DE2644190A1 - Anlage fuer den aufbau und die reproduktion von ultraschallbildern auf wiedergabemedien - Google Patents

Anlage fuer den aufbau und die reproduktion von ultraschallbildern auf wiedergabemedien

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT v3 Unser Zeichen . Berlin und München VPA 76 P 5096 BRD
Anlage für den Aufbau und die Reproduktion von Ultraschallbildern auf Wiedergabemedien
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage für den Aufbau und die Reproduktion von Ultraschallbildern auf Wiedergabemedien mit mindestens einem Wiedergabegerät, das an einem Bildsignalverarbeitungsgerät angeschlossen ist, welchem das von einem Ultraschallwandler durch Abtastung eines Aufnahmeobjektes erzeugte Bildsignal zum Bildaufbau zugeführt wird und welches manuell betätigbare Einstellmittel für die freien Parameter des ausgehenden Bildsignals, wie beispielsweise Anfangsverstärklang, Tiefenausgleich und Dynamikkompression, besitzt.
Bei der Sonographie ist es häufig erwünscht;, das auf dem Ultraschallbildgerät aufgebaute primäre Ultraschallbild weiteren Wiedergabegeräten, z.B. Fernsehmonitoren, zur Betrachtung und/oder als Magnetband, Film oder Papierbild der Dokumentation zuzuführen. Dazu ist es prinzipiell möglich, über einen Norm-Wandler das Ultraschallbild vom Ultraschall-Bildgerät auf einen Fernsehmonitor zu übertragen, einem Videorekorder zuzuführen und durch Bildaufnahmegeräte einen Film bzw. Einzelpapierbilder herzustellen. Es hat sich allerdings gezeigt, daß derartige sekundäre Bilder die Qualität des primären Ultraschallbildes nicht erreichen. Bei den bekannten Systemen zur Ultraschall-Bilderzeugung wird von der Bedienungsperson das Bild; auf dem Ultraschall-Bildgerät derart eingestellt, daß der Bildinhalt diagnostisch optimal verwertbar ist. Dazu können die freien Parameter des
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Gerätes zur Bildsignalverarbeitung, wie beispielsweise Anfangsverstärkung, Tiefenausgleich und Dynamikkompression, systematisch variiert werden. Da aber der Bildaufbau insbesondere zur Beantwortung der medizinischen Fragestellung auch von durch die Bedienungsperson nur subjektiv erfaßbaren Einflußfaktoren abhängt, wobei z.B. die Umgebungsleuchtdichte des Raumes eingeht, ist das Ultraschallbild nicht in der üblichen Art durch eine Übertragungskette, wie beispielsweise in der Fernsehtechnik, eindeutig reproduzierbar. Bei Fernsehübertragungsketten wird von der Fernsehkamera (Vidikon) unmittelbar ein Standardsignal, beispielsweise ein Testbild, in die Bildsignalleitung eingespeist. Dies ist allerdings bei der sonographischen Bilddarstellung nicht möglich, da auf dem Wiedergabegerät, z.B. einem Oszillograph, das an das Bildsignalverarbeitungsgerät angeschlossen ist, das Ultraschallbild zunächst unabhängig von der Bildübertragung aufgebaut werden muß. Es wurde deswegen auch versucht, eine Konditionierung der sonographischen Übertragungsstrecke mit Hilfe des zu übertragenden, diagnostisch zu deutenden Ultraschallbildes selbst zu erreichen. Derartige Versuche führten allerdings zu rein zufälligen Ergebnissen und waren daher im Ergebnis unbefriedigend.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anlage für den Aufbau und die Reproduktion von Ultraschallbildern auf Wiedergabemedien zu schaffen, beider das diagnostisch zu deutende Bild definiert, kontrollierbar und reproduzierbar auf die Wiedergabemedien übertragen wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Bildsignalverarbeitungsgerät und dem Wiedergabegerät ein Signalmischer zur Einspeisung eines Grauwert-Standardsignals aus einem Standard-Signalgenerator in den Bildsignal-Übertragungsweg vorhanden ist. Als Standardsignal wird dabei vorzugsweise ein Grautreppensignal mit definierter Schwarz-Weiß-Abstufung verwendet. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der Anlage wird zur Verhinderung von Verlust diagnostisch relevanter Bildinhalte in einem ersten Verfahrensschritt durch
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Einblenden des Grauwert-Standardsignals das Wiedergabegerät auf optimale Wiedergabeeigenschaften von Kontrast und Gradation mit einem Satz von Reglern, vorzugsweise für Helligkeit und Kontrast, abgeglichen und in einem zweiten Verfahrensschritt mit den Einstellmitteln des Bildsignalverarbeitungsgerätes, vorzugsweise für Anfangsverstärkung, Tiefenausgleich und Dynamikkompression, das diagnostisch zu deutende Bild auf dem Wiedergabegerät aufgebaut. Durch den Abgleich der weiteren Wiedergabegeräte und Bildaufnahmegeräte nach Kontrast und Gradation mit Hilfe des Grauwert-Standardsignals wird dann gleichzeitig eine optimale Reproduktion des diagnostisch zu deutenden Bildes erreicht.
Der Erfindung ging eine eingehende Problemanalyse voraus, die die Gründe für die unbefriedigende Bildübertragungseigenschaften bei'der Sonographie bei Verwendung von bekannten Übertragungsketten zu erforschen suchte: Rein technisch läßt sich das mit dem Bildsignalverarbeitungsgerät auf einem Monitor erzeugte Ultraschallbild allein durch seine Bildpunkte und deren Lichtstärke beschreiben. Da aber das menschliche Auge Lichtstärke und Kontrast nach der Umgebungsleuchtdichte des Raumes und der Bildgröße bewertet, können schon bei der identischen Übertragung eines fotometrischen Bildinhaltes von einem ersten Wiedergabemedium auf ein nachfolgendes Wiedergabemedium Verfälschungen auftreten. Bei einer Übertragungskette durchläuft die Lichtstärkeinformation des Einzelpunktes zudem fotoelektrische oder fotochemische Umwandlungsprozesse. Derartige Prozesse sind im allgemeinen nicht linear. Insbesondere durch Überlagerungen mehrerer Umwandlungen entstehen dadurch Gradationsverfälschungen, die nicht mehr beherrschbar sind.
Diese genannten Fehlerquellen führen zu einem Verlust von Bildinhalten, die auch medizinische Informationen tragen. Gemäß der Erfindung wird nun ein Informationsverlust weitgehend verhindert. Eine Übertragungskette, die mit der erfindungsgemäßen Anlage und dem er- -findungsgemäßen Verfahren betrieben wird, liefert optimale Ultraschallbilder und Bild-Reproduktionen, da die Übertragungseigenschaften eindeutig definiert sind. Verwendet man als Standardsignal eine Grautreppe mit definierter Schwarz-Weiß-Abstufung, wird durch
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optimale Reproduktion des Grautreppensignals vor dem eigentlichen Aufbau des Ultraschallbildes auch eine optimale Reproduktion des gesamten Bildinhaltes bewirkt. Dies ist in einfacher Weise beherrschbar.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen.
Die Figur zeigt als Blockdiagramm ein prinzipielles Systemkonzept einer Übertragungskette für Ultraschallbilder mit der erfindungsgemäßen Anlage. In der Figurist mit I der Primärbereich am Ultraschallgerät für die Bedienungsperson und mit II der Sekundärbereich für die weiteren Betrachter bzw. für die Bildaufnahme bezeichnet. Diese beiden Bereiche sind über Signalleitungen oder drahtlos miteinander verbunden.
In der Figur "ist mit 1 das Gerät zur Bildsignalverarbeitung bezeichnet. Mit diesem werden die vom Ultraschall-Wand!er abgegebenen Bildsignale zu einem Bild aufgebaut, wobei die freien Parameter Anfangsverstärkung, Tiefenausgleich und Dynamikkompression von der Bedienungsperson an den Reglern 2, 3 und 4 einstellbar sind. Durch den Schalter 1a ist das Gerät 1 ein- bzw. ausschaltbar. Mit 5 ist die Ausgangsleitung des Gerätes für die Bildsignalverarbeitung 1 bezeichnet, die die gesamte Bildinformation trägt. Aus dem Standard-Signalgenerator 6 wird über die Leitung 7 ein Grauwertstandard in Form einer Grautreppe eingespeist. Der Standard-Signalgenerator ist über den Schalter 6a ein- bzw. ausschaltbar. Die Leitungen 5 und 7 führen in den Signalmischer 8, in dem Bild- und Grauwertsignal mit definierter Kopplung vermischt werden. Über die Leitung 9 wird die gemeinsame Signalinformation aus dem Primärbereich I an den Sekundärbereich II geleitet. Über die Rückleitung 10 wird die Bildinformation auf den Monitor 11 gegeben. Der Monitor 11 dient dadurch sowohl als Kontrollgerät für die Bedienungsperson als auch als primäres Wiedergabegerät für den Betrachter. Auf dem Monitor 11 sind als freie Parameter Kontrast und Helligkeit durch die Regler 12 und 13 einstellbar.
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Der Sekundärbereich II "besteht aus den verschiedenen Wiedergabemedien: Im Ausführungsbeispiel soll das Ultraschallbild fakultativ auf einem weiteren Fernsehmonitor dargestellt, auf einem Videorekorder gespeichert oder als Film bzw. Einzelbild welterverarbeitet werden. Dazu wird die im Sekundärbereich II empfangene gesamte Signalinformation über die Leitung 15 einer Verarbeitungslinie zugeführt, die aus einem Gerät für den Gradationsausgleich 16 (Schirm/Fernsehkamera) und einem Fernseh-Normwandler besteht, der das Ultraschallbild mittels einer Fernsehkamera (Vidikon) von der Aufzeichnungsnorm des primären Monitors 11 auf fernsehgerechte Norm umwandelt. Die vom Normwandler 17 abgegebene Bildsignalinformation liegt dann auf der Leitung 18 in CCIR-Norm vor und wird auf den Fernsehmonitor 19 gegeben, bei dem als freie Parameter Helligkeit und Kontrast durch die Regler 20 und 21 veränderbar und durch das Grautreppensignal 22 kontrollierbar sind. Über die Leitung 23 ist parallel ein Gerät zum Gradationsausgleich 24 (Schirm/Film) für einen nachfolgenden CINE-Wandler 23 geschaltet. Im CINE-Wandler 25 wird ein konventioneller Schmalfilm 26 erzeugt, auf dessen Einzelbildern jeweils die Grautreppe 27 sichtbar ist. Dem Fernsehmonitor 19 parallelgeschaltet ist weiterhin der Videorekorder 28, durch den das Fernsehbild auf Band abgespeichert bzw. vom Band auf den Fernsehmonitor 19 abgespielt wird.
Für eine rein elektronische Bildverarbeitung (für Einzelbilder) wird analog dazu das sekundäre Eingangssignal über die der Leitung 15 parallelgeschaltete Leitung 29 auf einen Signalspeicher und Wandler.30 gegeben. Dieser erzeugt elektronisch Einzelbilder in CCIR-Norm, die auf dem nachgeschalteten Fernsehmonitor 31 dargestellt werden. Auf dem Fernsehmonitor 31 sind als freie Parameter Kontrast und Helligkeit durch die Regler 32 und 33 einstellbar und anhand der Grautreppe 34 kontrollierbar. Parallel dazu ist das Gerät zum Gradationsausgleich (Schirm/Film) 35 für das nachfolgende Einzelbild-Aufnähmegerät 36 geschaltet, das das Papierbild 37 herstellt, auf dem die Grautreppe 38 sichtbar ist.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der oben beschriebenen Anlage wird vor dem Aufbau des eigentlichen
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Ultraschallbildes (bei geöffnetem Schalter 1a) das Grautreppensignal vom Standardsignal-Generator 6 auf den Monitor 11 im Primärbereich I und auf die Fernsehmonitore 19 und 31 im Sekundärbereich II gegeben. Die einzelnen Grautreppensignale sind nun miteinander unmittelbar objektiv vergleichbar. Durch Abgleich der Regler 12 und 13, 20 und 21, 32 und 33 der Monitore 11, 19 und 31 auf optimale Helligkeit und Kontrast mittels des Grautreppen-Standards wird eine objektiv definierbare Kopplung der einzelnen Monitore erreicht. Die Bedienungsperson kann dann (nach Schließen des Schalters 1a) durch Einstellen der Regler 2 bis 4 zur Bildsignalverarbeitung am Gerät 1 das Ultraschallbild aufbauen. Weitere Justierungen an den Monitoren 11, 19 und 31 sind danach im allgemeinen nicht mehr nötig. Der Standard-Signalgenerator 6 kann während des weiteren Betriebs durch den Schalter 6a ausgeschaltet und nur sequentiell zur Kontrolle eingeschaltet werden. Langzeitschwankungen durch Änderung in den äußeren Betriebsbedingungen oder durch Driften der einzelnen Geräte können dann anhand der Grautreppen 14, 22 und 34 auf den Monitoren verfolgt und gegebenenfalls korrigiert werden.
Bei den Bildaufnahmegeräten 25 und 36 für Film und Papier sind die freien Parameter Helligkeit und Kontrast durch geeignete Wahl von Filmmaterial, Belichtung und Entwicklung einstellbar. Dies wird zunächst an Testaufnahmen geprüft, wobei die objektive Zuordnung wiederum durch die auf dem Film oder Papierbild dargestellte Grautreppe erfolgt. Während des Betriebs der Übertragungskette stellen die Bildaufnahmegeräte 25 und 36 in sich abgeschlossene Systeme dar und brauchen nicht mehr justiert zu werden.
Das auf dem Magnetband mittels Videorekorder 28 gespeicherte Signal trägt neben der Bildinformation ebenfalls das Grautreppensignal. Bei der Wiedergabe wird der Fernsehmonitor 19 entsprechend diesem Grautreppensignal justiert.
Das vorausgehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht in seinem Sekundärbereich II aus verschiedenen Einzel- ·
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abschnitten mit definiertem, aneinander angepaßten, linearen Aussteuerbereich. Vor jedem optischen Bildaufnahmegerät ist dabei ein Gerät für den Gradationsausgleich geschaltet, das die durch die Bildumwandlung verursachte Gradationsverfälschung unmittelbar kompensiert. Dadurch können die Einzelabschnitte in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, wobei immer die konstante Kopplung des Bildinhaltes mit dem Grautreppenstandard und damit die eindeutige Reproduzierbarkeit des Bildinhaltes erhalten bleibt.
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Claims (4)

-JlT- 76 P 5096 BRD Patentansprüche 9 P / / 1 Q Π
1. Anlage für den Aufbau und die Reproduktion von Ultraschallbildern auf Wiedergabemedien mit mindestens einem Wiedergabegerät, das an einem Bildsignalverarbeitungsgerät angeschlossen ist, welchem das von einem Ultraschallwandler durch Abtastung eines Aufnahmeobjektes erzeugte Bildsignal zum Bildaufbau zugeführt wird und welches manuell betätigbare Einstellmittel für die freien Parameter des ausgehenden Bildsignals, wie beispielsweise Anfangsverstärkung, Tiefenausgleich und Dynamikkompression, besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bildsignalverarbeitungsgerät (1) und dem Wiedergabegerät (11, 19, 31) ein Signalmischer (8) zur Einspeisung eines Grauwert-Standardsignals aus einem Standard-Signalgenerator (6) in den Bildsignal-Übertragungsweg vorhanden ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Standard-Signalgenerator (6) als Grauwert-Standardsignal ein Grautreppensignal mit definierter Schwarz-Weiß-Abstufung erzeugt.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (1a, 6a) vorhanden sind, die die wählbare Übertragung des Bildsignals und/oder des Grauwert-Standardsignals ermöglichen.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Signalmischers (8) mindestens ein Wiedergabegerät (11) zur unmittelbaren, nicht normgemäßen Bildwiedergabe und mindestens ein Wiedergabegerät (19, 31) zur normgemäßen Bildwiedergabe, dem ein Normwandler (17, 30) vorgeschaltet ist, angeschlossen sind.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildwiedergabe mindestens ein optisches Bildaufnahmegerät (17 j 25, 36) vorhanden ist, und daß jeweils vor den optischen Bildaufnahmegeräten (17, 25, 36) Geräte für den Gradationsausgleich (16, 24, 35) geschaltet sind.
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6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus jeweils einem Bildaufnahmegerät (17, 25, 36) und einem Gerät zum Gradationsausgleich (16, 24, 35) gebildeten Einzelabschnitte jeweils den gleichen linearen Aussteuerbereich aufweisen.
7. Verfahren für den Betrieb einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Verlust diagnostisch relevanter Bildinhalte in einem ersten Verfahrensschritt durch Einblenden des Grauwert-Standar!signals das Wiedergabegerät (11, 19, 31) auf optimale Wiedergabeeigenschaften von Kontrast und Gradation mit einem Satz von Reglern (12, 13; 20, 21$ 32, 33), vorzugsweise für Helligkeit und Kontrast, abgeglichen wird und dann in einem zweiten Verfahrensschritt auf dem Wiedergabegerät (11, 19, 31) mit den Einstellmitteln (2 bis
4) des Bildsignalverarbeitungsgeräts (1), vorzugsweise für Anfangsverstärkung, Tiefenausgleich und Dynamikkompression, das diagnostisch zu deutende Bild aufgebaut wird.
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