DE69425416T2 - Verfahren zur Bildzusammensetzung und Bilderzeugungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildzusammensetzung, wonach eine Reihe aufeinander folgender, jeweils einen Teil einer verlängerten Ansicht darstellender Teilbilder erzeugt werden, welche sich entlang der verlängerten Darstellung überlappen, und wonach die Teilbilder zu einem zusammengesetzten Bild verschmolzen werden. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Röntgenprüfeinrichtung, welche einen Bildprozessor zur Durchführung dieses Verfahrens aufweist.
• Ein solches Verfahren zur Bildzusammensetzung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 576 066 beschrieben, welche gemäß Punkt 54(3)EPÜ zum Stand der Technik gehört. Ein Verfahren zur Bildzusammensetzung und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sind ebenfalls aus U. S.-Patent US 5 123 056 bekannt. Ferner offenbart U. S.-Patent US 4 644 575, dass sich ein Bild aus sukzessiven Röntgenschattenbildern eines Spalts zusammensetzt. Darüber hinaus offenbart JP 05-130 984 eine Röntgen-CT-Vorrichtung, welche die Bildränder bildüberdeckend scannt, und es wird eine Unterpolationsbearbeitung der mit Hilfe dieser Bildüberdeckungsabtastung erhaltenen Daten vorgenommen.
• US 5 123 056 offenbart im Besonderen ein Verfahren zur Bildzusammensetzung zwecks Anwendung bei peripherer Angiographie mittels Röntgenstrahlradiographie. Der in der zitierten Entgegenhaltung beschriebene Röntgenuntersuchungsapparat weist eine Röntgenstrahlenquelle, einen Röntgendetektor, welcher der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegt, sowie einen Patiententisch auf. Der Patiententisch zum einen und die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgendetektor zum anderen sind gegeneinander verschiebbar. Es werden durch sukzessive Bestrahlungen aufeinander folgende Teilaufnahmen aneinander grenzender Abschnitte eines Körpergliedes des Patienten gemacht, während der Patient gegenüber der Röntgenstrahlenquelle zwischen sukzessiven Bestrahlungen über eine bestimmte Distanz verschoben wird. Die Röntgenabbildung wird auf dem Körperglied des Patienten als periphere Angiographie vorgenommen. Auf Grund der in Betracht kommenden Größe des Körpergliedes kann ein Röntgenuntersuchungsapparat während eines einzelnen Bestrahlungsvorgangs nicht das komplette Körperglied auf einmal abbilden. Stattdes sen werden mehrere Röntgenteilaufnahmen eines zu untersuchenden Körpergliedes des Patienten gemacht. Diese Röntgenteilaufnahmen werden mit Hilfe eines Röntgenbilddetektors in Form einer, in den Röntgenuntersuchungsapparat integrierten Bildverstärkerfernsehübertragungskette in elektronische Teilbilder umgewandelt. Um eine einzelne Abbildung eines kompletten Körpergliedes herzustellen, werden die Teilbilder so verarbeitet, dass überlappende Abschnitte der elektronischen Teilbilder entfernt werden. Anschließend wird aus den verarbeiteten, elektronischen Teilbildern durch Verbinden dieser aufeinander folgenden, verarbeiteten, elektronischen Teilbilder ein zusammengesetztes Bild hergestellt. Dieses zusammengesetzte Bild wird in Form eines elektronischen Videosignals vorgesehen, welches einem Monitor zur Direktbetrachtung oder einer Vorrichtung zur Erstellung eines Ausdruckes des zusammengesetzten Bildes zugeführt werden kann.
• Bei dem in der zitierten Entgegenhaltung beschriebenen Verfahren zur Bildzusammensetzung werden die überlappenden Abschnitte aufeinander folgender Teilbilder aus Positionen eines Trägers, an welchem die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgendetektor befestigt sind, sowie aus Positionen des Patiententisches des Röntgenapparates während der Röntgenbestrahlung zur Herstellung jedes der Röntgenteilbilder berechnet. Damit kann das bekannte Verfahren zur Bildzusammensetzung nur dann angewandt werden, wenn Daten über die Positionen der Röntgenstrahlenquelle, des Röntgendetektors und des Patiententischen zusammen mit den Röntgenteilbildern erfasst werden. Es ist allgemein üblich, einen Röntgenuntersuchungsapparat mit einer Vorrichtung zum Messen und Erfassen solcher Positionen auszurüsten. Folglich weist das bekannte Verfahren insofern einen erheblichen Nachteil auf, als sich dieses nicht dazu eignet, ein zusammengesetztes Bild aus Teilbildern herzustellen, die mit Hilfe eines Röntgenuntersuchungsapparates erstellt wurden, welcher Positionen des Trägers und Patiententisches nicht erfasst. Darüber hinaus treten in jedem der Teilbilder Bildverzeichnungen auf, wie zum Beispiel durch die Krümmung des Eintrittsschirmes des Bildverstärkers verursachte, kissenförmige Verzeichnungen, durch magnetische, die Elektronenoptik des Bildverstärkers störende Streufelder hervorgerufene S-Verzeichnungen, durch die räumlichen Abweichungen zu dem Röntgenstrahl und durch die Größenunterschiede des Körpers des Patienten verursachte Vignettierung. Ferner werden Strukturen in den Körpergliedern der Patienten, vornehmlich Knochen, Arterien und Venen, mit einer Parallaxe abgebildet, welche zwischen den Teilbildern variiert. Folglich weist das nach dem bekannten Zusammensetzungsverfahren hergestellte, zusammengesetzte Bild störende Übergänge an den Rändern der verarbeiteten Teilbilder sowie substan tielle, kissenförmige Verzeichnungen auf, welche über das gesamte, zusammengesetzte Bild variieren. Diese Bildverzeichnungen haben eine schädigende Wirkung auf die diagnostische Qualität des nach dem konventionellen Zusammensetzungsverfahren hergestellten, zusammengesetzten Bildes.
• Es ist unter anderem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bildzusammensetzung dergestalt vorzusehen, dass dem Einfluss durch, durch Zusammensetzung von Teilbildern entstehende Artefakte auf das zusammengesetzte Bild im Wesentlichen entgegengewirkt wird. Ebenfalls ist es Aufgabe der Erfindung, einen Röntgenuntersuchungsapparat vorzusehen, welcher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildzusammensetzung geeignet ist.
• Diese Aufgabe wird durch das Bildverarbeitungsverfahren gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, gelöst.
• Eine verlängerte Ansicht kann z. B. aus einem Röntgenschattenbild eines Körpergliedes eines Patienten oder einem Bild einer Wirbelsäule eines Patienten auf der Basis der magnetischen Resonanz bestehen. Die verlängerte Ansicht wird durch eine Reihe aufeinander folgender Teilbilder dargestellt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildzusammensetzung werden einander entsprechende, jeweils die gleiche Position in der verlängerten Ansicht betreffende Pixelwerte aus überlappenden Teilen aufeinander folgender Teilbilder ausgewählt und zur Errechnung eines Pixelwertes für die Position in der verlängerten Ansicht interpoliert. Auf diese Weise wird erreicht, dass plötzliche Übergänge in dem zusammengesetzten Bild an Grenzlinien von Bereichen, welche zu angrenzenden Teilbildern gehören, im Wesentlichen verhindert werden. Ein Pixelwert eines Pixels des zusammengesetzten Bildes, welches einem Teil der in überlappenden Teilen von Teilbildern abgebildeten, verlängerten Ansicht entspricht, wird aus Pixelwerten entsprechender Pixel der relevanten, aufeinander folgenden Teilbilder gebildet, da ein Wert zwischen den jeweiligen Pixelwerten aus den Teilbildern mit Hilfe einer vorgegebenen Interpolationsfunktion durch Interpolation vorgesehen wird. Diese Interpolationsfunktion kann z. B. in Form einer gewichteten Summe der Pixelwerte aus den Teilbildern dargestellt sein.
• Besonders wenn sich die Folge aus Teilbildern zusammensetzt, welche durch Röntgenbestrahlung zur Untersuchung eines Patienten erzeugt wurden, wird durch Vermeiden solcher plötzlicher Übergänge das zusammengesetzte Bild zur Verwendung bei medizinischen Untersuchungen wesentlich verbessert, da dieses keine, durch die Übergänge erzeugte Artefakte enthält, wodurch Läsionen unscharf wiedergegeben werden können oder unbeabsichtigt ein, einer Läsion gleichendes Bild dargestellt werden kann, der abgebildete Teil des Patienten hingegen keinerlei Läsionen aufweist. Darüber hinaus können die Teilbilder alternativ anlässlich einer Untersuchung zur Bildgebung auf der Basis der magnetischen Resonanz oder einer Untersuchung zur Ultraschall-Bilderzeugung hergestellt werden. Durch solche Bilderzeugungsmodalitäten kann eine verlängerte Ansicht durch Erzeugen einer Anzahl aufeinander folgender, überlappender Teilbilder dargestellt sein. Es ist sowohl für Röntgenuntersuchungen als auch die Bildgebung auf der Basis der magnetischen Resonanz und die Ultraschall-Bilderzeugung zu diagnostischen Zwecken von Vorteil, aus einer Reihe aufeinander folgender Teilbilder, welche viele redundante Bildinformationen enthalten, ein zusammengesetztes Bild herzustellen.
• Um aufeinander folgende Teilbilder exakt anzupassen, wenn diese zu dem zusammengesetzten Bild verschmolzen werden, wird die Verschiebung gegenüber der verlängerten Ansicht zwischen aufeinander folgenden Teilbildern bestimmt. Nach Bestimmung dieser Verschiebung können die aufeinander folgenden Teilbilder so zu dem zusammengesetzten Bild verschmolzen werden, dass das zusammengesetzte Bild die Ansicht auf kontinuierliche Weise so darstellt, dass keine Teile zwischen den aufeinander folgenden Bildern entfernt werden und sich in dem zusammengesetzten Bild keine doppelt vorhandenen Teile befinden. Bei der praktischen Anwendung des Verfahrens wird die relative Verschiebung nach den in den Teilbildern selbst enthaltenen Bildinformationen bestimmt, so dass keine Notwendigkeit besteht, bei Herstellung der Teilbilder Messungen in Bezug auf die Positionierung von z. B. Bilderfassungsmitteln relativ zu der verlängerten Ansicht durchzuführen. Im Einzelnen wird diese Verschiebung durch einen Vergleich aus Pixelwerten von Pixeln in überlappenden Teilen jeweiliger, aufeinander folgender, der gleichen Stelle in der verlängerten Ansicht entsprechender Teilbilder berechnet.
• Um die Verschiebung zwischen aufeinander folgenden Teilbildern exakt zu berechnen, werden Korrelationen von Pixelwerten von Pixeln in überlappenden Teilen jeweiliger, aufeinander folgender Teilbilder und entsprechend der gleichen Stelle in der verlängerten Ansicht bestimmt. Solche Korrelationen stellen vorzugsweise einen Mittelwert des Produktes von Pixelwerten von Pixeln aus aufeinander folgenden Teilbildern dar. Die Korrelationen werden im Einzelnen als Funktion von Verschiebungswerten der relativen Verschiebung zwischen aufeinander folgenden Teilbildern berechnet. Der tatsächliche Wert der relativen Verschiebung wird daraufhin als Verschiebungswert entsprechend dem Maximumwert der Korrelationen zwischen aufeinander folgenden Teilbildern erhalten.
• Wenn zu verschmelzende Teilbilder einen geringen Kontrast aufweisen, wird die Bestimmung von Korrelationen zwischen Pixelwerten auf überlappenden Teilen aufeinander folgender Teilbilder durch die beabsichtigte Kontrastverstärkung in den Teilbildern verbessert. Der Kontrast in den Teilbildern wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch Abbilden eines kontrastierenden Objektes zusammen mit der verlängerten Ansicht erhöht, wenn die verlängerte Ansicht selbst einen verhältnismäßig geringen Kontrast aufweist. Besonders bei Erstellen von Teilbildern in peripherer Angiographie kann die verlängerte Ansicht einen zu geringen Kontrast aufweisen, um eine genaue Bestimmung der Korrelationen nach der Darstellung der verlängerten Ansicht ausschließlich in den Teilbildern zu ermöglichen. Durch Abbilden eines kontrastierenden Objektes zusammen mit der tatsächlichen, verlängerten Ansicht wird der Kontrast jedes Teilbildes genügend verstärkt, um genaue Berechnungen der relativen Verschiebung aus Korrelationen zu ermöglichen.
• Eine bevorzugte, praktische Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildzusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, dass das kontrastierende Objekt die Form eines, ein Binärmuster aufweisenden Lineals besitzt.
• Ein Binärmuster sieht zwei Unterscheidungsmerkmale zur Kontrasterzeugung vor. Durch Verwendung eines Binärmusters wird erreicht, dass das kontrastierende Objekt zum einen einen ausreichenden Kontrast in den Teilbildern induziert, um eine genaue Bestimmung der Korrelationen zu ermöglichen, während zum anderen eine Verdunkelung der verlängerten Ansicht, welche in dem zusammengesetzten Bild darzustellen ist, im Wesentlichen begrenzt ist. Es hat sich herausgestellt, dass das kontrastierende Objekt vorzugsweise die Form eines, ein Binärmuster aufweisenden Lineals besitzt; d. h., das kontrastierende Objekt weist ein Gittermuster aus zwei vorgegebenen Unterscheidungsmerkmalen auf. Durch Anwendung von zwei charakteristischen Eigenschaften wird der Kontrast der verlängerten Ansicht verstärkt, wobei eine Induktion unerwünschter Korrelationen verhindert wird. Durch das Vorhandensein von lediglich zwei charakteristischen Eigenschaften wird erreicht, dass die verlängerte Ansicht als solche in minimalem Maße verdunkelt wird, und, da die beiden charakteristischen Eigenschaften vorgegeben sind, Charakteristiken in der verlängerten Ansicht nur einer minimalen, störenden Beeinflussung ausgesetzt sind, wenn ein zusammengesetztes Bild, welches sowohl die verlängerte Ansicht als solche als auch das kontrastierende Objekt darstellt, geprüft werden.
• Ein Röntgenuntersuchungsapparat, welcher sich zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildzusammensetzung eignet, ist vorzugsweise mit ei ner Patientenauflage versehen, in welche ein Lineal mit einem Binärmuster aus Röntgenstrahlen absorbierenden Teilen und Röntgenstrahlen durchlässigen Teilen integriert ist.
• Eine weitere bevorzugte Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildzusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lineal eine planare Form aufweist und ein längliches, mittleres Hauptmerkmal sowie erste, sich von dem mittleren Hauptmerkmal in eine erste Richtung erstreckende Vorsprünge und zweite, sich von dem mittleren Hauptmerkmal in eine zweite Richtung erstreckende Vorsprünge aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen benachbarten, ersten Vorsprüngen dem Zwischenraum zwischen benachbarten, zweiten Vorsprüngen im Wesentlichen gleicht und der Abstand zwischen aneinander grenzenden, ersten Vorsprüngen gegenüber dem Abstand zwischen aneinander grenzenden, zweiten Vorsprüngen gegeneinander versetzt ist.
• Die Form des Lineals ist so, dass der Abstand zwischen aufeinander folgenden, ersten Vorsprüngen und zwischen aufeinander folgenden, zweiten Vorsprüngen verhältnismäßig groß ist, doch durch eine Versetzung zwischen der Folge aus ersten Vorsprüngen und der Folge aus zweiten Vorsprüngen ist der Abstand zwischen zwei Vorsprüngen unterschiedlicher Art geringer als der Abstand zwischen aufeinander folgenden Vorsprüngen des gleichen Typs. Das Lineal kann in Abhängigkeit der gewählten Größe der Teilbilder bzw. von Teilen der zur Berechnung der Verschiebung zwischen aufeinander folgenden Teilbildern verwendeten Teilbilder verhältnismäßig klein sein; dessen ungeachtet ist stets ein Vorsprung des ersten oder des zweiten Typs vorhanden, welcher in jedem der möglicherweise unvollständigen Teilbilder abgebildet ist, wobei jedoch ausgeschlossen ist, dass sich zwei Vorsprünge der gleichen Art in jedem der möglicherweise unvollständigen Teilbilder befinden. Folglich wird durch das Lineal die Auslösung unerwünschter Korrelationen durch dasselbe wesentlich verhindert. Die Vorsprünge können die Form von Balken aufweisen, welche sich von dem mittleren Hauptmerkmal aus erstrecken, oder es können alternativ Muster verwendet werden, welche eine Form aufweisen, die sich von Merkmalen in der verlängerten Ansicht unterscheidet.
• Ein Röntgenuntersuchungsapparat mit einem Bildprozessor zur Durchführung einer Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildzusammensetzung weist vorzugsweise eine Patientenauflage auf, in welche ein Lineal integriert ist, welches eine planare Form besitzt und ein längliches, mittleres Hauptmerkmal sowie erste, sich von dem mittleren Hauptmerkmal in eine erste Richtung erstreckende Vorsprünge und zweite, sich von dem mittleren Hauptmerkmal in eine zweite Richtung erstreckende Vorsprünge aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen benachbarten, ersten Vorsprüngen dem Zwischenraum zwischen benachbarten, zweiten Vorsprüngen im Wesentlichen gleicht und der Abstand zwischen aneinander grenzenden, ersten Vorsprüngen gegenüber dem Abstand zwischen aneinander grenzenden, zweiten Vorsprüngen gegeneinander versetzt ist.
• Bei Herstellen aufeinander folgender Teilbilder mit Hilfe von Bilderzeugungsmitteln treten Bildverzeichnungen häufig in reichlichem Abstand von dem Mittelpunkt jedes Teilbildes auf. Solche Bildverzeichnungen sind vornehmlich dann zu verzeichnen, wenn Teilbilder durch Röntgenbestrahlung erzeugt und Röntgenteilbilder mit Hilfe eines Röntgenbildverstärkers in sichtbare Teilbilder umgewandelt werden. Insbesondere weist jedes aufeinander folgende Teilbild kissenförmige Verzeichnungen von dem Mittelpunkt des Teilbildes entfernt auf. Wird eine verlängerte Ansicht durch Röntgenbestrahlung erzeugt, wobei die Röntgenstrahlenquelle und der Detektor entlang der verlängerten Ansicht, z. B. entlang einem Körperglied eines Patienten, bewegt werden, werden charakterisierende Merkmale in der verlängerten Ansicht, in diesem Falle dem Körperglied eines Patienten, mit einer Parallaxe abgebildet, welche sich mit der Bewegungsrichtung der Röntgenstrahlenquelle ändert. Gemäß der Erfindung werden Segmente der Teilbilder jeweils in der Nähe des Mittelpunkts eines relevanten Teilbildes ausgewählt und diese ausgewählten Segmente zu einem zusammengesetzten Bild verschmolzen, wobei kissenförmige Verzeichnungen in dem zusammengesetzten Bild im Wesentlichen verhindert werden. Darüber hinaus werden Bildverzeichnungen, welche durch Parallaxenunterschiede zwischen Teilbildern hervorgerufen werden, im Wesentlichen reduziert, da lediglich solche Teile von Teilbildern, welche lediglich in einer Richtung Parallaxenunterschiede, nämlich senkrecht zu der Längsachse der verlängerten Ansicht, aufweisen, zum Verschmelzen verwendet werden. Verbleibende, durch Parallaxe entstandene Fehler werden in dem zusammengesetzten Bild minimiert, da die Parallaxe in den ausgewählten Segmenten der Teilbilder geringer als in den nicht ausgewählten ist. Um eine Überlappung der jeweiligen, ausgewählten, verlängerten Teile in ausreichendem Maße vorzusehen, wird die Breite der verlängerten Teile vorzugsweise so gewählt, dass diese praktisch zweimal den Wert der Verschiebung zwischen den aufeinander folgenden Teilbildern, aus welchen die verlängerten Teile ausgewählt wurden, ausmacht.
• Ein Röntgenuntersuchungsapparat mit einer Röntgenstrahlenquelle, um einen Röntgenstrahl zu emittieren, einem Röntgendetektor, welcher der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegt, und einer Patientenauflage, wobei die Röntgenstrahlenquelle, der Röntgendetektor und die Patientenauflage gegeneinander verschiebbar sind, um die Erzeugung einer Reihe aufeinander folgender Bilder eines verlängerten Teiles des Patienten durch Röntgenbestrahlung sukzessiver Teile des Patienten zu ermöglichen, weist vorzugsweise einen Bildprozessor auf, welcher sich zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildzusammensetzung eignet.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Röntgenuntersuchungsapparates gemäß der Erfindung ist in Anspruch 5 definiert.
• Röntgenabsorptionsmittel, wie zum Beispiel positionierbare Röntgenblenden, schirmen Teile des Röntgenstrahls ab, so dass lediglich ein ganz bestimmter Teil eines Patienten einer Röntgenbestrahlung unterworfen wird. Es ist von Vorteil, die Röntgenabsorptionsmittel einzusetzen, um die verlängerten Teile der Teilbilder auszuwählen, welche zur Erzeugung des zusammengesetzten Bildes tatsächlich verwendet werden, da hierdurch eine Reduzierung der Röntgendosis, welcher der Patient während einer radiologischen Untersuchung ausgesetzt ist, ermöglicht wird.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 - einen Seitenriss eines Röntgenuntersuchungsapparates gemäß der Erfindung;
• Fig. 2 - eine schematische Darstellung der Erzeugung von Teilbildern sowie eine Montage eines aus den aufeinander folgenden Teilbildern zusammengesetzten Bildes;
• Fig. 3 - ein Beispiel eines Teilbildes, welches in die Montage eines zusammengesetzten Bildes involviert ist;
• Fig. 4 - die Wahl eines Gauge-Vektors aus einem ersten Teilbild und eines Template-Vektors aus einem zweiten Teilbild;
• Fig. 5 - das Verschmelzen von Teilbildern zu einem zusammengesetzten Bild gemäß der Erfindung;
• Fig. 6a und 6b - jeweilige Ausführungsbeispiele kontrastierender Objekte, welche die Form eines planaren Lineals mit einem Binärmuster aufweisen.
• Fig. 1 zeigt einen Seitenriss eines Röntgenuntersuchungsapparates gemäß der Erfindung. Eine Röntgenstrahlenquelle 1 und ein Röntgendetektor 2, z. B. ein Röntgenbildverstärker, sind mit einem Träger 3, z. B. einem C-Bogen, verbunden. Der C-Bogen ist mittels Manschette 4 an einem überwiegend vertikalen Träger 5 verschiebbar angebracht.
• Der vertikale Träger ist um eine überwiegend vertikale Rotationsachse 6 drehbar und an einem System aus Laufschienen 7 befestigt, welche an der Decke des Raumes montiert sind, in dem der Röntgenapparat installiert ist. Der Patiententisch 8 ist an einem Tischrahmen 9 befestigt, welcher an einer Stütze 10 angebracht ist. Der Rahmen ist entlang der Stütze verschiebbar, um die Höhe des Patiententisches über der Röntgenstrahlenquelle einzustellen. Der Tisch 8 ist ebenfalls mit dem Rahmen verschiebbar verbunden, um eine longitudinale Verschiebung 11 des Patiententisches mit dem Patienten 12 zu ermöglichen. Der Röntgenbildverstärker 2 wandelt ein auf dem Eintrittsschirm des Bildverstärkers erzeugtes Röntgenbild in ein optisches Bild auf dem Ausgangsfenster des Bildverstärkers um. Das optische Bild wird von einem System aus Linsen und einer Videocamera 13 erfasst. Die Videocamera 13 liefert für jedes der erfassten Bilder ein elektronisches Videosignal, welches einem Bildprozessor 20 zugeführt wird, in dem elektronische Teilbilder zu einem zusammengesetzten Bild in Form eines elektronischen Bildsignals verschmolzen werden, welches einem Monitor 21 zur Betrachtung oder einem Pufferkreis 22 zur weiteren Verarbeitung, z. B. einem Drucker zwecks Erstellens einer Hardcopy des zusammengesetzten Bildes, zugeführt werden kann.
• Zur Durchführung einer peripheren Angiographie, z. B. Erzeugung eines Röntgenbildes eines Blutstromes in dem Bein eines Patienten, wird eine Kontrastflüssigkeit intraarteriell appliziert und der Verlauf der Kontrastflüssigkeit durch Verschieben des Patiententisches bzw. des Trägers zusammen mit der Kontrastflüssigkeit überwacht. Bei Bewegen des Trägers und/oder des Patienten werden mehrere Röntgenaufnahmen gemacht. Die Videocamera 13 liefert Videosignale für aufeinander folgende Teilbilder entsprechend aufeinander folgenden Röntgenbildern, welche auf dem Eintrittsschirm des Bildverstärkers erzeugt werden. Die aufeinander folgenden Teilbilder werden von dem Bildprozessor 20 zu einem zusammengesetzten Bild verschmolzen. Der Blutstrom durch das gesamte Bein des Patienten kann sodann anhand eines einzelnen, zusammengesetzten Bildes, welches ein Schattenbild des kompletten Beines darstellt, geprüft werden.
• Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Erzeugung von Teilbildern und des Verschmelzens aufeinander folgender Teilbilder zu einem zusammengesetzten Bild. Auf dem Patiententisch 8 ist ein Bein 16 eines Patienten dargestellt. Der vertikale Träger 5 wird zusammen mit den Laufschienen 7 verschoben, so dass die Röntgenstrahlenquelle in die Richtung des Pfeils 14 bewegt wird. Während die Röntgenstrahlenquelle bewegt wird, wird ein Röntgenstrahl 15 intermittierend auf das Bein des Patienten gerichtet.
• Die Bewegung der Röntgenstrahlenquelle wird gegenüber dem Verlauf der Kontrastflüssigkeit in einem Blutgefäß in dem Bein des Patienten, wie durch den Pfeil 30 dargestellt, gesteuert. Der Bildverstärker wird zusammen mit der Röntgenstrahlenquelle ebenfalls bewegt, so dass er der Röntgenstrahlenquelle bei Bestrahlen des Patienten gegenüberliegt. Dieses ist dadurch realisierbar, dass die Röntgenstrahlenquelle und der Bildverstärker an dem Träger befestigt sind, welcher an der vertikalen Stütze angebracht ist. Bei jeder Bestrahlung des Patienten wird auf dem Eintrittsschirm des Bildverstärkers ein Röntgenteilbild erzeugt. Dadurch entsteht eine Ansammlung 40 aus aufeinander folgenden Bildern 411 bis 41n, welche sich gegenseitig in unterschiedlichem Maße überlappen. Die Überlappung zwischen Teilbildern ist von den Verschiebungen zwischen Positionen der Röntgenstrahlenquelle bei der Bestrahlung zur Erzeugung der Teilbilder abhängig. Durch den Bildprozessor 20 werden die Teilbilder der Ansammlung 40 zu einem zusammengesetzten Bild 42 verschmolzen, welches ein Schattenbild des kompletten Beines des Patienten darstellt.
• Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Teilbildes, welches in die Montage eines zusammengesetzten Bildes involviert ist. Eine Darstellung 50 eines von der Videocamera 13 aufgezeichneten Bildes zeigt ein Schattenbild eines Teiles des Beines eines Patienten in der Leistengegend. Das Bild ist auf Grund der kreisrunden Form der Austrittsluke des Bildverstärkers kreisförmig. Das Schattenbild stellt die Oberschenkelknochen 51 und Arterien 52 dar, welche mit Kontrastflüssigkeit gefüllt sind.
• Fig. 4 zeigt die Wahl eines Gauge-Vektors aus einem ersten Teilbild und eines Template-Vektors aus einem zweiten Teilbild. Angenommen, ein Körperglied, z. B. ein Bein, eines Patienten soll so abgebildet werden, dass sich die Längsachse des Beines entlang der Spaltenrichtung der Pixelmatrizes der aufeinander folgenden Teilbilder erstreckt. Ein Template-Vektor A 61 von z. B. 64 Pixeln in einer Spalte der Pixel-Matrix 60 wird in der Pixel-Matrix 60 des N-ten Teilbildes ausgewählt. In der Pixel-Matrix 62 des Teilbildes (N+1) wird ein Gauge-Vektor B von z. B. 192 Pixeln in einer Spalte der Pixel- Matrix des Teilbildes (N+1) ausgewählt. Die Korrelation des Template-Vektors mit dem Gauge-Vektor wird als Funktion der Verschiebung des Teilbildes (N+1) gegenüber dem Teilbild N berechnet. Der Korrelationswert dieser beiden Vektoren wird definiert als
• Cp = ΣkAkBk /{[Σk Ak p]1/p[Σk Bk p/(p - 1)](p - 1)/p}
• Der Korrelationswert, wobei p = 2, erwies sich als eine besonders vorteilhafte Größe zur Bestimmung der gegenseitigen Verschiebung zwischen aufeinander folgenden Teilbildern. Auf Grund der Cauchyischen-Schwarzschen Ungleichung, welche im Übrigen einen spezi ellen Fall der Hölderschen Ungleichung darstellt, wenn p = 2, weist der Korrelationswert als Maximum den Wert 1 auf und erreicht das Maximum, wenn Template-Vektor und Gauge-Vektor perfekt aufeinander abgestimmt sind, das heißt, wenn der Template-Vektor gegenüber dem Gauge-Vektor so positioniert ist, dass alle Pixelelemente des Template- Vektors den gleichen Wert wie entsprechende Pixelelemente des Gauge-Vektors aufweisen. Durch geringfügige Verzeichnungen und Rauschen kann es vorkommen, dass der Korrelationswert nicht den Wert 1 erreicht. Die Verschiebung des Teilbildes (N+1) gegenüber dem N-ten Bild wird als Verschiebungswert definiert, bei welchem der Korrelationswert als Funktion des Verschiebungswertes sein Maximum erreicht. Es werden spezielle Teile der Teilbilder zur Bestimmung des Template-Vektors und des Gauge-Vektors ausgewählt, um zu vermeiden, dass die Berechnung der Verschiebung auf der Basis des Korrelationswertes eines Template-Vektors und eines Gauge-Vektors auf Grund von Teilen des Bildes, welche kaum einen Kontrast aufweisen und sich dadurch das Fehlergebnis ergeben würde, dass offenbar keinerlei Verschiebung stattgefunden habe, unterbrochen wird. Diese Spalten der Pixel-Matrizes der Teilbilder, aus welchen Schattenbilder der Beine zu ersehen sind, werden vorzugsweise zur Berechnung der gegenseitigen Verschiebung zwischen aufeinander folgenden Teilbildern bei einer peripheren Angiographie des Beines eines Patienten verwendet; insbesondere bei Teilbildern aus 512 Spalten zeigt sich, dass Beine eines Patienten praktisch in Spalten im Bereich #40 bis #160 und in Spalten im Bereich #352 bis #472 abgebildet sind. Diese Bereiche erwiesen sich als ausreichend, um, ungeachtet der genauen Größe des zu untersuchenden Patienten, Schattenbilder praktisch von Beinen eines jeden Patienten darzustellen. Die Spalten in den Bereichen #40 bis #160 sowie die Spalten in den Bereichen #352 bis #472 werden als die speziellen Teile der Teilbilder ausgewählt, aus denen der Gauge- und der Template-Vektor ausgewählt werden. Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, dass die Bereiche der Spalten zu den Füßen des Patienten hin konisch zulaufen, um die speziellen Teile in Übereinstimmung mit der Anatomie des Patienten auszuwählen.
• Fig. 5 stellt das Verschmelzen von Teilbildern zu einem zusammengesetzten Bild gemäß der Erfindung dar. Es sind drei aufeinander folgende Teilbilder N, N+1 und N+2 zu sehen. Die Darstellungen auf den aufeinander folgenden Bildern weisen beiderseitig Überlappungen auf. Die Verschiebung zwischen den Darstellungen auf einem Teilbild gegenüber der gleichen Darstellung auf dem nächsten Teilbild wird, wie in Bezug auf Fig. 4 zuvor erörtert, berechnet. Die Pixel-Matrizes aufeinander folgender Teilbilder sind so angeordnet, dass die Verschiebung senkrecht zu den Zeilen der jeweiligen Matrizes stattfindet, d. h., die gegenseitige Verschiebung wird durch eine Anzahl Zeilen ausgedrückt. In jedem Paar aufeinander folgender Teilbilder werden die jeweiligen Ausschnitte so ausgewählt, dass diese den gleichen Bereich der Darstellung umfassen. Bei jedem der Teilbilder befindet sich der ausgewählte Ausschnitt in der Nähe einer zentralen Zeile dieses Teilbildes. Wie in Fig. 5 dargestellt, umfasst der ausgewählte Abschnitt 71 in dem Teilbild N die Zeilen #255 bis #274. In dem nächsten Teilbild, d. h. dem Teilbild N+1, erstreckt sich der ausgewählte Abschnitt 72 von Zeile #235 bis #254. Dieses Beispiel gehört zu einem Paar aufeinander folgender Teilbilder mit einer gegenseitigen Verschiebung von 20 Zeilen. Anschließend werden die Pixel in dem ausgewählten Abschnitt 71 in Teilbild N mit einem ersten Wichtungsfaktor, welcher einen Wert aufweist, der sich von 1 bei der ersten Zeile (#255) des Ausschnittes 71 auf 0 bei der letzten Zeile (#274) des Ausschnittes 71 verringert, multipliziert. Die Pixel in dem ausgewählten Abschnitt 72 in Teilbild N+1 werden mit einem zweiten Wichtungsfaktor, welcher einen Wert aufweist, der sich von 0 bei der ersten Zeile (#255) des Ausschnittes 71 auf 1 bei der letzten Zeile (#274) des Ausschnittes 71 erhöht, multipliziert. Der erste und der zweite Wichtungsfaktor sind so, dass die Summe des ersten Wichtungsfaktors bei einer Zeile in Ausschnitt 71 und des zweiten Wichtungsfaktors bei einer Zeile in Ausschnitt 72 bei gleicher relativer Position in Ausschnitt 72 wie der relativen Position der Zeile in Ausschnitt 71 im Wesentlichen konstant ist und dem Wert 1 entspricht. Wichtungsfaktoren, welche als eine Funktion der Zeilen in einem Ausschnitt linear variieren, werden zu diesem Zweck vorgezogen. Diese Variationen relevanter Wichtungsfaktoren als Funktion von Zeilenzahlen relevanter Ausschnitte sind aus den graphischen Darstellungen 81, 82 und 83 ersichtlich. Die Multiplikation von Pixelwerten mit relevanten Wichtungsfaktoren ist durch die Vervielfacher 91, 92, 93 und 94 schematisch dargestellt und ergibt gewichtete Pixelwerte von Zeilen der Ausschnitte 71 und 72. Gewichtete Pixelwerte von Ausschnitt 71 werden zu Pixelwerten, welche Ausschnitt 72 betreffen, hinzugerechnet, wobei gewichtete Pixelwerte von, die gleiche Position in der Ansicht betreffenden Pixeln jeweils durch eine Additionsvorrichtung 95 hinzugefügt werden. Durch Addition gewichteter Pixel von Zeilen der jeweiligen Ausschnitte werden Zeilen von Pixelwerten für das zusammengesetzte Bild 42 erhalten. Ein Ausschnitt 101 des zusammengesetzten Bildes setzt sich aus den Ausschnitten 71 und 72 zusammen. Ein Ausschnitt 73 des Teilbildes N+1 und ein Ausschnitt 74 des Teilbildes N+2 werden auf ähnliche Weise ausgewählt, wobei die Teilbilder 73 und 74 den gleichen Teil der Ansicht betreffen und Die Fig. 6a und 6b stellen jeweilige Ausführungsbeispiele kontrastierender Objekte dar, welche die Form eines planaren Lineals mit einem Binärmuster aufweisen. Das Lineal von Fig. 6a wird aus einem Stahlgitter gebildet, welches Röntgenstrahlung teilweise absorbiert. Es wird während einer Röntgenbestrahlung zwischen dem Patienten und dem Röntgendetektor plaziert, wodurch in dem Schattenbild des Patienten ein Schattenbild des Lineals erzeugt wird. Das Lineal 110 von Fig. 6a weist ein Muster aus mehreren Spalten auf, von denen drei, 111, 112 und 113, dargestellt sind. Benachbarte Spalten teilen sich einen Längsbalken, d. h. die Spalten 111 und 112 teilen sich den Längsbalken 114 und die Spalten 112 und 113 den Längsbalken 115. Das Lineal weist ferner Querbalken 116&sub1;&submin;&sub9; auf, welche sich über die Breite des Lineals erstrecken. Zwischen benachbarten Querbalken ist entweder ein Balkenabschnitt in longitudinaler Richtung, wie zum Beispiel der longitudinale Balkenabschnitt 117 zwischen den benachbarten Querbalken 1162 und 1163, oder ein Balkenabschnitt in Querrichtung, wie zum Beispiel der Querbalkenabschnitt 118 zwischen den Querbalken 1164 und 1165, angeordnet, welcher die Längsbalken 114 und 115 verbindet. In jeder der Spalten sind die longitudinalen Balkenabschnitte in Gruppen angeordnet, welche sich mit Gruppen aus transversalen Balkenabschnitten abwechseln. Spalte 111 zeigt eine Gruppe 119 aus Längsbalkenabschnitten und eine Gruppe 120 aus Querbalkenabschnitten. In Spalte 113 wechseln sich die Gruppen aus transversalen und longitudinalen Balkenabschnitten, z. B. 121 und 122, jeweils mit einer Frequenz ab, welche zweimal die Frequenz der Wechselfolge in Spalte 111 ausmacht. In Spalte 112 wechseln sich die Gruppen aus transversalen und longitudinalen Balkenabschnitten, z. B. 123 und 124, jeweils mit einer Frequenz ab, welche zweimal die Frequenz der Wechselfolge in Spalte 112 ausmacht. Der Kontrast wird damit in dem Schattenbild mit verschiedenen Raumfrequenzen erzeugt, so dass Korrelationen in aufeinander folgenden, unter Verwendung des Lineals 110 vorgesehenen Teilbildern bei verschiedenen Raumfrequenzen induziert werden. Das Muster des Lineals 110 ist binärer Art, d. h. ein longitudinaler Balkenabschnitt wird als 1 und ein transversaler Balkenabschnitt als 0 dargestellt oder umgekehrt.
• Fig. 6b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kontrastierenden Objektes in Form eines planaren Lineals 130. Das Lineal 130 weist ein längliches, mittleres Hauptmerkmal, genauer gesagt, einen longitudinalen Balken 131, auf. Von dem longitudinalen Balken 131 erstrecken sich erste Vorsprünge 132&sub1;&submin;&sub3; in eine transversale Richtung. Ebenso erstrecken sich von dem longitudinalen Balken zweite Vorsprünge 133&sub1;&submin;&sub3; in einer Weise, dass sich der longitudinale Balken und die ersten sowie zweiten Vorsprünge in der Linealebene befinden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die ersten und zweiten Vorsprünge senkrecht von dem longitudinalen Balken. Es können jedoch auch weitere Ausführungsbeispiele vorgesehen werden, in welchen die ersten und zweiten Vorsprünge schiefe Winkel mit dem longitudinalen Balken bilden. Der Abstand zwischen benachbarten, ersten Vorsprüngen, wie zum Beispiel der Abstand 134 zwischen den ersten Vorsprüngen 132&sub1; und 132&sub2;, verschiebt sich gegenüber benachbarten, zweiten Vorsprüngen, wie zum Beispiel der Abstand 135 zwischen den zweiten Vorsprüngen 133&sub1; und 133&sub2;. Die binäre Beschaffenheit des Lineals 130 ist so zu verstehen, dass ein erster Vorsprung als 1 und ein zweiter Vorsprung als 0 dargestellt wird oder umgekehrt. Auf Grund der Verschiebung zwischen Abständen zwischen benachbarten Vorsprüngen der jeweiligen Art kann die Wahl des zur Berechnung der Korrelation aneinander grenzender Teilbilder verwendeten Template-Vektors so erfolgen, dass stets ein einzelner Vorsprung der gleichen Art, d. h. entweder ein einzelner, erster Vorsprung und/oder ein einzelner, zweiter Vorsprung, in dem Template-Vektor enthalten ist. Folglich induziert das Lineal Korrelationen zwischen aufeinander folgenden Teilbildern, wobei jedoch keine unerwünschten Korrelationen, welche Werte der, von der tatsächlichen Verschiebung zwischen aufeinander folgenden Teilbildern im Wesentlichen abweichenden Verschiebung betreffen, induziert werden. Bei Verwendung eines Lineals mit Vorsprüngen, welche mit dem mittleren Hauptmerkmal schiefe Winkel bilden, werden unerwünschte Korrelationen dann verhindert, wenn die Anzahl aufeinander folgender Teilbilder während der (unbeabsichtigten) Translation des Röntgendetektors in einem Winkel mit der Achse der verlängerten Ansicht vorgesehen wird. Ein weiterer besonderer Vorteil des Lineals 130 ist, dass es die Teilbilder mit relativ wenigen Einzelheiten versieht und die Abbildung des Lineals infolgedessen die diagnostische Qualität des zusammengesetzten Bildes nicht wesentlich beeinträchtigt.
• Die Tatsache, dass die Muster beider Lineale 110 und 130 vorgegeben sind und eine binäre Beschaffenheit aufweisen, macht es verhältnismäßig einfach, die Abbildung des Lineals durch elektronische Nachbearbeitung des zusammengesetzten Bildes aus dem zusammengesetzten Bild zu entfernen.
• Kontrastierende Objekte, wie zum Beispiel das Lineal 110 und das Lineal 130, können vorzugsweise in den Patiententisch integriert werden.
• Es sei erwähnt, dass die Funktionen des Bildprozessors mit Hilfe eines entsprechend programmierten Computers oder mit Hilfe eines Spezialprozessors ausgeführt werden können, welcher Schaltungsmittel aufweist, die zur Ausführung dieser Funktionen in einem Bildprozessor gemäß der Erfindung vorgesehen sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bildzusammensetzung, wonach

- eine Anzahl aufeinander folgender Teilbilder (411-n) vorgesehen wird, welche jeweils einen Teil einer verlängerten Ansicht darstellen und sich entlang der verlängerten Ansicht überlappen;

- jeweilige, überlappende, verlängerte Teile (71-74) der Teilbilder ausgewählt werden, welche jeweilige Längsachsen praktisch quer zu der Längsachse der verlängerten Ansicht aufweisen;

- die überlappenden, verlängerten Teile zu einem zusammengesetzten Bild (42) verschmolzen werden;

- Pixelwerte von Pixeln von sich gegenseitig überlappenden, verlängerten Teilen aufeinander folgender Teilbilder, welche die gleiche Stelle in der verlängerten Ansicht betreffen, interpoliert werden, um daraus Pixelwerte der Pixel des zusammengesetzten Bildes (42) vorzusehen;

- eine Korrelation zwischen Pixelwerten von Pixeln überlappender Abschnitte der verlängerten Teile (71-74) als eine Funktion eines Verschiebungswertes zwischen aufeinander folgenden Teilbildern bestimmt wird;

- der Maximalwert der Korrelation berechnet wird, um eine Verschiebung gegenüber der verlängerten Ansicht zwischen aufeinander folgenden Teilbildern (411-n) durch Vergleich von Pixelwerten entsprechender Pixel von überlappenden, verlängerten Teilen (71-74) aufeinander folgender Teilbilder (411-n) zu bestimmen, und

- die verlängerten Teile zu einem zusammengesetzten Bild gemäß der Verschiebung verschmolzen werden.

2. Verfahren zur Bildzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei ein kontrastierendes Objekt (110, 130), welches die Form eines, ein Binärmuster aufweisenden Lineals besitzt, der verlängerten Ansicht hinzugefügt wird und welches zweckbestimmt Korrelationen in den überlappenden Teilen aufeinander folgender Teilbilder induziert.

3. Verfahren zur Bildzusammensetzung nach Anspruch 2, wobei das Lineal (130) eine planare Form besitzt und ein längliches, mittleres Hauptmerkmal (131), erste Vorsprünge (132&sub1;&submin;&sub3;), welche sich von dem mittleren Hauptmerkmal in eine erste Richtung erstrecken, sowie zweite Vorsprünge (133&sub1;&submin;&sub3;), welche sich von dem mittleren Hauptmerkmal in eine zweite Richtung erstrecken, aufweist, wobei der Zwischenraum (134) zwischen benachbarten, ersten Vorsprüngen dem Zwischenraum (135) zwischen benachbarten, zweiten Vorsprüngen im Wesentlichen gleicht und der Abstand zwischen aneinander grenzenden, ersten Vorsprüngen gegenüber dem Abstand zwischen aneinander grenzenden, zweiten Vorsprüngen gegeneinander versetzt ist.

4. Röntgenuntersuchungsapparant mit:

- einer Röntgenstrahlenquelle (1), um einen Röntgenstrahl (15) zu emittieren,

- einem Röntgendetektor (2), welcher der Röntgenstrahlenquelle (1) gegenüberliegt,

- einer Patientenauflage (8),

wobei die Röntgenstrahlenquelle, der Röntgendetektor und die Patientenauflage gegeneinander verschiebbar sind, um die Erzeugung einer Anzahl aufeinander folgender Teilbilder einer verlängerten Darstellung des Patienten durch Röntgenbestrahlung sukzessiver Teile des Patienten zu ermöglichen;

- Röntgenabsorptionsmitteln, welche zwischen der Röntgenstrahlenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet sein können, um den Röntgenstrahl abzuschwächen und den Wirkungsquerschnitt des Röntgenstrahls quer zu einem Hauptstrahl des Röntgenstrahls zu richten;

- einem Bildprozessor (20), um die Anzahl aufeinander folgender Teilbilder (411-n) zu verarbeiten, welche jeweils einen Teil einer verlängerten Ansicht darstellen und welche sich entlang der verlängerten Ansicht überlappen, und um die Teilbilder (411-n) zu einem zusammengesetzten Bild (42) zu verschmelzen, wobei der Bildprozessor aufweist:

- eine Interpolationsvorrichtung (91-96, 81-83), um Pixelwerte von Pixeln von überlappenden Teilen aufeinander folgender Teilbilder zu interpolieren, um daraus Pixelwerte des zusammengesetzten Bildes vorzusehen,

- einen Korrelator, um Korrelationen von Pixelwerten von Pixeln überlappender Teile aufeinander folgender Teilbilder als eine Funktion eines Verschiebungswertes zwischen aufeinander folgenden Teilbildern zu bestimmen und den Maximalwert der Korrelationen von Paaren aufeinander folgender Teilbilder vorzusehen, sowie

- einen Bildfeldselektor, um Bildfelder in Form jeweiliger, überlappender, verlängerter Teile (71-74) jedes der Teilbilder, welche jeweilige Längsachsen praktisch senkrecht zu der Längsachse der verlängerten Ansicht aufweisen, auszuwählen, wobei die verlängerten Teile die Teilbilder (411-n) ersetzen, das Verschmelzen der verlängerten Teile durchgeführt wird, um ein zusammengesetztes Bild vorzusehen, und die Röntgenabsorptionsmittel relativ zu dem Röntgenstrahlengang angeordnet sein können und durch den Bildfeldselektor gesteuert werden, um die überlappenden, verlängerten Teile auszuwählen.

5. Röntgenuntersuchungsapparat nach Anspruch 4, wobei in die Patientenauflage (8) ein Lineal (110, 130) integriert ist, welches ein Binärmuster aus Röntgenstrahlen absorbierenden Teilen und Röntgenstrahlen durchlässigen Teilen aufweist.