DE2815218C2 - - Google Patents
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computerised tomographs
- A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
- G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
- G06T11/008—Specific post-processing after tomographic reconstruction, e.g. voxelisation, metal artifact correction
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S378/00—X-ray or gamma ray systems or devices
- Y10S378/901—Computer tomography program or processor
Description
Die Erfindung betrifft die Computertomographie und insbesondere
eine Einrichtung zur Identifizierung der
Schwächungskoeffizienten (CT-Zahlen) an interessierenden
Zonen im Bild einer intensitätsgesteuerten, rastergetasteten
Kathodenstrahlröhre. Die Erfindung geht aus von
einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
wie sie in "Electromedica", 1975, Heft
2-3, auf den Seiten 48 bis 55, beschrieben ist. In der
Computertomographie sind CT-Zahlen proportional zu der
Röntgenstrahlenschwächung durch kleine Volumenelemente
im Körper, der mit einem Röntgenstrahl abgetastet wird.
Es werden Röntgenstrahlen-Übertragungscharakteristiken
entlang einer Vielzahl von Pfaden durch einen untersuchten
Körper hindurch gemessen. Die der
Intensität der Röntgenstrahlen in den verschiedenen Pfaden
entsprechenden Signale werden durch einen Computer verarbeitet,
der eine Matrix von CT-Zahlen entwickelt, die die Intensität
oder Helligkeit der Bildelemente bestimmen, die das gezeigte
Bild gestalten. Ein beispielhaftes Verfahren der Bildrekonstruktion
mit Computer Tomographie ist in der US-PS 37 78 614
beschrieben.
Es ist eine Vielfalt von Algorithmen zur Steuerung eines Computers
entwickelt worden, um die Daten der Röntgenstrahlenschwächung
von jedem Volumenelement in einer Schicht des durch
einen abgetasteten Röntgenstrahl untersuchten Körpers in eine
Matrix von CT-Zahlen umzuwandeln, die zur Steuerung einer Kathodenstrahl-
Bildröhre verwendbar sind. Die Röntgenstrahlschwächung
durch die Volumenelemente wird als eine CT-Zahl ausgedrückt,
die wie folgt definiert ist:
wobei u w der Röntgenstrahlen-Absorptionskoeffizient von Wasser
und u t der Röntgenstrahlen-Absorptionskoeffizient von Gewebe
ist.
Der Wert von K in dieser Gleichung hängt von der Zahl der Grauskalenabstufungen
ab, in die der volle Absorptionsbereich unterteilt
ist. Für ein System mit 1024 Grauskalenabstufungen
ist K = 500. Es sind Systeme mit 256, 1024 und 2048 Grauskalenabstufungen
oder CT-Zahlen verwendet worden, und es könnten
auch größere Bereiche verwendet werden.
Die berechneten CT-Zahlen werden in einem Speicher gespeichert,
und mit bekannten Anzeigesteuerungen können ihre analogen Spannungswerte
als z-Signale verwendet werden, um die Intensität
des Strahles in einer rastergetasteten Kathodenstrahlröhre zur
Erzeugung eines sichtbaren Bildes zu modulieren.
Die Detektoren, die zur Abtastung der großen Menge von Röntgenstrahlendaten
und zur Lieferung von Intensitätssignalen an
den Computer verwendet werden, sind äußerst empfindlich gegenüber
Röntgenstrahlen. Unter Verwendung der durch die Detektoren
gelieferten Daten erzeugt der Computer-Algorithmus einen
Bereich von CT-Zahlen mit einer größeren Röntgenstrahlen-
Schwächungsauflösung oder Grausskalenstufen als sie durch das
menschliche Auge in einer Anzeige einer Kathodenstrahlröhre
unterschieden werden können. Beispielsweise sind gegenwärtige
tomographische Bildrekonstruktionsgeräte in der Lage, Röntgenstrahlen-
Schwächungsmessungen in 1024 oder mehr separate Pegel
zu quantifizieren, wie es vorstehend angegeben wurde. Andererseits
sind Kathodenstrahlenröhren üblicherweise nicht in
der Lage, mehr als etwa 64 visuell unterschiedbare Schatten
oder Grauskalenpegel anzuzeigen. Deshalb ist es üblich gewesen,
aus einem großen Bereich von CT-Zahlen, beispielsweise
1024, einen begrenzten Bereich, der als ein Fenster bezeichnet
wird auszuwählen und Bildelemente mit CT-Werten innerhalb
des Fensters über der möglichen Grauskala der Kathodenstrahlröhre
anzuzeigen. In diesem Fall sind die CT-Werte oberhalb
der oberen Fenstergrenze weiß, und diejenigen unterhalb
der unteren Fenstergrenze sind schwarz.
Eine signifikante medizinische Information, wie beispielsweise
das Vorliegen oder das Fehlen von Tumoren in weichem Gewebe,
wird häufig durch minimale CT-Zahlunterschiede dargestellt.
Die mit den Computertomographen arbeitenden Personen sehen
die Möglichkeit der Korrelation der CT-Zahlen von Zonen
im dargestellten Bild mit der natur des betreffenden
Gewebes und mit dem Vorhandensein oder dem Fehlen von Pathologie
im Gewebe voraus. Beispielsweise könnte eine gutartige
Zyste in einen kleinen Bereich von CT-Zahlen fallen, und ein
bösartiger Tumor oder gesundes Gewebe kann in einen anderen
Bereich fallen. Wenn die Relation zwischen den CT-Zahlen und
dem Zustand des Gewebes durch weitere Erfahrung genau korreliert
werden kann, wird eine wesentliche diagnostische Hilfe
erzielt.
Einige gegenwärtig in Gebrauch befindliche computerisierte
Tomographiesysteme sorgen für eine Identifikation von CT-
Zahlen, die bestimmten Zonen in einem aufgezeigten Bild entsprechen.
Die Identifikation von CT-Zahlen in bekannten Einrichtungen
beinhaltet die Anzeige des Bildes innerhalb eines
gewählten Grauskalabereiches oder Fensters. Es wird ein Pegel
oder Wert gewählt, der der Mitte der Grauskala innerhalb
des Fensters entspricht. Es wird auch ein Fenster gewählt,
das beispielsweise eine obere Grenze der CT-Zahl von +100,
die weiß entspricht, und eine untere Grenze von -100 haben
könnte, die schwarz entspricht, und in diesem Fall würde die
Grauskala über einen Bereich von CT-Zahlen von 200 ausgedehnt,
und die Mitten- oder Pegeleinstellung würde in diesem Beispiel
0 sein.
Ein bekanntes Verfahren zum Bestimmen der CT-Zahl einer interessierenden
Zone in einem aufgezeigten Bild bestand darin, das
Fenster auf einen Bereich von zwei CT-Werten einzuengen, so
daß ein CT-Wert an der Pegeleinstellung und einer darunter
liegen würde. Somit wurde die Grauskala auf zwei Abstufungen,
schwarz und weiß, zusammengedrückt, und alle Bildpunkte in
dem aufgezeigten Bild auf dem Schirm der Anzeigeröhre erschienen
entweder weiß oder schwarz. Die Pegeleinstellung konnte
dann auf einen Zustand eingestellt werden, bei dem eine bestimmte
interessierende Zone innerhalb der Anzeige von schwarz
auf weiß umgewechselt werden konnte. Die Pegeleinstellung,
die diese Änderung herbeiführte, konnte dann als der CT-Wert
der interessierenden Zone interpretiert werden. Wenn die
CT-Zahl irgendeiner anderen Zone erfordert wurde, wurde der
Pegel oder die Mitte der Grauskala entsprechend eingestellt,
und das Fenster wurde auf diesen bestimmten Wert verkleinert
oder zusammengedrängt. Wiederum erschien irgendeine Zone in dem
aufgezeigten Bild mit einer höheren CT-Zahl als dasjenige,
das der Pegeleinstellung entsprach, weiß, und irgendeine
Zone unterhalb der Pegeleinstellung erschien schwarz,
so daß die dem Pegel entsprechenden CT-Zahlen
identifiziert werden konnten.
Ein Nachteil des oben beschriebenen Verfahrens bestand darin,
daß die Zonen, deren CT-Zahlen identifiziert werden sollten,
nicht im Zusammenhang mit dem aufgezeigten Bild betrachtet
werden konnten, denn wenn das Fenster auf den Bereich von
plus und minus einen Wert relativ zu dem eingestellten Wert
verkleinert wurde, waren alle Bildinformationen außerhalb
dieses Bereiches ausgelöscht. Das heißt, es waren nur inselähnliche
Zonen mit CT-Zahlen nahe der Pegeleinstellung auf
dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre sichtbar. Ein weiterer
Nachteil bestand darin, daß das Fenster zurückgesetzt und das
gezeigte Bild neu hergestellt werden mußte, bevor der Radiologe
das gesamte Bild weiter studieren konnte.
Auch der eingangs erwähnte Electromedica-Artikel beschreibt
eine Einrichtung mit den obigen Nachteilen, die eine wirklich
zufriedenstellende Identifizierung der Schwächungskoeffizienten
nicht ermöglicht. Das digitale Bild, in dem 256 verschiedene
Werte des Schwächungskoeffizienten pro Bildpunkt unterschieden
werden können, wird vom Computer in einer Zahlenmatrix
ausgegeben und gespeichert. Die einzelnen Matrixpunkte
werden zeilenweise über ein einstellbares Amplitudenfenster
in einen weiteren Speicher übertragen, aus dem die Matrixzeilen
mehrmals hintereinander ausgelesen, in analoge Signale
umgewandelt und der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden.
Auf diese Weise wird wiederum aus dem Gesamtumfang des in der
Matrix dargestellten Schwächungskoeffizientenbereichs ein
Teilbereich zur Wiedergabe auf dem Monitor ausgewählt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend
von den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
eine verbesserte Einrichtung zur Identifizierung von CT-
Zahlen, d. h. Schwächungskoeffizienten zu schaffen, die eine
zufriedenstellende Identifizierung unter Vermeidung von fortlaufenden
Fenstereinstelländerungen gestattet. Diese Aufgabe
wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die CT-Zahl sämtlicher
Zonen im dargestellten Bild durch das Aufblinken identifiziert
werden, während die übrigen Grauwerte in ihrem Informationsgehalt
voll erhalten bleiben, d. h., ohne das Bild zu
löschen oder die Fenstereinstellungen der Grauskala zu verändern.
Wird die Identifizierung der CT-Zahl von irgendeiner
gewählten Zone gewünscht, drückt der Operateur einfach auf
einen Identifikations-Befehlsknopf, der bewirkt, daß alle
Bildzonen mit CT-Zahlen eines engen vorab eingestellten
Zahlenbereichs blinken, indem sie abwechselnd mit zwei
unterschiedlichen Intensitätswerten dargestellt werden. Wenn
diese Zonen blinken, werden die anderen, das Bild aufbauenden
Zonen weiterhin in ihrer normalen Grauskala aufgezeigt.
Ferner werden diese identifizierten Zonen zwischen den
Blinkperioden selbst mit ihrem eigentlichen Grauwert dargestellt.
Die CT-Zahl kann auf einfache Weise dadurch ermittelt
werden, daß der eingestellte Bereich abgelesen wird.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung können so die häufig
sehr geringen Schwächungskoeffizientenunterschiede für
gesundes und erkranktes Gewebe erkannt werden. Die schaltungstechnischen
Maßnahmen zur Erzielung des erfindungsgemäßen
Blinkeffekts erfordern nur einen geringen Aufwand.
Der enge einzustellende Zahlenbereich beträgt vorzugsweise
1/16 des oberen bzw. unteren Grenzwerts des großen, insgesamt
dargestellten Bereichs.
Die Erfindung wird nun
an Hand der folgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Computertomographen
mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur
Identifizierung von CT-Zahlen,
Fig. 2 ist ein Beispiel von einem eine hohe Auflösung
aufweisenden analogen Ausgangssignal von einem
Computertomographen,
Fig. 3 ist ein Ausgangssignal von einem Prozessor
analoger Signale, das die Ausdehnung eines Teiles des
Signals gemäß Fig. 2 über die volle Grauskala einer
Anzeigeröhre darstellt.
In Fig. 1 sind die Komponenten eines Röntgenstrahlenabtasters
zur Lieferung von Röntgenstrahlen-Schwächungsdaten relativ zu
Elementen mit kleinem Volumen in einer Scheibe oder einer
Schicht eines zu untersuchenden Körpers in einem Kästchen 10
eingeschlossen. Der Abtaster weist eine Röntgenröhre 11 und
eine gekrümmte Anordnung von Röntgenstrahlen-Detektorelementen
12 auf. Zwischen der Röntgenröhre 11 und der Detektoranordnung
12 ist ein Körper 13 angeordnet, der der Röntgenuntersuchung
ausgesetzt ist. Die Röntgenröhre 11 und der Detektor 12
befinden sich auf einer gemeinsamen Befestigung, um zusammen
um den Körper 13 zu kreisen. Ein dünner, fächerförmiger Röntgenstrahl
mit Grenzstrahlen 14 und 15 wird durch den Körper
geschickt, und durch die Detektoren 12 werden die Intensitäten
der Strahlen in dem Strahlenbündel abgetastet, nachdem
das Strahlenbündel durch den Körper hindurchgetreten ist.
In diesem Beispiel eines Abtasters kreisen die Röntgenröhre
und der Detektor, und der Röntgenstrahl wird impulsartig ein-
und ausgeschaltet für jede kleine aufeinanderfolgende Winkelstufe
in einem vollständigen Umlauf. Während jedes Röntgenimpulses
werden die Röntgenintensitäten der Summe von Elementen
entlang jeder Röntgenstrahlbahn in einer Körperschicht
erhalten durch die zahlreichen Detektoren in der Anordnung 12,
die entsprechende analoge Signale erzeugt.
Ein Datenaufnahmesystem, das durch ein mit 16 bezeichnetes
Kästchen symbolisiert ist, wandelt die analogen Signale in
digitale Signale um, die dann zu dem Speicher eines Computerprozessors
übertragen werden, der durch das Kästchen 17 dargestellt
ist. Wenn eine volle Abtastung des Körpers 13 abgeschlossen
ist, errechnet der Computerprozessor binäre CT-
Zahlen, die in diesem Beispiel zehn Bits umfassen, wobei eine
binäre Zahl für jedes Volumenelement besteht. Die berechneten
CT-Zahlen sind repräsentativ für die Röntgenstrahlenschwächung
durch die Volumenelemente in dem Körper. Jedes Volumenelement
kann beispielsweise 1,3 mm im Quadrat und 1 cm dick sein. Die
zehn Ziffern umfassenden Binärzahlen sind jedoch repräsentativ
für mehr Grauskalenabstufungen als sie durch das menschliche
Auge beobachtet oder aufgenommen werden können, so daß alle
Zahlen in einer Reihe, die die Röntgenintensitäten einer Körperschicht
darstellen, auf sechs Ziffern umfassende Zahlen
normiert werden, die, nachdem sie in analoge Signale umgewandelt
worden sind, als z-Zignale verwendet werden, um die Intensität
einer rastergetasteten Kathodenstrahlröhre zu
modulieren. Die CT-Zahlen werden in digitaler Form für jede
Scheibe des abgetasteten Körpers gewöhnlich in Platten- oder
Magnetbandspeichern gespeichert, die zu dem Computerprozessor
17 gehören, so daß die Zahlen für jede Scheibe verfügbar sind
zur Steuerung der Bildanzeige zu irgendeinem Zeitpunkt, zu dem
eine Betrachtung eines Bildes gewünscht ist. Die CT-Zahlen
für eine Scheibe oder eine abgetastete Schicht des Körpers
werden von dem Computerprozessor 17 in eine adressierbare
Bildwiederholungsspeichermatrix 18 ausgelesen, die die Zahlen
speichert. In einem typischen kommerziellen Ausführungsbeispiel
beträgt die Matrix 320×320, und in diesem Fall bestehen
mehr als 100 000 digitale CT-Zahlen für jede Scheibe.
Jede Zahl in der Bildwiederholungsspeichermatrix 18 hat eine
x- und eine y-Koordinate, und der Wert von jeder Zahl ist
der z-Wert, der, wenn er in einen entsprechenden analogen
Spannungswert umgewandelt ist, dazu verwendet wird, die Intensität
des Elektronenstrahls in einer rastergetasteten Kathodenstrahlröhre
40 zu modulieren, durch die das rekonstruierte
Röntgenbild aufgezeigt wird, wie es im folgenden näher erläutert
wird. Beispielsweise wird in einem kommerziellen Ausführungsbeispiel
die Anzeige der Röhre 40 durch in dem Bildwiederholungsspeicher
18 gespeicherte Daten sechzigmal pro Sekunde
erneuert. Die die CT-Zahlen beinhaltenden Daten werden
durch die Bildwiederholungsspeichermatrix seriell oder Reihe
nach Reihe synchron mit der Abtastrate der Kathodenstrahlröhre
18 ausgelesen. In einem kommerziellen Ausführungsbeispiel
wurde ein Bildwiederholungsspeicher Ramtek Modell 9133
verwendet, das auf einem älteren Ramtekmodell RM 9100 basiert.
Die durch den Computer erzeugten und in der Matrix gespeicherten
CT-Zahlen liegen in diesem Beispiel in dem Bereich
zwischen -511 und +511 und jede wird durch ein zehn Bit umfassendes
Wort dargestellt. Dieser Bereich von CT-Zahlen ist
jedoch größer als die Auflösung des übrigen Systems mit der
Kathodenstrahlröhre. Die Gesamtzahl von 1024 Grauskalenabstufungen
könnte nicht durch das menschliche Auge wahrgenommen
werden. Demzufolge werden die zehn Bits umfassenden
Wörter in sechs Bit umfassende Wörter umgewandelt unter Verwendung
einer Tabelle 19, die in diesem Ausführungsbeispiel
ermöglicht, daß 64 Grauschatten im Bereich von Schwarz
bis Weiß dargestellt werden.
Auch wenn die Anzahl der anzuzeigenden Grauschatten etwas
willkürlich ist, wird angenommen, daß 64 Grauschatten in
diesem Fall der Zahl entspricht, die von dem menschlichen Auge wahrgenommen
werden kann. Somit weist in diesem Ausführungsbeispiel
die Nachschlagetabelle 19 sechs Gedächtnisebenen auf
und arbeitet mit anderen, noch zu beschreibenden Komponenten
zusammen, um die zehn Bit umfassenden Zahlen von dem Bildwiederholungsspeicher
18 in sechs Bit umfassende Zahlen umzuwandeln,
die 64 Grauschatten darstellen können.
An dieser Stelle sollten einige Identitäten berücksichtigt
werden, die zum Verständnis des Betriebes der Einrichtung wichtig
sind. Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, wird der Bereich
der CT-Werte normiert bzw. normalisiert, um die Anzeige von
bis zu 64 Schwarz und Weiß umfassenden Grauschatten
in Abhängigkeit von der Steuerung der Fenstereinstellung zu gestatten. Der
Wert (0-63) der Intensität (I) von einer bestimmten Bildelementstelle
kann bestimmt werden, wenn der Datenwert (D), der
Pegelwert (L) und der Fensterwert (2 H) bekannt sind. Die Identitäten
sind wie folgt:
wenn L + H D, I = 63
wenn D < L - H, I = 0
wenn L - H D < L + H, I = × (D-(L-H))
wenn D < L - H, I = 0
wenn L - H D < L + H, I = × (D-(L-H))
Die I-Werte sind als Äquivalente zu betrachten zu den relativen
Spannungswerten des Videoausgangssignals zur Kathodenstrahlröhre
40 zwischen dem Dunkelaustastungswert oder Schwarz (I = 0)
und (I = 63).
L ist die Pegeleinstellung für die Mitte des Fensters und
wird ausgedrückt durch eine CT-Zahl, die in der Mitte des
angezeigten Bereiches liegt. Die volle Fensterhöhe ist 2 H,
und das Fenster ist symmetrisch zu dem Pegel L.
Die in Fig. 1 gezeigte Zentralverarbeitungseinheit oder der Signalprozessor 20 enthält
den obengenannten Identitäts-Algorithmus in ihrem Befehlsvorrat.
Die Zentralverarbeitungseinheit 20 und die
Nachschlagetabelle 19 sind Instrumente zur Entwicklung digitaler
Zahlen, die analogen Signalen entsprechen zur Steuerung
der z-Achse der Kathodenstrahlröhreanzeige 40. Die
Zentralverarbeitungseinheit 20 und die Nachschlagetabelle 19
arbeiten zusammen, um einen Identitätswert zuzuordnen, der
eine Anzeige eines Teiles der 1024 CT-Zahlen mit einer Skala
von nicht mehr als 64 Grauschatten gestattet. Die Intensitätswerte
hängen von den berechneten CT-zahlen, den Fensterwerten
und dem Pegelwert ab.
Alle 100 Nanosekunden werden 10 Bit umfassende Wörter von dem
Bildwiederholungsspeicher 18 an die Nachschlagetabelle 19
geliefert. Alle Wörter sind tatsächlich die Adressen zu den
Speicherebenen in der Nachschlagetabelle 19. In diesem Beispiel
ist die Zentralverarbeitungseinheit so programmiert,
daß sie weiß, daß es nur 1024 mögliche CT-Zahlen in dem
Bildwiederholungsspeicher für jede Körperschicht gibt. Bevor
also die zehn Bit umfassende Zahl in die Nachschlagetabelle
eingegeben wird, berücksichtigt die Zentralverarbeitungseinheit
den Wert, auf den der Pegel oder die Mitte des Fensters eingestellt
ist, und den Wert, auf den das Fenster eingestellt
ist, und betrachtet sämtliche CT-Zahlen und bestimmt, welchen
z- oder Intensitäts-Wert die Zahl haben sollte, um richtig in
eine angezeigte Grauskala von 64 möglichen Schatten zu passen.
Die Zentralverarbeitungseinheit tut dies unter Verwendung
der oben angegebenen Identitäten. Die Zentralverarbeitungseinheit
schaltet die Intensitätswerte aus in der Form digitaler
Zahlen für jede mögliche CT-Zahl. Die Geschwindigkeit,
mit der der Bildwiederholungsspeicher 18 gelesen wird, ist
mit der Strahlabtastungsgeschwindigkeit der Kathodenstrahlröhre
in der Röntgenanzeige 40 synchronisiert. Dies ist durch
einen Synchronisierungsgenerator 21 mit Synchronisierungssignal-
Ausgangsleitungen 22 und 23 dargestellt, die zu dem
Bildwiederholungsspeicher 18 bzw. der Kathodenstrahlröhre 40 führen.
Die Intensitätswerte oder z-Signalwete in digitaler Form
werden einem Digitalanalogwandler 24 zugeführt, der analoge
Ausgangssignale liefert, die die z-Achse der Kathodenstrahlröhre 40
synchron mit der Speicherauslesung steuern. Die Ausgangsgröße
des Digitalanalogwandlers 24 ist tatsächlich ein
zusammengesetztes Videosignal, das alle Synchronisierungsinformationen
enthält.
Die Bedeutung der Fenster- und Pegeleinstellungen wird nun
kurz in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 erörtert. Fig. 2
stellt schematisch einen Teil eines analogen Signals dar,
das dem digitalen Ausgangssignal aus dem Computerprozessor
17 entspricht, das den CT-Zahlen entspricht. Das Signal umfaßt
einen weiten dynamischen Bereich, wobei ein Volumenelement
mit einer hohen Dichte in dem Körper, beispielsweise
ein Knochen, eine CT-Zahl von etwa +500 und Wasser, Fett
und Luft CT-Zahlen von 0, -50 bzw. -500 haben würden. Weiche
Gewebe haben gewöhnlich Werte größer als 0, in dem Bereich
von +10 bis +40. Schmale Bereichabweichungen, wie beispielsweise
der mit 25 bezeichnete innerhalb des einen großen dynamischen
Bereich aufweisenden Signalverlaufes enthalten häufig
signifikante medizinische Informationen in bezug auf Gewebedichteänderungen,
die beispielsweise das Vorhandensein eines
Tumors oder einer anderen krankhaften Veränderung anzeigen
könnten. Die begrenzte Grauskala der Kathodenstrahlröhre und
das Unvermögen des Auges, eine kleine Abweichung wahrzunehmen,
würden jedoch das Vorhandensein der Abweichung 25 in dem
gesamten dynamischen Bereich des Signals gemäß Fig. 2 verborgen
lassen, wenn es auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigt
würde. Somit wird ein kleiner Teil oder ein Fenster
aus dem großen dynamischen Bereich eines Signals extrahiert
und ausgedehnt, damit es die Grauskala ausfüllt. Der Mittelpegel
und die Breite des Fensters in Relation zu dem Gesamtsignal
kann eingestellt werden, um eine optimale Anzeige zu
liefern. Wenn beispielsweise ein Signal in dem dynamischen Bereich
des Fensters 26 ausgedehnt wird, um die Grauskala auszufüllen,
entsteht das Signal gemäß Fig. 3. Alle Signalpegel
unterhalb des Grundpegels 27 des Fensters 26 werden bei der
minimalen Intensität der Kathodenstrahlröhre angezeigt, wogegen
alle Signalpegel oberhalb des maximalen Schwellwertes
28 bei maximaler Intensität der Kathodenstrahlröhre angezeigt
werden. Innerhalb des Fensters 26 fallende Signalpegel werden
gedehnt, um den dynamischen Bereich der Kathodenstrahlröhre
zu füllen. Die kleine Signalabweichung 25 gemäß Fig. 1 wird
dadurch auf die große dynamische Abweichung 25 a gemäß Fig. 3
gedehnt und wird dadurch auf der Anzeige einer Kathodenstrahlröhre
sichtbar gemacht.
Die Lage des Fensters 26 kann eingestellt werden, um Anzeigen
mit hohem Auflösungsvermögen in verschiedenen Abschnitten des
Gesamtsignals zu schaffen. Es gibt entsprechende CT-Zahlen
für die unteren und oberen Grenzen 27 und 28 des Fensters.
Der Pegel oder ein Punkt auf dem halben Wege zwischen den
Grenzen 27 bzw. 28 entspricht ebenfalls einer CT-Zahl.
Gemäß Fig. 1 werden die sechs Ziffern umfassenden Binärzahlen,
die auf entsprechende Weise eine der 64 Grauschattierungen
darstellen, von der Nachschlagetabelle 19 an einen
Digital/Analog-Wandler 24 geliefert, in dem die digitalen Signale in
aufeinanderfolgende analoge Videosignale bei der Ablenk- bzw.
Wobbelgeschwindigkeit der Röntgenanzeige 40 umgewandelt
werden. Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, liefert
ein Synchronisierungssignalgenerator 21 Synchronisierungssignale
zum Auslesen des Bildwiederholungsspeichers 18
über das Kabel 22, und die Synchronisierungssignale werden
Teil des zusammengesetzten Videosignals, das den Digital/
Analog-Wandler verläßt und zum Aussteuern der Anzeige 40
verwendet wird.
Die insoweit beschriebenen Geräte und Funktionen sind im
Grunde diejenigen, die normalerweise bei der Erzeugung
eines rekonstruierten Bildes von einer Körperschicht auf
dem Schirm einer rastergetasteten Kathodenstrahlröhre zur
Sichtbarmachung und zum Studium auftreten. Als nächstes werden
die Geräte und Funktionen erörtert, die bei dem neuen
Weg zum Identifizieren der CT-Zahlen von irgendeiner Zone
oder Zonen in dem angezeigten Bild auftreten, indem irgendeine
gewählte Zone zum weißen Blinken und dann zurück zu
ihrem normalen Grauschatten im Zusammenhang mit dem Gesamtbild
gebracht wird.
Eine Identität, die für die CT-Zahl-Identifikation im Blinkbetrieb
wichtig ist, lautet wie folgt:
wobei L der Fensterpegel ist, der per Definition die CT-Zahl
an der Mitte der Grauskala in dem gewählten Fenster ist, und
worin H die Spanne des Fensters in Größen der CT-Zahlen von
der Plus-Grenze nach unten bis L und von der Minus-Grenze
nach oben bis L ist. Mit anderen Worten ist die gesamte Fensterhöhe
oder Spanne gleich 2 H. Diese Identität drückt den
CT-Wertebereich aus, dessen entsprechende Bildelemente oder
Zonen während der CT-Zahl-Identifikationsbetriebsart blinken.
Der Divisor oder Nenner 16 in der Identität ist etwas willkürlich
und könnte kleinere oder größere Werte haben, aber
dieser Divisor hat sich durch Erfahrung mit einem kommerziellen
Ausführungsbeispiel als geeignet erwiesen. Die Anzahl
der zu blinkenden CT-Werte ist vorzugsweise ein Minimum von
Eins mit einer Abrundung von größeren ungeraden Zahlen.
Lediglich als Beispiel und nicht als Einschränkung ist eine
typische Relation zwischen der Fensterhöhe und dem zu blinkenden
CT-Wertebereich in der folgenden Tabelle gegeben:
Die in Fig. 1 gezeigte Zentralverarbeitungseinheit 20 hat
die zuletzt erwähnte und die früher erwähnte Identität in
ihrem Befehlsvorrat oder Programm. Es sind manuell steuerbare
Mittel 30 vorgesehen, um die Zentralverarbeitungseinheit
mit einem Signal zu versorgen, das irgendeinem bestimmten
Fensterpegel entspricht. Weiterhin sind manuell steuerbare
Mittel 31 vorgesehen zur Einspeisung eines Signals,
das der Fensterhöhe, +H und -H, relativ zu der CT-Zahl des
Pegels entspricht. Ein Kästchen 32 stellt die Versorgung
der Zentralverarbeitungseinheit mit einem CT-Zahl-Identifikationsbefehlssignal
dar. Was den Operateur anbetrifft, so
braucht er lediglich einen sich selbst zurückstellenden
Druckknopf oder Wippschalter zu drücken, um eine Identifikation
durch Einleiten des Blinkens zu ermöglichen. Weiterhin
ist ein Oszillator 33 vorgesehen, um CT-Werte bei dem
eingestellten Pegel zu blinken, so daß beispielsweise die
blinkenden Bildelemente für etwa 250 Millisekunden weiß werden
und für etwa 500 Millisekunden zum normalen Grauwert
zurückkehren, und zwar auf einer kontinuierlichen Basis, solange
der Identifizierungsbefehl besteht.
Es sei nun angenommen, daß das Fenster eingestellt worden ist
und daß der Identifikationsbefehl ausgelöst ist, so daß
durch den Oszillator 33 ein Ausgangssignal erzeugt und
dieser zur Zentralverarbeitungseinheit geliefert wird.
Wenn sich die Ausgangsgröße des Oszillators in dem einen
Zustand befindet, beispielsweise L bzw. low, erfüllt die
Zentralverarbeitungseinheit die hier zuerst angegebenen
Identitäten, und die Bildelemente werden in ihren normalen
Grauskalen auf der Kathodenstrahlröhre angezeigt. Wenn der
Oszillator seinen Zustand wechselt und ein H-Signal liefert,
paßt die Zentralverarbeitungseinheit 20, die Adressen-
und Datenleitungen umfaßt, die 10-Bit-Wörter aus dem
Bildwiederholungsspeicher an den 10-Bit-Pegel an, und die
Zentralverarbeitungseinheit ändert alle Wörter auf dem entsprechenden
Pegel in der Nachschlagetabelle 19 auf einen
Wert, der einem weißen Videosignal entspricht. Der Pegel
kann während des Blinkbetriebes eingestellt werden, und in
diesem Fall blinken die Bildelemente mit CT-Zahlen, die
mit der gegenwärtigen Pegeleinstellung übereinstimmen. Wenn die
gewünschten Zonen blinken, ist es in jedem Fall nur notwendig,
die Pegeleinstellung zu dieser Zeit abzulesen, um die den
Zonen entsprechende CT-Zahl zu bestimmen. Wie aus der vorstehenden
Aufstellung hervorgeht, blinkt tatsächlich ein
kleiner Bereich von CT-Werten für jede Pegeleinstellung,
weil die Zentralverarbeitungseinheit die letzte Identität
ausführt, wie sie vorstehend angegeben wurde.
In einigen Systemen werden Bildschirme von Kathodenstrahlröhren
verwendet, die das Bild in einer Farbskala anstelle
einer Grauskala anzeigen, wenn ein Schwarz-Weiß-Monitor
oder eine entsprechende Anzeige verwendet ist. Bei Anwendung
des Blinkbetriebes der CT-Zahl-Identifikation auf derartige
Systeme kann irgendeine Farbe in dem Spektrum, die der Pegeleinstellung
entspricht, zum Umschalten oder Blinken in einer
bestimmten Farbe gebracht werden, um eine Identifikation zu
ermöglichen.
Claims (2)
1. Einrichtung zur Identifizierung von Schwächungskoeffizienten
(CT-Zahlen) bei der computertomographischen Untersuchung
eines Körpers, mit
Mitteln zur Erzeugung erster elektrischer Signale mit einem großen Bereich von Werten, die den CT-Zahlen und damit der Röntgenstrahlenschwächung von Volumenelementen in einer Schicht des zu untersuchenden Körpers entsprechen,
einer intensitätsgesteuerten, rastergetasteten Kathodenstrahlröhre,
einem Speicher zum Speichern der ersten Signale in einer Matrix und
einem Signalprozessor zum Verarbeiten der ersten Signale,
dadurch gekennzeichnet, daß
an einer Signaleinstelleinrichtung ein enger CT-Zahlenbereich, der klein ist gegenüber dem von der Kathodenstrahlröhre erfaßten Bereich, einstellbar ist,
die in den engen Bereich fallenden CT-Zahlen in dem Signalprozessor (20) in einen davon unterscheidbaren, zweiten Intensitätswert umverwandelbar sind und
die Bildelemente, die den CT-Zahlen in dem engen Bereich entsprechen, abwechselnd mit dem ersten und zweiten Intensitätswert im Blinkbetrieb auf der Kathodenstrahlröhre darstellbar sind.
Mitteln zur Erzeugung erster elektrischer Signale mit einem großen Bereich von Werten, die den CT-Zahlen und damit der Röntgenstrahlenschwächung von Volumenelementen in einer Schicht des zu untersuchenden Körpers entsprechen,
einer intensitätsgesteuerten, rastergetasteten Kathodenstrahlröhre,
einem Speicher zum Speichern der ersten Signale in einer Matrix und
einem Signalprozessor zum Verarbeiten der ersten Signale,
dadurch gekennzeichnet, daß
an einer Signaleinstelleinrichtung ein enger CT-Zahlenbereich, der klein ist gegenüber dem von der Kathodenstrahlröhre erfaßten Bereich, einstellbar ist,
die in den engen Bereich fallenden CT-Zahlen in dem Signalprozessor (20) in einen davon unterscheidbaren, zweiten Intensitätswert umverwandelbar sind und
die Bildelemente, die den CT-Zahlen in dem engen Bereich entsprechen, abwechselnd mit dem ersten und zweiten Intensitätswert im Blinkbetrieb auf der Kathodenstrahlröhre darstellbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der große Bereich von
CT-Zahlen L±H beträgt und L der Mittenwert der CT-Zahlen
und +H und -H den oberen bzw. unteren Grenzwert des großen
Bereiches sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der enge Bereich ± beträgt.
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DE (1) | DE2815218A1 (de) |
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