DE4102729A1

DE4102729A1 - Verfahren und anordnung zur peripheren angiographie

Info

Publication number: DE4102729A1
Application number: DE4102729A
Authority: DE
Inventors: David Lynn Wilson
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1991-08-08
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH04215743A; US5123056A; DE4102729C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur peripheren Angiographie gemäß den Oberbegriffen der Patentan sprüche 1, 5, 9 und 10. Die Erfindung betrifft vorzugsweise ein Röntgen-Untersuchungs- und/oder Diagnosegerät, das eine Röntgen strahlenquelle und eine Röntgenbild-Erfassungseinheit umfaßt, die gemeinsam bezüglich eines zu untersuchenden Objektes räum lich positionierbar sind. Insbesondere bezieht sich die Erfin dung auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Verarbeiten und Darstellen eines Bildes des Objektes, wobei das Objekt größer als das Bildfeld der Röntgenbild-Erfassungseinheit ist. Die Er findung liegt auf dem Anwendungsgebiet der peripheren Angiogra phie und insbesondere bei der Sichtbarmachung wenigstens eines großen Teiles der Blutgefäße und/oder des Kreislaufsystems des Patienten.

Auf dem Gebiet der Angiographie ist es äußerst hilfreich, als zusammenhängendes Bild einen großen Teil des arteriellen und/ oder venösen Systems, insbesondere des unteren arteriellen und venösen Systems, darzustellen. Bisher wurden derartige Untersu chungen mittels einer Einrichtung durchgeführt, die eine in be trächtlicher Höhe über dem Patienten angeordnete Röntgenstrah lenquelle enthält, um den gesamten sichtbar zu machenden Be reich bestrahlen zu können, und die einen Film-Transportmecha nismus enthält, um eine Reihe von benachbarten photographischen Aufnahmen zu machen, die den verschiedenen Teilen dieses Be reiches zugeordnet sind. Als nachteilig erweist sich hierbei, daß ein derartiges System hohe Betriebskosten, die von der beträchtlichen Länge des verwendeten photographischen Filmes herrühren, und eine starke Bestrahlung des Patienten aufweist.

Weiterhin ist es nicht immer leicht, das Bild wegen der Quali tätsunterschiede in aufeinanderfolgenden Bildern zu bewerten. Darüber hinaus sind derartige große Filme schwierig und umständ lich zu handhaben.

In letzter Zeit werden die Filme von Bildverstärkern ersetzt, die mit der Röntgenröhre zu einer Röntgeneinheit mechanisch zusammengefaßt sind. Zur Erstellung von Angiographieaufnahmen werden eine Anzahl von digitalen Aufnahmen bei verschiedenen Positionen der Röntgeneinheit gemacht und diese digitalen Bil der nicht zusammenhängend auf einem einzigen Bild in wesentlich kleinerer Größe als die oben beschriebene Reihe von photogra phischen Aufnahmen dargestellt. Außerdem wird die auf den Pa tienten einwirkende Röntgenstrahlendosis auf einen annehmbaren Betrag vermindert. Jedoch erfordert diese Art der Präsentation von Seiten des Arztes ein gutes geistiges Vorstellungsvermögen.

In der US-A-42 04 225 ist ein digitales Röntgen-Untersuchungs gerät für Gefäßdarstellungen beschrieben, bei dem zur digitalen Subtraktionsangiographie Röntgenbilder eines Patienten sowohl vor als auch nach der Injektion eines Kontrastmittels in den Patienten aufgenommen werden. Beide Gruppen von Bildern werden gespeichert und digitalisiert und anschließend derart verarbei tet, daß die Bilder ohne Kontrastmittel (im folgenden als Mas kenbilder bezeichnet) von den Bildern mit Kontrastmittel (im folgenden als Kontrastbilder bezeichnet) subtrahiert werden, so daß das mit dem Kontrastmittel gefüllte Gefäßsystem bei der Darstellung der verarbeiteten Bilder gut sichtbar wird. Während der Untersuchung von Teilen des Körpers des Patienten, die nicht auf einem einzigen Bildfeld der Röntgeneinheit Platz ha ben, werden die Bilder bei einer Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen längs des Patienten aufgenommen. Programmierbare, schrittweise verstellbare Tische oder Rahmen (Gantries) ermög lichen die gewünschte Relativbewegung zwischen der Röntgenein heit und dem Patienten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Röntgenuntersu chungen und Diagnosen für größere Teile des Körpers, die größer sind als die optische Öffnung der Röntgeneinheit, durch geeig nete Verarbeitung und Darstellung einer Folge von längs des Körpers aufgenommenen Röntgenbildern zu erleichtern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren und der An ordnung der eingangs genannten Art durch die in den kennzeich nenden Teilen der Patentansprüche 1, 5, 9 und 10 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine Röntgeneinheit mit einer Bildfläche, die kleiner als die Länge des abzubildenden Objektes ist, nimmt eine Folge von hochauflösenden, längs des Objektes sich überlappenden Ursprungs bildern an ausgewählten unterschiedlichen Stellen auf. Die hoch auflösenden Bilder werden nach zwei Methoden verarbeitet und anschließend einer Anzeigeeinheit zugeführt. Bei beiden Metho den wird festgelegt, welche Teile jedes der aufgenommenen Bil der entfernt werden, um die sich überlappenden Bilder in geeig neter Weise zusammenzufügen. Die erste Methode erzeugt ein zu sammengesetztes darzustellendes Bild mit niedriger Auflösung, das gleichzeitig eine Gesamtdarstellung der Mehrzahl der aufge nommenen hochauflösenden Bilder ist. Die zweite Methode erzeugt eine Folge von hochauflösenden Bildern auf der Anzeigeeinheit entsprechend einer Verschiebefunktion, wobei die entsprechenden dazwischenliegenden, sich überlappenden Bereiche benachbarter Bilder entfernt worden sind.

Der Anwender hat eine Steuereinrichtung zur Auswahl eines in teressierenden Bereiches an der Anzeigeeinheit, damit diese Anzeigeeinheit ein hochauflösendes Bild darstellen kann, dessen Zentrum im interessierenden Bereich liegt. Zusätzlich stellt die Steuereinrichtung Steuersignale für eine Rahmensteuerein heit bereit, um die Röntgeneinheit über dem interessierenden Bereich zu zentrieren. Schließlich werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Darstellen von verschiebbaren Bildern in einer visuell ansprechenden Form zur Verfügung gestellt, bei der die zu entfernenden Teile von benachbarten Bildern aufgrund der Kontinuität von identifizierbaren Merkmalen in den hochauf lösenden Bildern festgelegt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Bildverarbei tungsverfahren vorgesehen, bei denen die besten fünf bis sieben Bilder der peripheren Arterien eines Patienten zusammengesetzt sind, um ein einziges zusammenhängendes Bild des Beines darzu stellen. Zuerst wird ein vollständiges Bild von beiden Beinen, WHOLE-LEG-Darstellung genannt, verkleinert, so daß es auf einer einzigen Anzeigeeinheit oder einem Filmbild dargestellt werden kann. Dann werden benachbarte vollauflösende Bilder derart ver arbeitet, daß sie an der Anzeigekonsole verschiebbar dargestellt werden können (SCROLL-Darstellung).

Bei beiden Verfahren werden aus den geometrischen Parametern des Bildaufnahmesystems (Strecke zwischen der Quelle und der Erfassungeinheit, Höhe des Tisches, usw.) die vor dem Zusammen setzen der verbleibenden Teile zu entfernenden Teile jedes Bil des abgeschätzt. Diese Abschätzung wird durch eine automatische Suche nach einer bestmöglichen Übereinstimmung verfeinert. Um unterschiedliche Schwächungen durch den Körper ausgleichen zu können, werden die Intensitäten der Bilder ausgeglichen. Jedoch hat die Verwendung eines Rekonstruktionsverfahrens, das auf ei ner ebenen Geometrie aufbaut, einen Bereich, der in benachbar ten Bildrahmen dargestellt wird (d. h. zweimal dargestellt wird) und einen Bereich zur Folge, der überhaupt nicht dargestellt wird. Nichts desto weniger ist die WHOLE-LEG-Darstellung ästhe tisch ansprechend. Im Fall der SCROLL-Darstellung werden die Bilder in einer Weise dargestellt, daß jeder Teil jedes Ur sprungsbildes zu einem Zeitpunkt dargestellt wird.

Das Verfahren und die Anordnung gemäß der Erfindung werden im folgenden im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Röntgen-Untersuchungsgerätes zur erfindungsgemäßen Verarbeitung und Darstellung von Bil dern,

Fig. 2 das Zusammenfügen von benachbarten Bildern für die ge naue Wiedergabe der Rekonstruktionsebene,

Fig. 3 die geometrischen Gegebenheiten des Röntgen-Untersu chungsgerätes,

Fig. 4 ein Verfahren zur Vorverarbeitung unter Verwendung eines morphologischen Filters,

Fig. 5 ein Verfahren zum Zusammensetzen von Bildern zur Erläu terung der Verschiebedarstellung (SCROLL-Darstellung),

Fig. 6 eine Rahmensteuerung für eine Bilddarstellung eines voll ständigen Beines (WHOLE-LEG-Darstellung) und

Fig. 7 eine Bilddarstellung des gesamten Beines mit hoher Auflö sung.

In Fig. 1 ist ein Röntgen-Untersuchungsgerät mit einer an einer Rahmenanordnung (Gantry) 28 befestigten Röntgenröhre 2 darge stellt, die von einem Röntgengenerator 4 zur Erzeugung von Rönt genstrahlen 6 gespeist wird. Ein Patient oder Objekt 8 liegt auf einem Röntgentisch 10 in einer Position, in der die erzeug ten Röntgenstrahlen 6 durch den Patienten 8 hindurchgehen und auf einem Röntgenbildverstärker 12 auftreffen, der an der der Röntgenröhre 2 gegenüberliegenden Seite des Patiententisches 10 an der Rahmenanordnung 28 befestigt ist. Wie es allgemein be kannt ist, erzeugt der Röntgenbildverstärker 12 optische Aus gangssignale, die mittels eines Linsensystems, einer Optik 16, auf dem Target einer Fernsehkamera 14 abgebildet werden. Obwohl die optischen Ausgangssignale des Bildverstärkers 12 normaler weise längs einer Achse parallel zu der Achse des Auftreffens der Röntgenstrahlen 6 wären, ist nur zu Zwecken einer klaren Darstellung in der Zeichnung für die optische Ausgangssignale ein Weg senkrecht hierzu dargestellt. Das von der Fernsehkamera 14 erfaßte Bild wird in ein Videosignal umgesetzt, das mittels eines Analog/Digital(A/D)-Wandlers 18 digitalisiert und anschlie ßend in einer Bildverarbeitungs- und Steuereinheit 20 verarbei tet und gespeichert wird. Eine Anzeige- und Aufzeichnungsein heit 22 ist vorgesehen, um die gespeicherten Bilder als Ergeb nis z. B. der digitalen Subtraktionsuntersuchung darzustellen und/oder zu speichern. Eine Anwenderschnittstelle 24 ermöglicht einem Anwender oder einer Bedienungsperson eine Steuerung des Röntgensystems. Eine Markiereinrichtung, wie beispielsweise ein Lichtstift 26, erlaubt es dem Benutzer, Bereiche von Interesse (ROI) auf der Anzeigeeinheit 22 darzustellen.

Die Rahmenanordnung (Gantry) 28 wird durch einen C-Bogen für die koordinierte Bewegung der Röntgenröhre 2 und des Bildver stärkers 12 bezüglich des Patiententisches 10 gebildet. Zu die sem Zweck sind ein C-Bogen-Antriebssystem 30 und eine Röntgen- Belichtungssteuerung 32 gebildet. Es ist auch eine Kontrastmit tel-Zuführungseinheit 34 vorhanden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Bildverarbei tungs- und Steuereinheit 20 einen Bildspeicher mit einer 1024×1024 Matrix für eine verbesserte Bildauflösung. Weiterhin ist eine Positionsmeßeinrichtung 36 zur genauen Anzeige der relati ven Position zwischen dem C-Bogen 28 und dem Patiententisch 10 vorgesehen.

Zwei Arten von Anzeigen können durch die erfindungsgemäße Bild verarbeitungs- und Steuereinheit 20 erzeugt werden. Ein Bild eines vollständigen Beines läßt sich aus den Einzelbildern der art verkleinern und zusammensetzen, so daß es vollständig auf eine einzige Anzeigeeinheit oder auf ein einziges Filmbild paßt. Das Ergebnis wird als Gesamt(WHOLE-LEG)-Darstellung be zeichnet. Die WHOLE-LEG-Darstellung kann für ärztliche Berichte zweckmäßig sein, jedoch ist sie für eine Diagnose unzweckmäßig. Zweitens kann ein hochauflösendes Bild aus zwei benachbarten Bildern zusammengesetzt werden, wobei es mittels eines der An zeigeeinheit 22 zugeordneten Bedienpultes verschoben werden kann. Dies wird als Verschiebe(SCROLL)-Darstellung bezeichnet. Die SCROLL-Darstellung ermöglicht dem Benutzer, sich einerseits auf einen Problembereich, der sich über mehr als ein Bild er streckt, zu konzentrieren, und erlaubt andererseits eine schnel le Assoziierung des Bildes und der Anatomie. Sehr häufig zeigen Radiologen den entsprechenden Ärzten Bilder an einem Bildschirm. Die SCROLL-Darstellung stellt eine schnelle und bequeme Art dar, entsprechende Bilder zu betrachten.

Die WHOLE-LEG- und die SCROLL-Darstellung sind auch zweckmäßig für die Steuerung der Rahmenanordnung 28. Die Bedienungsperson kann unter Verwendung des Lichtstiftes 26 auf der Anzeigeein heit 22 einen interessierenden Bereich markieren, so daß die Steuereinheit 20 Signale erzeugt, die den C-Bogen 28 derart steuern, daß sich die Röntgenstrahlenquelle 2 auf diese Posi tion zentriert (Fig. 6). Derartige Systeme sind beispielsweise aus der US-A-46 09 940 bekannt. Weiterhin ist die Zuordnung und Speicherung der Positionsinformation entsprechend jedem aufge nommenen Bild beispielweise aus der US-A-46 13 983 bekannt.

Zusätzlich kann die WHOLE-LEG-Darstellung zum Steuern einer Bilddarstellung in hoher Auflösung zweckmäßig sein. Dies be deutet, daß, wenn die Bedienungsperson auf einen Bereich von Interesse zeigt, die bei hoher Auflösung an dieser Stelle auf genommenen Bilder von einem (nicht dargestellten) Speicher in der Steuereinheit 20 aufgerufen und dargestellt werden können.

In allen Fällen werden Bilder derart zusammengesetzt, daß eine einzige Ebene parallel zum Bildverstärker 12, die Rekonstruk tionsebene, genau wiedergegeben wird. In Fig. 2 sind Bilder dar gestellt, die in zwei aufeinanderfolgenden Positionen des Rah mens 28 aufgenommen werden, so daß benachbarte überlappende Bilder I und II erstellt werden konnten. Durch Beseitigen einer Anzahl von Bildpunktreihen jedes Bildes und durch Zusammenfas sen der Ergebnisse wird ein Anzeigebild (I-II) erzeugt, das ein ebenes Objekt 8 in der Rekonstruktionsebene darstellt. Jedoch hinterläßt dies einen Bereich oberhalb der Rekonstruktionsebe ne, der nie dargestellt wird (gekennzeichnet durch o) und einen darunterliegenden Bereich (gekennzeichnet durch +), der zwei fach dargestellt wird.

In Fig. 3 sind verschiedene geometrische Parameter definiert, die es erlauben, die Anzahl der für die Rekonstruktion zu ent fernenden Bildpunktreihen abzuleiten. Der Schrittabstand zwi schen zwei Bildern ist s. Der Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor ist x und derjenige zwischen der Quelle und der Rekonstruktionsebene ist y. In der Figur wird eine durch die Anzahl r gekennzeichnete gleiche Anzahl von Bildpunktreihen von dem Ende jedes Bildes entfernt. Der Abstand z wird angegeben durch

Dieses Ergebnis wird auf einfache Weise durch Verfolgen der Länge s längs Linien parallel zur Rekonstruktionsebene erreicht. Diese Länge s wird dann auf einfache Weise durch die punktför mige Quelle um den Vervielfachungsfaktor x/y vergrößert, um z, die Länge des bei der Rekonstruktion nicht beseitigten Bildes, zu erhalten. Mit Ausnahme für Bilder, die an den Enden des Pa tienten aufgenommen werden, werden Bildpunktreihen an beiden Enden der miteinander zu verbindenden Bilder entfernt. Damit folgt unter Verwendung von

2 = r + z = d, (2)

daß

ist.

Bei der SCROLL-Rekonstruktions-Darstellung ist es wünschenswert, daß, wie es unten beschrieben ist, manchmal ungleiche Teile von benachbarten Bildern entfernt werden. In diesem Fall ist die Gesamtzahl der für die Rekonstruktion einer vorgegebenen Ebene zu entfernenden Bildpunkte 2r, und sie ist auf eine beliebige Weise zwischen den beiden Bildern aufgeteilt.

Da die Patienten nicht flach sind, erhält man unter Verwendung von Gleichung (3) die Änderung von r, Δr, für eine Änderung in der Rekonstruktionsebene, Δy.

Unter der Annahme, daß x = 100 cm, s = 17 cm, y = 77 cm, d = 36 cm und 1 pixel = 0,4 mm ist, wird ermittelt, daß Δr gleich 7, 17 und 32 Bildpunkte für Δy gleich 3, 5 bzw. 10 cm ist.

Aus den obigen Berechnungen und aus der Erfahrung aus dem Zu sammensetzen von Bildern des Beines ist es offensichtlich, daß die Lage der interessierenden Rekonstruktionsebene unter Ver wendung der geometrischen Parameter der Aufnahme nicht mit ge nügender Genauigkeit festgelegt werden kann. Insbesondere ist es unmöglich, die interessierende Höhe über der Tischoberkante genau zu lokalisieren. Somit ist es gemäß der vorliegenden Er findung für eine gute Rekonstruktion erforderlich, die Anzahl der zu entfernenden Bildpunktreihen zu ermitteln. Im folgenden Teil wird ein automatisches Verfahren beschrieben, das diese durchführt.

Um die Anzahl der von den Enden der überlappenden benachbarten Bilder zu entfernenden Bildpunktreihen für die bestmöglich übereinstimmenden Bildpunktreihen der benachbarten Bilder zu ermitteln, wird erfindungsgemäß ein automatisches Verfahren verwendet, dessen Ziel darin besteht, einander entsprechende Bildpunktreihen in jedem Bild zu finden, die dem Betrachter eine ästhetisch ansprechende Übereinstimmung geben, wenn sie nebeneinander angeordnet sind. Dies wird erreicht, wenn die Hauptstrukturen in dem Bild (Knochenränder und Arterien) kon tinuierlich miteinander verbunden sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird in der Bildverarbeitungseinheit eine Ähn lichkeitsprüfung zwischen möglichen Bildpunktreihen von be nachbarten Bildern R₁(i) und R₂(i) durchgeführt, die aus der Summe |R₁(i)-R₂(i)| über alle Bildpunkte in den Reihen be steht. Die Minimierung dieser Maßnahme führt zu gut überein stimmenden Reihen. R₁ und R₂ sind benachbarte Bilder und i stellt eine vorgegebene Bildpunktreihe in dem Bild dar.

Bevor die Ähnlichkeit berechnet wird, werden die in Frage kom menden Bildpunktreihen in der Bildverarbeitungseinheit vorver arbeitet, um die Arterien und die Knochenränder hervorzuheben. Die Fig. 4 zeigt eine derartige Verarbeitung einer einzigen Rei he jeden Bildes. In Fig. 4a ist das unverarbeitete oder das ORIGINAL-Signal dargestellt. Zuerst werden die Bildpunktreihen unter Verwendung eines Tiefpaßfilters verschliffen, wie es in Fig. 4b gezeigt ist. Dann werden, zur Beseitigung der Hinter grundbilder und zur Erfassung nur der Arterien und Knochenrän der, die Bildsignale morphologisch gefiltert, wie es in Fig. 4c gezeigt ist. Das morphologische Filtern besteht darin, eine Schlitzfunktion unter Verwendung eines flachen Strukturelemen tes durchzuführen, um eine Schlitzmaske zu erzeugen, die den Hintergrund abschätzt. Die Schlitzmaske wird von der ursprüng lichen Bildpunktreihe subtrahiert, so daß nur die Arterien und die Knochenränder übrigbleiben. Beispielsweise verbleiben in Fig. 4c nur Spitzen, die Knochenrändern und Arterien zugeordnet sind; außerhalb dieser Spitzen ist die Linie Null. Damit ver bleiben nach der Vorverarbeitung nur diejenigen Merkmale, die in dem rekonstruierten Bild kontinuierlich gemacht werden müssen.

Die Schlitzfunktion kann dreidimensional aufgefaßt werden, wenn ein Objekt, z. B. eine Kugel, hergenommen wird und von unten ge gen die Unterseite der Wellenform des Bildes, d. h. die Wellen form nach Fig. 4b, gepreßt wird, und der durch das Objekt bei jedem Bildpunkt erreichte höchste Punkt verfolgt wird, um die Maske zu erzeugen. In dem Fall, in dem das Element eine Kugel ist, werden scharfe Spitzen in dem Bild infolge des Schlitzes beseitigt, während breitere Spitzen, in die die Kugel hinein paßt, erhalten bleiben. Die Subtraktion dieser Maske von dem Bild hat ein verbessertes Bild zur Folge, wie es in Fig. 4c dargestellt ist und in dem die scharfen Spitzen erhalten ge blieben sind. Weitere Einzelheiten bezüglich morphologischem Filtern sind z. B. aus einem Artikel mit dem Titel "Grayscale Morphology" von S.R. Sternberg, Computer Vision, Graphics, and Image Processing, Band 35, Seiten 333-355, 1986, bekannt.

Ein besonderes Problem besteht darin, daß aufeinanderfolgende Bilder unterschiedliche Kollimatoreinstellungen aufweisen kön nen und bestimmte Merkmale verdeckt sein können. Nach der Vor verarbeitung kann dies zur Entstehung von Spitzen in einer Bildpunktreihe führen, die in der anderen Bidpunktreihe des in Frage kommenden Paares nicht vorhanden sind (z. B. der Knochen in der linken Hälfte der Fig. 4). Eine Lösung besteht bei der Ähnlichkeitsermittlung darin, diejenigen Bildpunktstellen i, bei denen wenigstens ein Bildpunkt in einer der beiden Rei hen Null ist, zu überspringen.

Die Ermittlung der am besten übereinstimmenden Paare von Bild punktreihen in aufeinanderfolgenden Bildern wird folgendermaßen durchgeführt. Wenn die Bilder des Beines aufrecht dargestellt sind, wird die untere Bildreihe des Bildes I mit der oberen Bildreihe des unteren Bildes II verglichen. Nachfolgende, in Frage kommende Paare erhält man durch eine Auf- und Abwärtsbe wegung in Bild I bzw. II. Diese Suche setzt implizit voraus, daß gleiche Teile jedes Bildes entfernt werden müssen. Nachdem die Ähnlichkeitsprüfung aller in Frage kommenden Paare durch geführt worden ist, wird durch den minimalen Unterschied er kannt, welche Reihen bestmöglich übereinstimmen. Dann werden die Bilder bei dieser Reihe zusammengesetzt, und die restlichen Reihen in den Endbereichen werden entfernt.

Das Zusammensetzen der Bilder hat zur Folge, daß ein räumlicher Bereich nicht dargestellt wird. Dieser räumliche Bereich ist in den zwei Bereichen dargestellt, die von jedem ursprünglichen Bild entsprechend der mit 4 in Fig. 3 bezeichneten Länge ent fernt wurden. Im Fall der SCROLL-Darstellung wird das Problem des fehlenden Bereiches vermieden und alle Teile jedes Bildes werden zu einem bestimmten Zeitpunkt dargestellt, wenn das Bild verschoben wird.

Um Bilder für die Rekonstruktion einer Ebene zusammensetzen zu können, sollten insgesamt 2r Bildpunktreihen von zwei Bildern entfernt werden. Der von jedem Bild entfernte Teil hängt von der Verschiebeposition ab. Ein Beispiel ist in Fig. 5 darge stellt, in der zwei ursprüngliche Bilder I und II links darge stellt sind. Im Fall des Ergebnisbildes A werden die 2r Bild punktreihen des Oberteiles von Bild II entfernt. Im Fall B werden r Bildpunktreihen jeweils vom Unterteil von Bild I und vom Oberteil von Bild II entfernt. Im Fall C werden 2r Bild punktreihen vom Unterteil von Bild I entfernt. Bei der tatsäch lichen Verschiebung werden mehrere Ergebnisbilder zwischen den in Fig. 5 dargestellten Bildern zusammengesetzt und angezeigt, und die 2r Bildpunktreihen werden entsprechend kontinuierlich entfernt.

Eingangssignale für den Algorithmus sind die 5 bis 7 überlap penden Ursprungsbilder und der Sprungfaktor, der festlegt, wie weit das Bild zwischen einer Position und der nächsten verscho ben wird. Da die Höhe der interessierenden Struktur sich längs der Länge des Beines ändert, wird die SCROLL-Darstellung durch das Ermitteln einer neuen Schätzung für die Anzahl r der bei jedem Rand zu entfernenden Bildpunkte verbessert.

Manchmal ist es notwendig, die Helligkeit von aufeinanderfol genden Bildern auszugleichen, um den Rand weniger erkennbar zu machen. Da sich der Körper von dicker zu dünner verjüngt, wenn man längs der Beine nach unten forschreitet, kann ein keilför miger Ausgleich verwendet werden. Es kann ein allgemeines Kor rekturbild erzeugt werden, das beginnend von oben aus einem flachen Teil und aus einem keilförmigen Teil besteht und mit einem weiteren flachen Teil endet. Dieser Vorgang kann wechsel weise oder automatisch durchgeführt werden.

In einigen Fällen wird eine morphologische Verbesserung der Bilder verwendet, um den Dynamikbereich der Bilder zu verbes sern und die Arterien hervorzuheben.

Die Bilder werden mit einem schrittweise bewegbaren Rahmensy stem aufgenommen, das ein Röntgengerät für die digitale Bild aufnahme benutzt. Die Bilder werden beispielsweise mit einem 40 cm Bildverstärker aufgenommen, der beide Beine gleichzeitig abbildet. Diese Bilder werden in einer Matrix von 1024×1024 Bildpunkten digitalisiert. Bei jeder Position kann der Kollima tor neu eingestellt werden.

Die gesamte Bildverarbeitung wird in der entsprechend program mierten, rechnergesteuerten Steuereinheit 20 durchgeführt. Im Fall der SCROLL-Darstellung werden aus den Ursprungsbildern viele Ausgangsbilder erzeugt, und sie werden unter Verwendung eines Film-Wiedergabe-Betriebs dargestellt. Die Bilder werden mit 512×512 Bildpunkten beispielsweise auf einem Bandspeicher aufgenommen, was eine Verkleinerung der Bilder erforderlich macht.

Durch diese WHOLE-LEG-Darstellung erhält man ästhetisch an sprechende Bilder mit großem Kontrast, die hinsichtlich der Ar terien unerwartet viele Einzelheiten zeigen. Die SCROLL-Dar stellung vermittelt den Eindruck des Auf- und Abwärtsbewegens längs des Beines. Dies ist ein sehr anschauliches Wiedergabe verfahren, das die anatomische Orientierung der Bedienungsper son verbessert. Häufig zeigen Radiologen entsprechenden Ärzten die Bilder an der Anzeigekonsole. Die SCROLL-Darstellung ist besonders zweckmäßig für einen schnellen Überblick über den Zustand des Patienten.

Es gibt verschiedene Gründe, warum ein ebenes Rekonstruktions verfahren, trotz der Tatsache, daß die Beine dreidimensionale Gebilde sind, sehr gut arbeitet. Zum ersten sind die Haupt strukturen (Knochen und Arterien) vertikal in den Bildern an geordnet und sie weisen nur sehr wenig Strukturen in der hori zontalen Richtung auf. Wie bereits beschrieben, lassen sich vertikale Strukturen in zusammenhängenden Linien selbst dann leicht verbinden, wenn sie außerhalb der Rekonstruktionsebene liegen. Weiterhin neigen die Strukturen bei jedem Rand dazu, in einer einzigen Ebene zu liegen. Damit werden die Rekonstruktio nen dadurch verbessert, daß zugelassen wird, daß sich der Wert von r längs der Länge des Beines verändert, d.h. neue Schätzun gen der am besten übereinstimmenden Bildpunktreihen werden bei jedem Rand zur Verfügung gestellt.

Die Anforderungen an die Geräte umfassen eine schnelle allge mein verwendbare Verarbeitungseinheit zum Durchführen des au tomatischen Verfahrens der Ermittlung der besten Übereinstim mung der Bildpunktreihen. Die SCROLL-Darstellung erfordert ei nen großen Bildspeicher mit wahlfreiem Zugriff zum gleichzei tigen Festhalten aller Ursprungsbilder. Die anzuzeigenden Bil der müssen schnell genug auf den neuesten Stand gebracht wer den, um eine verhältnismäßig schnelle Verschiebung durchführen zu können.

Ein Problem besteht darin, daß sich der Patient während der Aufnahmen einer Folge von Bildrahmen bewegen kann. Dies könnte es möglich machen, eine perfekte Übereinstimmung zwischen be nachbarten Bildern zu finden. Dieses Problem wird durch die Verwendung der geometrischen Parameter der Aufnahmen vermin dert, indem ein Normalwert vorhergesagt wird und dann die Suche auf +/-40 Bildpunkte beschränkt wird. Damit wird ein Rand nicht weit von seiner idealen Lage entfernt. Es sei bemerkt, daß dies im Fall der SCROLL-Darstellung nicht nur ein Problem der besse ren Darstellung ist; alle Bildpunktreihen können immer noch ge sehen werden.

Mit diesem Röntgen-Untersuchungsgerät besteht auch die Möglich keit, die Bilder längs gekrümmter Linien zu schneiden. Gegen wärtig werden die Bilder längs gerader Bildpunktreihen geschnit ten und miteinander verbunden. Andererseits haben die Bilder häufig infolge des runden Bildverstärkers gekrümmte Oberkanten und Unterkanten. Wenn eine gekrümmte Oberkante oder Unterkante mit einem benachbarten Bild verbunden wird, dann ist häufig am Rand des gekrümmten Bereiches ein Zwischenraum vorhanden. Es sind Bildpunkte erforderlich, um diesen Zwischenraum auszufül len und sie können dadurch erhalten werden, daß anstelle der Verwendung geraden Bildpunktlinien die Bilder längs gekrümmter Linien geschnitten werden.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines Röntgen-Untersuchungsgerätes mit einer Bildfläche, die kleiner ist als die Länge eines abzubil denden Objektes (8), gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Aufnehmen einer Folge von hochauflösenden, längs des Objek tes (8) sich überlappenden Röntgenbildern an unterschiedli chen ausgewählten Stellen,
b) Verarbeiten der Folge von hochauflösenden Röntgenbildern gemäß einer ersten Methode, die ein aus den hochauflösenden Röntgenbildern zusammengesetztes, darzustellendes Bild mit niedriger Auflösung festlegt, das eine gleichzeitige Dar stellung der Mehrzahl der aufgenommenen, hochauflösenden Bilder ist, und einer zweiten Methode, die einen zu entfer nenden Bereich in jedem der hochauflösenden, sich überlap penden Bilder festlegt, um der Anzeigeeinheit (22) die Folge von hochauflösenden Bildern entsprechend einer Verschiebe funktion zur Verfügung zu stellen, in der die Bereiche ent fernt worden sind, und
c) Verwenden der Anzeige der nach einer der Methoden verarbei teten aufgenommenen Bilder zum Markieren einer Stelle (inte ressierender Bereich) in dem Bild an der Anzeigeeinheit (22), und Erzeugen von Steuersignalen zur Steuerung des Röntgen- Untersuchungsgerätes.

2. Verfahren zum Betrieb eines Röntgen-Untersuchungsgerätes nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Verfahrensschritt:.

d) Verwenden der Steuersignale für die Anzeigeeinheit (22), damit ein Bild mit hoher Auflösung auf der Anzeigeeinheit (22) wiedergegeben wird, dessen Zentrum im interessierenden Bereich liegt.

3. Verfahren zum Betrieb eines Röntgen-Untersuchungsgerätes nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Verfahrensschritt:.

e) Verwenden der Steuersignale für eine Steuereinheit (20) ei nes Rahmens (28), um eine Röntgeneinheit (2, 12, 28) über dem interessierenden Bereich zu zentrieren.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verarbeitungsschritt der zweiten Methode folgende Verfahrensschritte umfaßt:
Bestimmen von entsprechend angeordneten Zeilen in den einan der zuweisenden Randbereichen zweier benachbarter Bilder zur Bildung eines Zeilenpaares, das wenigstens einen Mindestgrad an Übereinstimmung an identifizierbaren Merkmalen aufweist, wobei diese Bestimmung in der Nähe des äußeren Randes der Bilder beginnt und in das Bild zeilenweise fortschreitet,
Entfernen derjenigen Zeilen jedes dieser Bilder, die zwi schen ihrem äußeren Rand und dem Zeilenpaar liegen, das ei nen Mindestgrad an Übereinstimmung aufweist, und
Verbinden eines verbleibenden Bereiches jedes dieser Bilder an dem entsprechend angeordneten Zeilenpaar für die nachfol gende Anzeige des verbundenen Bildpaares als ein einziges Bild.

5. Röntgen-Untersuchungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Aufnahmeeinrich tung (12 bis 16), mit einer Verarbeitungseinheit (20), mit einer Anzeigeeinheit (22), deren Bildfläche kleiner als die Länge des abzubildenden Objektes (8) ist, und mit einer Ein richtung (24) zur Markierung dadurch gekenn zeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (12 bis 16) derart ausgebildet ist, daß sie eine Folge von hochauflösenden, längs des Objektes (8) sich überlappenden Röntgenbildern an unterschiedlichen ausgewählten Stellen aufnehmen kann, daß die Verarbeitungseinheit (20) die Folge von hochauflösenden Bildern gemäß einer ersten Methode, die ein zusammengesetztes darzu stellendes Bild mit niedriger Auflösung festlegt, das gleich zeitig eine Darstellung der Mehrzahl der aufgenommenen, hoch auflösenden Bilder ist, und einer zweiten Methode verarbeitet, die einen zu entfernenden Bereich jedes der hochauflösenden Bilder festlegt, um der Anzeigeeinheit (22) die Folge von hoch auflösenden Bildern, in der die Bereiche entfernt worden sind, entsprechend einer Verschiebefunktion zur Verfügung zu stellen, und daß die Einrichtung (24) derart auf die Anzeigeeinheit (22) einwirken kann, daß unter Verwendung der Anzeige der aufgenom menen Bilder, die nach einer der Methoden verarbeitet worden sind, eine Stelle (interessierender Bereich) an der Anzeigeein heit (22) markierbar ist und Steuersignale zur Steuerung des Röntgen-Untersuchungsgerätes erzeugt werden.

6. Röntgen-Untersuchungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24) mit der Anzeigeeinheit (22) zu deren Steuerung verbunden ist, der die Steuersignale zugeführt werden, damit ein Bild mit hoher Auflösung auf der Anzeigeeinheit (22) wiedergegeben wird, des sen Zentrum im interessierenden Bereich liegt.

7. Röntgen-Untersuchungsgerät nach Anspruch 5 oder 6, da durch gekennzeichnet, daß die Ein richtung (24) mit einer Steuereinheit (30) für einen Rahmen (28) verbunden ist, der die Steuersignale zuführbar sind, um eine Röntgeneinheit (2, 12, 28) über dem interessierenden Be reich zu zentrieren.

8. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (20) zur Verarbeitung der zweiten Methode weiterhin enthält:
eine Einrichtung zum Bestimmen entsprechend angeordneter Zei len in den einander zuweisenden Randbereichen zweier benach barter Bilder zur Bildung eines Zeilenpaares, das wenigstens einen Mindestgrad an Übereinstimmung an identifizierbaren Merkmalen aufweist, die derart ausgebildet ist, daß diese Bestimmung in der Nähe des äußeren Randes der Bilder beginnt und in das Bild reihenweise fortschreitet und daß das gefun dene Reihenpaar angezeigt wird, das einen Mindestgrad an Übereinstimmung aufweist,
eine Einrichtung zum Entfernen derjenigen Zeilen jedes die ser Bilder, die zwischen ihrem äußeren Rand und dem Zeilen paar liegen, das wenigstens einen Mindestgrad an Überein stimmung aufweist, und
eine Einrichtung zum Verbinden eines verbleibenden Bereiches jedes dieser Bilder an den entsprechend angeordneten Zeilen für die nachfolgende Anzeige des verbundenen Bildpaares als ein einziges Bild.

9. Verfahren zum Zusammensetzten einer Folge von elektronisch gespeicherten Bildern, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
Erfassen einer Mehrzahl von Bildern an ausgewählten unter schiedlichen Positionen, die sich längs der Ausdehnung eines Objektes (8) überlappen,
Speichern der erfaßten Bilder in elektronischer Form in ei ner Mehrzahl von Zeilen von Bildpunkten,
Bestimmen von entsprechend angeordneten Zeilen in den einan der zuweisenden Randbereichen jedes der gespeicherten über lappenden Bilder zur Ermittlung eines Zeilenpaares, das we nigstens einen vorgegebenen Mindestgrad an Übereinstimmung an darin enthaltenen identifizierbaren Merkmalen aufweist, und Anzeige eines der Zeilenpaare,
Entfernen derjenigen Zeilen von Bildpunkten in jedem der ge speicherten Bilder, die zwischen dem gekennzeichneten Zei lenpaar und dem äußeren Bildrand liegen, und
Verbinden eines verbleibenden Teiles jedes der Bilder an dem entsprechend angeordneten Zeilenpaar.

10. Anordnung zum Zusammensetzen einer Folge von elektronisch gespeicherten Bildern, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (12 bis 16) zum Erfassen einer Mehrzahl von Bildern an ausgewählten unterschiedlichen Positionen, die sich längs der Ausdehnung eines Objektes (8) überlappen,
eine elektronische Speichereinrichtung zum Speichern der er faßten Bilder in einer Mehrzahl von Bildpunktzeilen,
eine Einrichtung (20) zum Bestimmen von entsprechend ange ordneten Zeilen in den überlappenden Bereichen jedes der ge speicherten Bilder, die derart ausgebildet ist, daß die Be stimmung von entsprechend angeordneten Zeilen in benachbar ten Bildern erfolgt, die wenigstens einen vorgegebenen Min destgrad an Übereinstimmung an darin enthaltenen identifi zierbaren Merkmalen aufweisen, und ein entsprechend angeord netes gefundenes Zeilenpaar angezeigt wird,
eine Einrichtung zum Entfernen derjenigen Bildpunktzeilen in jedem der gespeicherten Bilder, die zwischen dem gekennzeich neten Zeilenpaar und dem äußeren Bildfeldrand liegen, und
eine Einrichtung zum Verbinden eines verbleibenden Teiles jedes der Bilder an dem gefundenen Zeilenpaar.