DE3704685C2

DE3704685C2 -

Info

Publication number: DE3704685C2
Application number: DE3704685A
Authority: DE
Inventors: Michitaka Tochigi Jp Honda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1987-02-14
Publication date: 1992-12-17
Also published as: DE3704685A1; US4918713A; JPS62191972A

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenabbildungsvorrichtung mit einer Einrichtung zum Entfernen der Streustrahlung aus einer Gesamtstrahlungsverteilung eines Untersuchungsobjektes.

Röntgenabbildungssysteme liefern zerstörungsfreie oder "In-vivo"-Bilder eines Objektes, beispielsweise eines Patienten. Eine Röntgenstrahlquelle richtet einen Röntgenstrahl auf das Objekt. Der Röntgenstrahl wird verstärkt und durch das Gewebe oder Elemente des Objektes gestreut. Ein Strahlungsdetektor tastet den verstärkten und gestreuten Röntgenstrahl ab und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal. Dieses elektrische Signal wird als sichtbares Bild auf einem Monitor wiedergegeben. Streustrahlung von einem Bereich außerhalb des Hauptröntgen strahles fällt ebenfalls auf den Detektor. Diese gestreute Strahlung wird der Primärstrahlung auf den Weg von der Quelle zum Detektor überlagert. Sie verdunkelt das Strahlungsbild. Aufgrund optischer Streuung, bekannt als Verschleierung, werden unklare Strahlungsbilder erhalten.

Aus der US-PS 45 49 307 ist es bekannt, Streustrahlung dadurch zu eliminieren, daß zunächst die wirkliche Streustrahlung durch Verwendung von für Röntgenstrahlung undurchlässigen Punkten gemessen wird, und aus dem aktuellen Streubild wird ein Streubild ermittelt. Dann wird ein Strahlungsbild ohne die für Röntgenstrahlen undurchlässigen Punkte gewonnen. Dieses Strahlungsbild wird mit Hilfe des Streubildes korrigiert. Es ist jedoch notwendig, zusätzliche Röntgenstrahlung auf das Objekt zu richten, um ein Streubild bei dieser Technik zu ermitteln, wodurch die Strahlungsdosis erhöht wird. Da ferner das Streubild zwischen den für Röntgenstrahlen durchlässigen Punkten durch Interpolation bei dieser Technik erhalten wird, ist das Streubild nicht genau.

Aus der EP 01 23 276 ist eine Röntgenabbildungsvorrichtung mit einer Einrichtung zum Entfernen der Streustrahlung aus der Gesamtstrahlungsverteilung eines Untersuchungsobjektes bekannt, bei der ein Röntgenstrahlstreumittel vorgesehen ist. Dieses Mittel wird zunächst in den Projektionsbereich gebracht, um die Streustrahlung zu ermitteln. Dann wird das Streumittel entfernt zur Erfassung der Gesamtstrahlungsverteilung. Durch Subtraktion der berechneten Streustrahlung von der Gesamtstreustrahlung wird die Primärstrahlungsverteilung erhalten. Die Eliminierung der Streustrahlung ist durch dieses Verfahren nur unvollkommen möglich.

Die US-PS 45 99 742 und die EP 01 16 941 zeigen eine Röntgenabbildungsvorrichtung mit einer Einrichtung zum Entfernen der Streustrahlung aus der sich aus einer Primär strahlungsverteilung und einer Streustrahlungsverteilung zusammensetzenden Gesamtstrahlungsverteilung eines Untersuchungsobjektes. Die Einrichtung umfaßt eine Speichereinrichtung zum Speichern der Gesamtstrahlungsverteilung, die die Verteilung der abgetasteten Strahlung darstellt, die, ausgehend von einer Strahlungsquelle, das Untersuchungsobjekt durchstrahlt hat. Nachteilig ist, daß die Primärstrahlungsverteilung errechnet wird. Zunächst wird ein mittlerer Wert aus der Gesamtstrahlungsverteilung über den gesamten Projektionsbereich berechnet; dann wird der mittlere Wert der Primärstrahlungsverteilung in bezug zum gesamten Projektionsbereich errechnet, und schließlich wird die Primärstrahlungsverteilungsfunktion ermittelt. Die Berechnung bewirkt erkennbare Artefakte auf dem Primärstrahlungsbild, da diese Hochfrequenzkomponenten enthält. Bei dieser Technik wird ein erhaltenes Strahlungsbild T wie folgt dargestellt:

T = S + P (1)

worin S die Streulichtverteilung und P eine primäre oder streulichtfreie Verteilung darstellen. Insbesondere diese Technik basiert auf der Theorie, daß die Streuverteilung S etwa folgender Gleichung folgt:

S ≒ cPⁿ** RSF (2)

(** bezeichnet ein zweidimensionales Faltungsverfahren)

RSF ist eine Streupunkt-Ausbreitungsfunktion, c und n sind geeignete Konstante. Damit wird die Streuverteilung S durch einen nichtlinearen Ausdruck der Primärverteilung P dargestellt.

Ferner wird die Gleichung (2) zur Lösung der Gleichung (1) praktisch wie folgt approximiert:

S ≒ (aP + d)** RSF (3)

worin a und d Konstante sind, die so definiert sind, daß eine durch die Gleichung (3) dargestellte Linie tangential zur durch die Gleichung (2) dargestellten Kurve bei mittlerem P in einem P-S-Koordinatensystem verläuft.

Unter Berücksichtigung der Gleichung (3) lautet die Gleichung (1) wie folgt:

T ≒ aP** PSF + d** PSF + P (4)

Die Primärverteilung P wird erhalten durch Lösung der Gleichung (4) in einem nachprozessualen Verfahren nach Erhalt des Strahlungsbildes durch Verwendung des Detektors.

Bei dieser Technik wird jedoch die Primärverteilung P durch direktes Lösen der Gleichung (4) erhalten. Jeder Punkt der Primärverteilung P wird individuell errechnet, ein Punkt, beispielsweise 512×512mal, wenn die Größe des erhaltenen Bildes 512×512 P-Punkte aufweist. Dementsprechend ist eine lange Zeit erforderlich, um die Primärverteilung P, d. h. ein von Streuung freies Bild, zu erhalten.

Da ferner die Primärverteilung P, wie oben schon erwähnt, einen hochfrequenten Anteil enthält, ergibt sich ein Fehler durch Berechnung der Primärverteilung P aus der Gleichung (4).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Röntgenabbildungsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Entfernung der Streustrahlung aus dem Strahlungsbild durch geeignete Filterungsschritte besser erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sieht zur Korrektur der Röntgenstrahlung eine adaptive Filterung vor. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgt nicht nur eine schnelle Entfernung der Streustrahlung aus dem Strahlungsbild, sondern auch eine Beseitigung von Verschleierungen auf dem Bildschirm. Die Berechnung der Streuverteilung S erfolgt durch Filterung und dann durch Subtraktion der Streuverteilung S vom erhaltenen Strahlungsbild T, um so die Primärstrahlungsverteilung P zu erhalten. Die Streuverteilung S ist eine Verteilung niedrigerer Frequenz als die Primärstrahlungsverteilung. Es ist daher möglich, die Größe der Streuverteilung S von beispielsweise 512×512 Bildpunkten auf 64×64 Bildpunkte zu reduzieren, wodurch eine 54mal schnellere Berechnung ermöglicht wird. Da die Streuverteilung S eine Verteilung geringerer Frequenz ist, ergibt sich ein geringerer Fehler als durch die Primärstrahlungsverteilung in einem inversen oder iterativen Filterprozeß im X-Y-Bereich oder Frequenzbereich.

Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre wird die Graustufe des erhaltenen Strahlungsbildes geändert vor dem inversen oder iterativen Filterprozeß, um Fehler zu minimieren.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung von Streustrahlungs verteilungsfunktion einer Röntgenabbildungsvorrichtung mit einem Bildverstärker,

Fig. 2 mehrere gemessene Streustrahlungsverteilungsfunktionen bei der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 die Beziehung zwischen Primärstrahlungsverteilung P und Streustrahlungsverteilung S in einem P-S-Koordinatensystem und einer linearen Näherungsfunktion,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer Röntgenabbildungsvorrichtung,

Fig. 5 ein Flußdiagramm der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 4,

Fig. 6 ein Testphantom zur Gewinnung eines Bildes mit einer Primärstrahlungsverteilung und einer Streustrahlungsverteilung,

Fig. 7 ein eindimensionales Bild des in Fig. 6 gezeigten Phantoms,

Fig. 8 eine normierte Streustrahlungsverteilung,

Fig. 9A-9F und Fig. 10A-10E gefaltete Bilder des Bildes nach Fig. 5 an jeder Stufe eines durch die erste Ausführungsform durchgeführten iterativen Filterprozesses,

Fig. 11 ein streuungsfreies Bild des Testphantoms nach Fig. 4, verarbeitet durch die erste Ausführungsform,

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Röntenabbildungsvorrichtung,

Fig. 13A und B einen Filterkoeffizienten F(w) in einem Frequenzbereich und den gleichen Koeffizienten f(x, y) in einem x-y-Bereich,

Fig. 14 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform einer Röntenabbildungsvorrichtung und

Fig. 15 ein experimentelles Ergebnis, das die Beziehung zwischen einer aus einem korrigierten und unkorrigierten Bild erhaltenen Aluminiumdicke und eine Wasserdicke zeigt.

Unter Bezug auf die Zeichnung versteht sich, daß die Form der Funktion PSF für Streustrahlung abhängt von Strahlungsbedingungen beispielsweise der Röntgenröhrenspannung und der Entfernung zwischen dem Untersuchungsobjekt und einem Gitter zur Reduzierung der Streustrahlung, das vor einem Bereichsdetektor angeordnet ist ähnlich einem Bildverstärker. Die Funktion ist jedoch unabhängig von der Dicke des Objektes und der Entfernung zwischen dem Objekt und dem Bereichsdetektor, wie unten gezeigt wird.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung der Streupunkt-Ausbreitungsfunktion eines Röntgengerätes. Eine Röntgenröhre 11 sendet Röntgenstrahlung auf ein Phantom 12. Das Phantom 12 weist eine H-förmige Bleiplatte 13 von 2 mm Stärke und eine Wassertasche 14 auf, deren Dicke veränderbar ist zwischen 5-25 cm. Die H-förmige Bleiplatte 13 weist querverlaufende Schlitze mit einem ausgesparten mittleren Teil von 2 mm Breite auf. Die Röntgenstrahlung der Röntgenröhre durchsetzt die Schlitze der Bleiplatte, passiert jedoch nicht den mittleren Teil. Die Wassertasche 14 streut die die Schlitze durchsetzende Röntgenstrahlung. Die Streustrahlung der Wassertasche 14 wird geringfügig reduziert durch ein herkömmliches Gitter 15. Die das Gitter 15 passierende Streustrahlung wird mit Hilfe eines Bildverstärkers 16 abgetastet. Der Bildverstärker 16 wandelt die Röntgenstrahlung in Photonen um und bewirkt eine Verstärkung. Eine am Ausgang des Bildverstärkers 16 angeordnete Videokamera nimmt eine Streustrahlungsverteilungsfunktion (PSF) entlang einer X-Achse auf. Das Phantom 12 wird um 90° gedreht, und es wird der gleiche Vorgang wiederholt, um eine andere Funktion PSF entlang einer Y-Achse aufzunehmen.

Auf diese Weise werden die Funktionen PSF entlang sowohl der X- als auch der Y-Achse der Vorrichtung 10 erhalten. Ein Strahlungsbild eines Untersuchungsobjektes wird erhalten durch Ersetzen des Phantoms 12 durch das Objekt.

Die Fig. 2 zeigt die durch die Vorrichtung 10 tatsächlich erhaltenen Funktionen PSF bei Stärken der Wassertasche 14 von 5 cm, 15 cm und 25 cm bei einer Röntgenröhren spannung von 70 kV Spitzenspannung. Es besteht kein großer Unterschied zwischen den Funktionen PSF bei Wassertaschendicken von 5 cm, 15 cm und 25 cm. Dementsprechend kann die Funktion PSF als unabhängig von der Stärke des Objektes angesehen werden.

Die Funktion PSF erstreckt sich so weit, wie der Bildverstärker sie abtastet.

Eine Streumenge S kann dargestellt werden durch

S = (APⁿ + BP) (5)

worin P eine Primärstrahlenverteilung und A, n, B aus den Strahlungsbedingungen abgeleitete Konstanten sind.

Die Konstante n beträgt etwa 0,95 für einen Röhrenspannungsbereich von 60 kV Spitzenspannung bis 130 kV Spitzenspannung im medizinischen Bereich.

Die Gleichung (5) kann in eine experimentelle Form umgeschrieben werden:

wobei die Strahlungsbedingungen wie folgt sind:

Röhrenspannung
116 kV Spitzenspannung
Röhrenstrom	60 mA
Strahlungsdauer	33 mS (kontinuierlicher Röntgenstrahl)
Irisverhältnis	0,024
FDD (= Entfernung zwischen Röntgenröhre und Detektor)	100 cm
Phantom	Wasser
Gitter	40 Linien pro cm
Höhe : Neigung =	10 : 1
Abstandsmaterial	Holz von 2 mm Stärke
Strahlungsbereich	23 cm × 23 cm (bzw. 22,86 cm Bildverstärker)

Die Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Primär strahlungsverteilung P und der Streustrahlung S im P-S-Bereich. Experimente zeigen, daß S einen linearen Anteil B · P und einen nichtlinearen Anteil A · Pⁿ aufweist. Der lineare Anteil ist empfindlicher gegenüber nahe dem Umfang des Strahlungsbildes befindlichen Teilen. Daher verbessert das Hinzufügen von B · P zu S die Streukorrektur dieser Anteile.

Eine Streuverteilung S (x, y) wird durch die Gleichung (5) wie folgt wiedergegeben:

worin D den Strahlungsbereich und eine normierte PSF-Funktion darstellt, die folgende Gleichung (8) erfüllt:

Da n näherungsweise = 1, d. h. 0,95 im medizinischen Bereich, wird die Funktion pⁿ(x, y) in eine Taylor-Reihe bei P_mittel überführt. S(x, y) weist einen konstanten Teil wie auch einen zu P proportionalen Teil auf. Der konstante Anteil verzögert nicht nur die Herstellung der Lösung, sondern macht auch den Einsatz einer geeigneten Hardware oder Software erforderlich.

Daher wird bei einer bevorzugten Anordnung und einem bevorzugten Verfahren Pⁿ(x, y) wie folgt angenähert:

pⁿ(x, y) ≃ K · P(x, y) (9)

worin K eine Konstante ist.

Die Konstante K kann näherungsweise aus dem maximalen Graupegel T_max des erhaltenen Bildes T (Gesamtstrahlungs verteilung) wie folgt abgeleitet werden:

K = T_max ⁿ / T_max (10)

Es ist jedoch nicht notwendig, die Konstante K mit großer Genauigkeit zu bestimmen.

S(x, y) kann daher mit Gleichung (9) wie folgt geschrieben werden:

Das erhaltene Bild T(x, y) kann als Summe von S(x, y) und P(x, y) geschrieben werden:

Zur Vereinfachung kann die Gleichung (12) wie folgt geschrieben werden:

Beim bevorzugten Verfahren und bei der bevorzugten Anordnung werden die Graustufen von T in T′ vor dem Lösen der Gleichung (13) abgeändert, um den Näherungsfehler der Gleichung (9) zu verringern, wie in der Fig. 3 gezeigt ist, wobei T′ wie folgt lautet:

T′ = ρ1 · T^ρ² (14)

worin ρ1, ρ2 Konstanten sind.

Die Konstanten ρ1 und ρ2 werden wie folgt erhalten. Wenn das Strahlungsfeld groß genug ist und das Objekt gleichförmig ausgebildet ist, kann die Gleichung (13) wie folgt geschrieben werden:

T′ = CP + P (15)

Der Streuanteil wird wiedergegeben durch

aus der Gleichung (15).

T′ muß gleich A · Pⁿ + B · P sein. Daher ist

Aus den Gleichungen (14), (16a) und (16b) können die ρ1, ρ2 bestimmt werden.

In diesem Falle ist zur Lösung der Gleichungen (16a) und (16b) die Gleichung (14) gegeben, jedoch gibt es einen anderen Weg zu ihrer Lösung, der für Graustufungsänderungen geeignet ist.

Die Graustufung des erhaltenen Bildes T wird entsprechend Formel (14) geändert. Daher kann die Gleichung (13) wie folgt geschrieben werden:

Die Gleichung (17) wird gelöst, um P** sowohl im X-Y-Bereich als auch im Frequenzbereich entsprechend der vorliegenden Erfindung zu erhalten.

Im X-Y-Bereich wird die iterative Filterung vorgezogen, um aus der Gleichung (17) den Ausdruck P** zu erhalten. hat die Funktion eines starken Tiefpaßfilters.

Durch Multiplikation beider Seiten der Gleichung (17) mit folgt aus der Gleichung (18) folgendes:

Der Ausdruck T′** stellt ein Filterbild erster Ordnung dar. Durch Wiederholung der Multiplikation mit werden Bilder zweiter Ordnung, dritter Ordnung, . . ., kter Ordnung, . . ., nter Ordnung wie folgt erhalten:

bedeutet k-fache Faltung mit als Filter.

Da die Funktion eines starken Tiefpaßfilters und P** eine Streuverteilung niedriger Frequenz ist, kann folgende Beziehung erhalten werden:

wenn N größer ist als ein bestimmter Wert.

Beim Ersetzen der Gleichung (18-N) durch die Gleichung (19) erhält man folgende Gleichung:

Daher ist

Indem die Gleichung (18-N-1) ersetzt wird durch die Gleichung (21-N), kann die Gleichung (18-N-1) wie folgt geschrieben werden:

Durch Wiederholung dieses Vorgangs wird P** wie folgt erhalten:

wobei "** " die k-fache Faltung mit als Filter bedeutet und die Reihe bei der N-fachen Faltung abgebrochen wird (vgl. Glg. (19)).

Auf diese Weise wird die Streuverteilung P** erhalten.

Daher wird die Primärstrahlungsverteilung P aus der Gleichung (13) wie folgt erhalten:

worin T das erhaltene Bild vor der Graustufungsänderung ist. Auf diese Weise wird P im X-Y-Bereich erhalten durch Verwendung der iterativen Filterung.

P** wird aus der Gleichung (17) im vorliegenden Frequenzbereich erhalten. Durch Fouriertransformation beider Seiten der Gleichung (17) kann die Gleichung (17) wie folgt geschrieben werden:

T(ω) = C · P(ω) · PSF (ω) + P(ω) = P(ω) {C · PSF(ω) + 1} (24)

worin T(ω), P(ω) und PSF(ω) die Fouriertransformationen von T, P und und ω ein zweidimensionaler Vektor in der Gleichung (24) sind.

Die Gleichung (24) wird wie folgt transformiert:

durch Multiplikation beider Seiten der Gleichung (23) mit

C · PSF(ω)/{(1 + C · PSF(ω)}.

Daher beträgt die Streuverteilung P(ω) · PSF(ω)

P(ω) ·PSF(ω) = P(ω) · T(ω)/C (26)

worin

F(w) = C · PSF(ω)/(1 + C · PSF(ω))

Durch Fourierfilterung beider Seiten der Gleichung (26) kann die Gleichung (26) wie folgt geschrieben werden:

Die Faltung von T** F wird im X-Y-Bereich wie auch im Frequenzbereich durchgeführt.

Durch Einsetzen der Gleichung (27) in die Gleichung (23) kann das primäre P erhalten werden.

Bei dem bevorzugten Verfahren wird das in der Graustufung geänderte T′ größenmäßig verkleinert, und das verkleinerte T′ wird im Verfahren zur Gewinnung von P** aus der Gleichung (23) verwendet, um den Rechenaufwand zu verringern. Dann wird das verkleinerte T** vergrößert, wenn P** von T abgezogen wird.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Röntgenabbildungsvorrichtung. Bei dieser Ausführungsform erhält man die Primär strahlungsverteilung P aus dem erhaltenen Bild T durch Verwendung eines iterativen Filters im X-Y-Bereich.

Das erhaltene Bild T der Größe 512×512 Bildpunkte, erhalten mit einem Röntgengerät, wird in einem Bildspeicher 20 gespeichert. Der Bildspeicher 20 überträgt das Bild T auf einen Graustufenkonverter 302 und einen Subtrahierer 22. Der Graustufenkonverter 302 ändert die Graustufung des Bildes T entsprechend der Gleichung (14) und erzeugt das geänderte Bild T′ für einen Bildverkleinerer 304. Der Bildverkleinerer 304 wandelt das Bild T′ mit 512×512 Punkten in ein Bild mit 64×64 Punkten durch Mittelung jeder Gruppe von 8×8 Punkten und Zuführung zu einer ersten Wähleinrichtung 306. Die Wähleinrichtung 306 wählt ein Ausgangssignal der Ausgangssignale des Bildverkleinerers 304 und einer zweiten Wähleinrichtung 320 aus und führt dieses einer Faltungseinrichtung 310 zu. Die Faltungs einrichtung 310 führt eine Faltung des Bildes T′ und der in einem PSF-Speicher 308 abgespeicherten Funktion durch und führt das gefaltete Bild einer dritten Wähleinrichtung 312 zu. Der PSF-Speicher 308 führt die der Strahlungsbedingung entsprechende der Faltungseinrichtung 310 zu. Die Wähleinrichtung 312 wählt ein Ausgangssignal der Ausgangssignale der Faltungseinrichtung 310 und eines ersten Subtrahierers 316 aus und führt dieses einem Bildspeicher mehrerer Bildspeicher 314#1, . . ., #kmax zu. Die Bildspeicher 314 #1, . . ., #k speichern die gefalteten Bilder und führen diese einer dritten Wähleinrichtung 320 zu. Die Wähleinrichtung 320 führt das aus dem Bildspeichern 314 ausgelesene, gefaltete Bild der Wähleinrichtung 306, dem Subtrahierer 316, einem Multiplizierer 318 und einem Bildverstärker 322 zu. Der Subtrahierer 316 subtrahiert das Ausgangssignal der Wähleinrichtung 320 von dem Ausgangssignal des Multiplizierers 318. Der Multiplizierer 318 multipliziert das Ausgangssignal der Wähleinrichtung 320 mit einem Koeffizienten C, der von einem Koeffizientenspeicher 24 zur Verfügung gestellt wird. Der Koeffizienten speicher 24 liefert den Koeffizienten C in Abhängigkeit von den Strahlungsbedingungen eines Röntgengerätes 26. Der Bildverstärker 322 wandelt die Streuverteilung P** von 64×64 Punkten in 512×512 Punkte um mit Hilfe einer Technik, beispielsweise der linearen Interpolation, und führt sie einem zweiten Subtrahierer 22 zu. Der Subtrahierer 22 subtrahiert P** von T, das vom Bildspeicher 20 zur Verfügung gestellt wird, und führt es einem Monitor (nicht gezeigt) zu.

Die Funktionsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 4 soll nun erläutert werden unter Bezug auf das Flußdiagramm nach Fig. 5. Das Röntgengerät nach Fig. 1 richtet Röntgenstrahlung auf ein Phantom, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, und erzeugt ein Röntgenbild T, wie in der Fig. 7 gezeigt ist. Das Röntgenbild T weist eine Streustrahlungsverteilung S und die Primärstrahlungsverteilung P auf. Das Bild T wird in eine digitale Form von 512×512 Punkten umgewandelt und im Bildspeicher 20 abgespeichert. Die Graustufung des Bildes T wird in T′ entsprechend der Gleichung (14) mit Hilfe des Graustufungskonverters 302 geändert. Die Größe dieses Bildes wird von 512×512 Punkten auf 64×64 Punkte mit Hilfe des Bildverkleinerers 304 verkleinert. Das verkleinerte Bild T, das in der Fig. 9A dargestellt ist, wird mit einem Faltungskern gefaltet, d. h. einer normierten , die durch die Faltungseinrichtung 310 aus dem PSF-Speicher ausgelesen wird, und es wird T′** , wie in der Fig. 9B gezeigt ist, erhalten und dem Bildspeicher 314 #1 über die Wähleinrichtung 312 zugeführt. Das aus dem Speicher 314 #1 ausgelesene Bild T′** wird durch die Faltungseinrichtung 310 gefaltet. Das in der Fig. 9C gezeigte Bild T′** wird im Speicher 314 #2 abgespeichert. Auf diese Weise wird die Faltung wiederholt, und die erhaltenen T′** T′** und T′ , die in den Fig. 9D, 9E und 9F gezeigt sind, werden in den entsprechenden Speichern 314 #3, #4 und #5 abgespeichert.

Da die Funktion von einen starken Tiefpaßfilter darstellt, ist das Bild T′** ähnlich dem Bild T′** wie in den Fig. 9E und 9F gezeigt ist. Daher ist in diesem Fall Kmax gleich 5.

Danach wird T′** aus dem Speicher 314 #5 ausgelesen und mit 1/(C+1) durch den Multiplizierer 318 multipliziert. 1/(C+1) T′** -, dargestellt in der Fig. 10A, wird im Bildspeicher 314 #5 durch die Wähleinrichtung 312 gespeichert. Der Koeffizient 1/(C+1) wird aus dem Speicher 24 ausgelesen. Zur Vereinfachung ist dieses im Bildspeicher 314 #5 abgespeicherte Bild mit I(5) bezeichnet. Danach wird das im Bildspeicher 314 #5 gespeicherte Bild I(5) mit C durch den Multiplizierer 318 multipliziert und dann vom Bild T′** , das im Speicher 314 #4 abgespeichert ist, durch den Subtrahierer 316 subtrahiert. T′** - I(5), gezeigtin Fig. 10B, wird im Speicher 314 #4 durch die Wähleinrichtung 312 abgespeichert. Danach wird T′** - -I(5) als I(4) bezeichnet. T′** ^l-1-C · I(l), wie in den Fig. 10C, 10D, 10E gezeigt, wird berechnet und im Speicher 314 #l-1 gespeichert.

Diese Berechnung wird wiederholt bis l=1. Dann wird das im Speicher 314 #1 gespeicherte I(1) gelesen und dem Bildverstärker 322 zugeführt. Das Bild I(1) wird von 64×64 auf 512×512 durch den Bildverstärker 322 vergrößert. Dieses Bild I(1) stellt die Streuverteilung P** oder S dar.

Die Streuverteilung S wird vom im Speicher 20 gespeicherten T subtrahiert, um ein streufreies Bild P oder T-P** zu erhalten, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das streufreie Bild P wird auf einem Monitor (nicht gezeigt) wiedergegeben oder auf einem Röntgenfilm aufgezeichnet.

Entsprechend einem experimentellen Ergebnis beträgt die verkleinerte Größe des Strahlungsbildes etwa ein Achtel wegen des Spektrums der Streuverteilung.

Das digitale Röntgensystem Modell DFP-50A der Firma Toshiba umfaßt ein Hardwaresystem für den iterativen Filter. Mit diesem Gerät, dem eine Software zur Durchführung des Prozesses zugeordnet ist, werden etwa 20 Sekunden benötigt, um ein streufreies Strahlungsbild zu erhalten. Bei diesem Gerät erfolgt die Graustufungsabänderung und die Bildverkleinerung sowie die Bildvergrößerung durch die Software und nicht durch die Hardware.

Die Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen der Stärke einer Aluminiumschiene, ermittelt aus einem korrigierten und unkorrigierten Bild mit dem Gerät DFP-50A, und der Stärke einer Wasserschicht unter der Aluminiumsschiene. Je dicker die Wasserschicht ist, desto dünner ist die ermittelte Aluminiumschienendicke, wenn das Bild nicht korrigiert wird. Jedoch liefert das korrigierte Bild eine genauere Stärke als das unkorrigierte Bild. Daher vermag die vorliegende Vorrichtung die Bildauflösung wesentlich zu verbessern.

Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Röntgenabbildungsvorrichtung, bei der die Streuverteilung S aus dem erhaltenen Bild T im Frequenzbereich ermittelt wird. Der Bildspeicher 20 speichert das erhaltene Bild T und führt es dem Graustufungskonverter 302 und einem Subtrahierer 22 zu. Der Graustufungskonverter ändert die Graustufung des Bildes T in T′. Der Bildverkleinerer 304 verkleinert die Größe des Bildes T′ von 512×512 Punkten auf 64×64 Punkte. Das verkleinerte Bild T′ wird einer Faltungseinrichtung 46 zugeführt. Ein Röntgengerät 10 liefert Strahlungsbedingungen für den Ko effizientenspeicher 24 und einen PSF-Speicher 40. Der Ko effizientenspeicher 24 stellt den Koeffizienten C in Abhängigkeit von der Strahlungsbedingung einer arithmetischen Logikeinheit (ALU) 42 zur Verfügung. Der PSF-Speicher 40 speichert im Frequenzbereich und führt die der Strahlungsbedingung entsprechende PSF der ALU 42 zu. Die ALU 42 berechnet F(ω), das in der Fig. 13A gezeigt ist, aus dem Koeffizienten C und der PSF entsprechend der Gleichung (27) und führt F(ω) einer inversen Fourier-Transformations einrichtung 44 zu. Die inverse Fourier-Transformationseinrichtung 44 führt die inverse Fourier-Transformation von F(ω) durch und führt das Ergebnis F, das in der Fig. 13B gezeigt ist, der Faltungseinrichtung 46 zu. Die Faltungseinrichtung 46 führt die Faltung von T′ und F im X-Y-Bereich durch und erzeugt die Streuverteilung T′** F oder S für den Bildverstärker 322. Der Bildverstärker wandelt die Größe des Bildes von 64×64 Punkten in die Originalgröße 512×512 Punkte um. Der Subtrahierer 22 subtrahiert die Originalgröße von T′** F vom Bild T′, um das streufreie Bild T-T′**F oder P zu erhalten.

Die Fig. 14 zeigt ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform einer Röntgenabbildungsvorrichtung. Bei der zweiten Ausführungsform, gezeigt in der Fig. 12, erfolgt die Faltung von T′ und F im X-Y-Bereich. Bei der dritten Ausführungsform wird die Faltung im Frequenzbereich durchgeführt. Dementsprechend weist die dritte Ausführungsform eine Fourier-Transformationseinrichtung 48 auf zur Durchführung einer Fourier-Transformation des Bildes T′, das vom Bildverkleinerer 304 zugeführt wird. Das Ergebnis T(ω) der Fourier-Transformation und die Ausgangsgröße F(ω), die von der ALU zugeführt wird, werden durch die Faltungseinrichtung 461 gefaltet. Danach wird das Faltungsergebnis T(ω) · F(ω) durch die inverse Fourier-Transformationseinrichtung 441 in den X-Y-Bereich konvertiert.

Die Faltung im Frequenzbereich ermöglicht eine schnel lere Berechnung.

Claims

1. Röntgenabbildungsvorrichtung mit einer Anordnung zur Entfernung der Streustrahlung S (X, Y) aus einer Gesamt strahlungsverteilung T (X, Y) eines Untersuchungsobjektes, um eine streufreie Primärstrahlungsverteilung P (X, Y) des Untersuchungsobjektes zu erhalten, umfassend.

- eine erste Speichereinrichtung zum Speichern der Gesamt strahlungsverteilung T (X, Y), die die Verteilung der abgetasteten Strahlung darstellt, die, ausgehend von einer Strahlungsquelle, das Untersuchungsobjekt durchstrahlt hat,
- eine zweite Speichereinrichtung zum Speichern einer Funktion (X, Y), die die normierte Verteilung der abgetasteten Strahlung der durch eine Maske und ein Strahlungsmedium hindurchgeschickten Strahlung der Strahlungsquelle darstellt,
- eine Rechenvorrichtung zur Bestimmung der Faltung P (X, Y)** (X, Y) als Funktion von T (X, Y) und (X, Y) gemäß einer iterativen Filterung nach Gleichung (22) der Beschreibung und zur Bestimmung von S (X, Y) als Funktion der Faltung P (X, Y)** (X, Y) nach der Gleichung
- eine Subtrahiervorrichtung zum Subtrahieren der Streustrahlung S (X, Y) von der Gesamtstrahlungsverteilung T (X, Y), um die Primärstrahlungsverteilung P (X, Y) zu erhalten, wobei die Größe C eine Konstante ist, die vorgegebenen Bestrahlungsbedingungen entspricht, unter denen die Gesamtstrahlungsverteilung T (X, Y) erhalten wurde.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Wiederholung der Berechnung T (X, Y)** (X, Y))^k für die Werte k=1 bis zu einem vorbestimmten Maximalwert K_max für k, wobei k eine ganze Zahl ist,

- eine Einrichtung zur Durchführung der folgenden Berechnung:
- eine Einrichtung zur Wiederholung der folgenden Berechnungen bis K_max-l = 1: I(K_max-l) = C · T (X, Y)** (X, Y)) K_max-l, - C · I(K_max - 1 + 1)wobei 1 eine ganze Zahl ist, und
- eine Einrichtung zur Durchführung der folgenden Berechnung: S (X, Y) = C · I(1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Durchführung der folgenden Berechnung zur Ermittlung eins Faltungskernes F (ω) vorgesehen ist: F (ω) = C · PSF (ω)/(1 + C · PSF (ω)),worin F (ω) und PSF (ω) die entsprechenden Fourier-Transformationen von F (X, Y) und (X, Y) sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet ferner durch eine Einrichtung zur Ermittlung der inversen Fourier- Transformation F (X, Y) der Funktion F (ω) und
eine Einrichtung zur Durchführung einer Faltung der Funktion F (X, Y) und der Funktion T (X, Y) zur Bestimmung von P (X, Y)** - (X, Y).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet ferner durch eine Einrichtung zur Durchführung der Fourier-Transformation T (ω) der Funktion T (X, Y),
eine Einrichtung zur Durchführung einer Faltung T (ω) xF (ω) und
eine Einrichtung zur Durchführung einer inversen Fourier- Transformation.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Graustufenkonverter zur Änderung der Graustufe der Funktion T (X, Y).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet ferner durch eine zwischen der ersten Speichereinrichtung und der Rechenvorrichtung angeordnete Bildverkleinerungseinrichtung zur Umwandlung des Pixelinhaltes der Funktion T (X, Y), die in der ersten Speichereinrichtung gespeichert ist, in einen geringeren Pixelinhalt, und eine zwischen der Rechenvorrichtung und der Subtrahiervorrichtung angeordnete Bildvergrößerungseinrichtung zur Umwandlung des Pixelinhaltes der Funktion S (X, Y) auf den gleichen Pixelinhalt wie die Funktion T (X, Y).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Graustufenkonverter eine Einrichtung zur Änderung der Graustufe der Funktion T (X, Y) nach folgender Gleichung aufweist: T′ (X, Y) = ρ₁° (T (X, Y))ρ₂wobei ρ₁ und ρ₂ Konstante sind und die folgenden Gleichungen gelten:T (X, Y) = A · (P (X, Y))ⁿ + BP (X, Y) + P (X, Y) und T′ (X, Y) = (A ·(P (X, Y))ⁿ + BP (X, Y)) · [C + 1)/C,worin n, A und B Konstante sind, die gegebenen Bestrahlungs bedingungen entsprechen.