als der entsprechende Bildpunktwert des dritten Bildspeichers 30, wird in dem dem Bildpunkt zugeordneten Speicherplatz des vierten Bildspeichers 32 der von dem Zähler 25 gelieferte Zahlenwert eingespeichert. Liefert dagegen die Integrationsstufe 29 ein kleineres Signal als der dritte Bildspeicher, so entsteht an dem Komparator 31 ein negatives Ausgangssignal, das den Speichervorgang unterbricht. Durch diesen Vergleich bleibt in dem vierten Bildspeicher 32 jeweils derjenige Wert des Zählers 25 gespeichert, der dem Maximum des Kontrastmittelflusses entspricht. Diese das zeitliche Auftreten des Maximums kennzeichnenden Ausgangswerte des vierten Bildspeichers 32 werden in dem Farbumsetzer 26 in Farbsignale umgewandelt und über den Schalter 27 dem zweiten D/A-Wandler 28 zugeführt, der in dem Bildmischer 21 das Videosignal des Leerbildes mit dem Farbsignal vermischt und auf dem Farbmonitor wiedergibt.

Sind der erste Schalter 17 und der zweite Schalter nicht mechanisch miteinander verbunden, so besteht so auch die Möglichkeit der Überlagerung des Farbbildes mit dem durch verschiedene Graustufen gekennzeichneten Schwarz-Weiß-Bild der Ortsdarstellung. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise die Menge des Kontrastmittelflusses und sein zeitliches Auftreten auf dem Monitor erkennen.

Um auch das aktuelle Bild möglichst vom Quantenrauschen zu befreien, können, wie in F i g. 2 gestrichelt dargestellt, zwischen dem Umschalter 10 und der Differenzstufe 13 eine weitere Integrationsstufe 33 und 60 ein weiterer Bildspeicher 34 vorgesehen sein. Diese Integration kann über eine variable Bildzahl erfolgen, die zweckmäßigerweise der Geschwindigkeit der Bewegungsänderung angepaßt wird.

Diese erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinnch-65 tung ermöglicht ein Durchleuchtungsbildsubtraktionsverfahren im Online-Betrieb, das sich durch geringen materialien und bedienungstechnischen Aufwand auszeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Fernsehaufnahmeeinrichtung, mit einem Bildspeicher, mit einer Differenzstufe zur Erstellung von Subtraktionsbildern durch Differenzbildung aus dem gespeicherten und dem aktuellen Videosignal, und mit einem Monitor, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzstufe (13) ein erster Addierer (14) nachgeschaltet ist, der mit einem zweiten Bildspeicher (15) verbunden ist, dessen Ausgangssignal dem ersten Addierer (14) zugeführt ist, so daß im zweiten Bildspeicher (15) die Bildpunktinformationen der Differenzstufe (13) summiert werden, und daß das Ausgangssignal des zweiten Bildspeichers (15) dem Monitor (7) zugeleitet wird.

2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Bildspeicher (15) und dem Monitor (7) eine Schwellwertschaltung (16) angeordnet ist.

3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Addierer (18) vorgesehen ist, dem das Ausgangssignal des zweiten Bildspeichers (15) und das im ersten Bildspeicher (12) gespeicherte Videosignal zugeführt werden, und daß das Ausgangssignal des zweiten Addierers (18) den Monitor (7) steuert.

4. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertschaltung (22) zur Zeitauswertung vorgesehen ist, die mit Ausgangssignalen der Differenzstufe (13) beaufschlagt wird, und in der das zeitliche Auftreten von Veränderungen dieser Ausgangssignale erkannt und in Farbvideosignale umgesetzt wird, daß der Monitor als ein Farbmonitor (7) ausgeführt ist, und daß ein Bildmischer (21) zwischen dem Bildspeicher (12) und dem Farbmonitor (7) geschaltet ist, in dem das Ausgangssignal des Bildspeichers (12) und der Auswertschaltung (22) gemischt dem Farbmonitor (7) zugeführt wird.

5. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertschaltung (22) einen Komparator (23) aufweist, der mit den Ausgängen der Differenzstufe (13) und des zweiten Bildspeichers (15) verbunden ist, daß das Ausgangssignal des !Comparators (23) einem dritten Speicher (24) zugeführt ist, daß ein mit den Vertikalimpulsen der Fernsehkamera (5) beaufschlagter Zähler (25) mit dem dritten Bildspeicher (24) verbunden ist, wobei in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des !Comparators (23) für jeden Bildpunkt derjenige Zählerstand gespeichert wird, der dem ersten Auftreten eines Unterschiedes zwischen aktuellem Differenzsignal und dem im zweiten Bildspeicher (15) gespeicherten Signal entspricht, und daß der dritte Bildspeicher (24) mit einem Farbumsetzer (26) verbunden ist, der den gespeicherten Zeitverlauf in zeitabhängige Farbsignale umsetzt, und dessen Ausgangssignal dem Bildmischer (21) zugeführt ist.

6. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertschaltung (22) eine Integrationsstufe (29) aufweist, der das Differenzsignal der Differenzstufe (13) zugeführt und deren Ausgang über einem dritten Bildspeicher (30) auf ihren Eingang rückgekoppelt ist, daß das Ausgangssignal der Integrationsstufe (29) und das des dritten Bildspeichers (30) in einem nachgeschalteten Komparator (31) verglichen werden, der mit einem vierten Bildspeicher (32) verbunden ist und für jeden Bildpunkt die Speicherbefehle in Abhängigkeit vom zeitlichen Auftreten des Maximums des Differenzsignals für die jeweiligen Zählerstände eines mit den Vertikalimpulsen der Fernsehkamera (5) beaufschlagten Zählers (25) liefert, daß der Ausgang des vierten Bildspeichers (32) mit einem Farbumsetzer (26) verbunden ist, und daß das Ausgangssignal des zweiten Addierers (18) mit dem des Farbumsetzers (26) in dem Bildmischer (21) vermischt wird, dessen Ausgang mit dem Farbmonitor (7) verbunden ist.

7. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Bildspeicher (15) und dem Bildmischer (21) ein Schalter (17) vorgesehen ist, der den invertierten Schaltzustand eines zwischen dem Farbumsetzer (26) der Auswertschaltung (22) und dem Bildmischer (21) angeordneten zweiten Schalters (27) aufweist.

8. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Bildspeicher (12) eine Integrationsstufe (11) geschaltet ist, die das gespeicherte Videosignal über mehrere Fernsehbilder integriert.

9. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aktuelle Videosignal einer weiteren Integrationsstufe (33) und einem weiteren Speicher (34) zugeführt ist, dessen Ausgang mit der Differenzstufe (13) verbunden ist.