DE3738636A1

DE3738636A1 - Bildverarbeitungsgeraet

Info

Publication number: DE3738636A1
Application number: DE19873738636
Authority: DE
Inventors: Mithuo Oe
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1988-06-01
Also published as: JPS63125241A; DE3738636C2; US5031620A

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungsgerät zum Verarbeiten zweier, vom gleichen interessierenden Bereich gewonnener Bilder verschiedener Art, insbesondere ein Bildverarbeitungsgerät unter Anwendung einer Subtraktions methode.

Ein eine Subtraktionsmethode anwendendes Bildverarbeitungs gerät eignet sich für die Verarbeitung eines Bilds auf der Grundlage von Echodaten, die mittels eines Röntgen diagnosesystems oder eines Ultraschalldiagnosesystems ge wonnen werden, oder von mittels Kernmagnetresonanz (NMR) gewonnenen FID-Daten, so daß ein brauchbares Bild für medizinische Diagnose rekonstruierbar ist.

Beim Röntgendiagnosesystem kann z.B. ein Maskenbild, das vor Injektion eines Kontrastmittels in einen interessieren den (oder Untersuchungs-)Bereich eines menschlichen Pa tienten gewonnen wird, von einem Überlagerungsbild (Kon trastbild) aus Vasographie- und Maskenbildern, die nach der Injektion von Kontrastmittel gewonnen werden, sub trahiert und (damit) das Maskenbild aus dem Überlagerungs bild beseitigt und damit ein Subtraktionsbild, d.h. das Bild nur der Blutgefäße, ausgezogen werden. Auf diese Weise kann ein Blutgefäßbild hohen Kontrasts erzielt wer den. Da jedoch die anatomische Lage eines beliebigen Auf nahmebereichs nicht einfach auf der Grundlage der Be obachtung eines Blutgefäßbilds bestimmt werden kann, wird daher ggf. ein Ortungs(punkt)bild (landmark image), mit dem überlagerten Maskenbild, als Hintergrund auf dem Subtraktionsbild wiedergegeben. Im Fall des Ortungsbilds ist der Bildpegel des Blutgefäßabschnitts am (im) Sub traktionsbild niedriger als derjenige des Maskenbilds, so daß der Blutgefäßabschnitt sichtmäßig schlecht definiert ist, wenn die beiden Bilder einander überlagert sind.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Bild verarbeitungsgeräts, mit dem ein Ortungsbild wiedergeb bar ist, das eine deutliche Erkennung von Blutgefäßen er laubt. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Ein Bildverarbeitungsgerät gemäß der Erfindung enthält eine Teilereinheit zum Teilen oder Dividieren eines Masken bildsignals durch eine vorbestimmte Konstante und zum Ausgeben eines pegelgesenkten (level-down) Bildsignals sowie eine Einheit zum Ausgeben (Liefern) eines Ortungs bildsignals.

Weiterhin umfaßt dieses Gerät eine Fensterverarbeitungs schaltung, um ein Ortungsbildsignal einer Fensterverar beitung zu unterwerfen, so daß der Ortungsbildpegel ver bessert bzw. angehoben werden kann.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Bildverarbeitungsge räts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild, das in graphischer Form die Haupt(bau)teile des Geräts nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Pegelverteilung von mittels der Schaltung nach Fig. 2 gewonnenen Bildsignalen und

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Fensterpegels (window level) einer Fenster(bildungs)schaltung nach Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Bildausgabeteil 11 beispielsweise eine Röntgen-Fernseheinheit zum Erzeugen eines Röntgen bildsignals. Die Ausgangsklemme des Bildausgabeteils 11 ist mit der Eingangsklemme eines A/D-Wandlers 12 ver bunden, der seinerseits ein vom Bildausgabeteil 11 aus gegebenes (geliefertes) analoges Bildsignal in ein digi tales Bildsignal umwandelt.

Die Ausgangsklemme des A/D-Wandlers 12 ist mit den Ein schreibklemmen eines Maskenbildspeichers (Halbbildspeichers) 13 und eines Kontrastbildspeichers (Halbbildspeichers) 14 verbunden. Der Maskenbildspeicher 13 speichert als Masken bild ein Röntgenbild, das vor der Injektion eines Kon trastmittels in einen interessierenden Bereich eines menschlichen Untersuchungs-Objekts bzw. Patienten gewonnen worden ist, d.h. ein Röntgenbild nur des Skeletts. Der Kontrastbildspeicher 14 speichert als Kontrastbild ein Röntgenbild, das vor der Injektion des Kontrastmittels in den interessierenden oder Untersuchungs-Bereich des menschlichen Patienten gewonnen worden ist, d.h. ein Über lagerungsbild aus Skelett- und Blutgefäßbildern. Die Speicher 13 und 14 sind mit ihren Adreßklemmen an die Ausgangsklemmen eines Adreßgenerators 15 angeschlossen und speichern ein Bildsignal vom A/D-Wandler 12 nach Maß gabe der Adreßdaten vom Adreßgenerator 15. Die Auslese klemmen von Maskenbildspeicher 13 und Kontrastbildspeicher 14 sind an die Eingangsklemmen eines Subtraktionprozessors 16 angeschlossen, welcher die Bildsignale von den Bild- oder Halbbildspeichern 13 und 14 verarbeitet, um ein Bild lediglich des Blutgefäßbereichs, d.h. ein Subtraktionsbild mittels einer subtraktiven Verarbeitung zwischen Masken bild und Kontrastbild zu gewinnen.

Die Ausgangsklemme des Subtraktionsprozessors 16 ist an die Einschreibklemme eines Subtraktionsbildspeichers 17 angeschlossen, der (als Halbbildspeicher) ein Subtraktions bildsignal nach Maßgabe eines Adreßsignals vom Adreß generator 15 einschreibt.

Die Ausgangsklemme des Maskenbildspeichers 13 ist mit der Eingangsklemme einer Teilerstufe 18 verbunden. Letzere dividiert ein Maskenbildsignal durch eine Konstante A, um den Bildpegel des aus dem Maskenbildspeicher 13 ausge lesenen Bildsignals zu senden.

Der Subtraktionsbildspeicher 17 und die Teilerstufe 18 sind mit ihren Ausgangsklemmen an die Eingangsklemmen einer Addierstufe 19 angeschlossen. Zur Gewinnung eines Ortungs(punkt)bildsignals (landmark image signal) kombi niert die Addierstufe additiv das Maskenbildsignal und das Subtraktionsbildsignal, wobei das Ausgangssignal der Addierstufe 19 an die Eingangsklemme einer Fenster(bil dungs)schaltung 20 angelegt wird. Zur Lieferung des am besten betrachtbaren Bilds als Ortungsbild verarbeitet die Fensterschaltung 20 das Ortungsbildsignal mit einem pegelerhöhten (level-enhanced) erforderlichen Bereich des Ortungsbilds. Die Ausgangsklemme der Fensterschaltung 20 ist an die Eingangsklemme eines Anzeigeteils (Bildschirm teils) 21 angeschlossen.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Bildverarbeitungsgeräts ist nachstehend erläutert.

Zunächst wird der interessierende Bereich des menschlichen Patienten vor der Injektion eines Kontrastmittels in die sen Bereich mit Röntgenstrahlen durchleuchtet, wobei ein Maskenbildsignal vom Bildausgabeteil 11 zum A/D-Wandler 12 ausgegeben und durch letzteren in ein digitales Masken bildsignal umgewandelt wird. Das digitale Maskenbild signal wird im Maskenbildspeicher 13 abgespeichert. So dann wird der Patient nach der Injektion von Kontrast mittel in das Blutgefäß mit Röntgenstrahlung bestrahlt, wobei der Bildausgabeteil 11 ein Kontrastbildsignal zum Kontrastbildspeicher 14 liefert, in welchem dieses Bild signal abgespeichert wird.

Die Bildsignale von Maskenbildspeicher 13 und Kontrast bildspeicher 14 werden dem Subtraktionsprozessor 16 einge geben, durch welchen ein Maskenbildsignal vom Kontrast bildsignal subtrahiert wird. Der Subtraktionsprozessor 16 liefert sodann ein Subtraktionsbildsignal zum Subtraktions bildspeicher 17.

Das im Maskenbildspeicher 13 abgespeicherte Maskenbild und das Subtraktionsbild des Subtraktionsbildspeichers 17 stellen sich auf die in Fig. 2 gezeigte Weise dar. Dies bedeutet, daß das Maskenbild nur das Skelett M, das Sub traktionsbild nur ein Blutgefäßbild S darstellt.

Das Maskenbildsignal wird der Teilerstufe 18 eingegeben und durch diese durch eine Konstante A zur Gewinnung eines Maskenbildsignals dividiert; dabei ist zu beachten, daß die Konstante A so bestimmt ist, daß sie ein Verhältnis von Maskenbildsignalpegel zu Subtraktionsbildsignalpegel von etwa 1:1 aufweist, vorzugsweise etwa ein 1:1-Verhältnis eines Mittelwerts der Werte oder Größen von Bildelementen des Maskenbilds zu einem Höchstwert von Bildelementen des Subtraktionsbilds.

Das Maskenbild, das Kontrastbild und das Subtraktionsbild sind in Fig. 3 in Form von Profilen bzw. Kurven G 0, G 1 bzw. GS aufgetragen. Das durch die Teilerstufe 18 verar beitete Maskenbild besitzt das Profil bzw. die Kurve G 3.

Dies bedeutet, daß durch Division der Kurve G 0 durch die Konstante A das Maskenbild auf einen Pegel l 3 umgesetzt wird.

Das Ortungsbild eines Profils bzw. einer Kurve GR wird er zielt durch Addition des Maskenbildsignals der Kurve G 3 und des Subtraktionsbildsignals des größten Pegels l max. Wie vorstehend erwähnt und wie aus Fig. 3 ersichtlich, besitzen die Pegel l 3 und l max eine Beziehung von etwa 1:1 zueinander. Das Ortungsbild liefert damit ein gut ausgewogenes Überlagerungsbild des pegelgesenkten Masken bilds und des Subtraktionsbilds, so daß das am besten oder am einfachsten beobachtbare Blutgefäßbild als Bild schirmbild gegen das Hintergrundbild auf die nachstehend beschriebene Weise wiedergegeben werden kann. Zur Be stimmung der Konstante A für ein zwischen dem Maskenbild und dem Subtraktionsbild zu erzielendes 1:1-Pegelverhält nis kann der Kontrastpegel des Maskenbilds durch Variieren der Konstante A mittels einer Eingabeeinheit, etwa einer Rollkugel (track ball) gesteuert bzw. eingestellt werden, während das von der Teilerstufe 18 kommende Maskenbild auf dem Monitorbildschirm des Anzeigeteils 21 betrachtet wird. Das Ortungsbild mit dem Profil bzw. der Kurve GR wird der Fensterschaltung 20 für Fensterverarbeitung ein gegeben. Für die Wiedergabe eines Subtraktionsbilds mit tels der Fensterverarbeitung wird der Fensterpegel auf eine Größe WS gemäß Fig. 4 gesetzt, wobei das Profil GS des Blutgefäßes am stärksten betont oder angehoben ist. Wenn andererseits das Ortungsbild wiedergegeben werden soll, wird vorzugsweise das Subtraktionsbild, wie bei WR in Fig. 4 angedeutet, um den Pegel l 3 angehoben, weil der Pegel des Maskenbilds (von der Teilerstufe 18) des Unter suchungs-Bereichs am Blutgefäß um den Pegel l 3, wie bei GR angedeutet, angehoben ist.

Das am besten betrachtbare Bild wird durch Korrektur des Fensterpegels auf oben angegebene Weise erzielt, wenn eine Änderung am Ortungsbild relativ zum Fensterpegel zum Zeitpunkt der Wiedergabe des Subtraktionsbilds vorge nommen wird.

Das einer Fensterverarbeitung durch die Fensterschaltung 20 unterworfene Bildsignal wird dem Anzeigeteil 21 einge speist, in welchem ein Subtraktionsbild S in Überlagerung zu einem Maskenbild M als Hintergrundbild wiedergegeben wird. Da das Maskenbild M als dünnes Umriß-Bild wieder gegeben wird, können das Maskenbild, d.h. das Hintergrund bild (Skelettbild), und das Subtraktionsbild (Blutgefäß bild) in ihren Relativlagen zueinander erkannt werden.

Wenn mit einem in blauer Farbe wiedergegebenen Signal eines Pegels l 3 ein Signal (Blutgefäßkomponente), das den Pegel l 3 übersteigt, einem Farbfernsehgerät eingespeist wird, kann dieses Signal, als praktisches Anwendungsbeispiel, als Farbbild auf dem Bildschirm wiedergegeben werden. Durch eine Farbwiedergabe oder -darstellung wird die Identifizierung eines interessierenden oder Untersuchungs- Bereichs (am Blutgefäß) gegen den Hintergrund weiter ver bessert.

Das Subtraktionsbild kann dem Maskenbild überlagert wer den, indem die Blutgefäßkontur des Subtraktionsbilds einem Pegelanhebungsprozeß, z.B. einem Sobel-Filterprozeß, un terworfen wird. Die Bildüberlagerung kann durch Extraktion bzw. Ausziehen des Blutgefäßprofils in einer Grafik er folgen.

Obgleich in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zwei verschiedene Bilder erwähnt sind, die vor bzw. nach der Injektion des Kontrastmittels in das Blutgefäß gewonnen werden, können zwei verschiedene Daten, die von einem spezifischen Untersuchungs-Bereich gewonnen wurden, in relativ aufeinander bezogene Weise erkannt werden. Außerdem können auch zwei oder mehr Arten von Bildern einander überlagert werden. Die Erfindung ist nicht nur auf digitale Bildsignale, sondern auch auf analoge Bildsignale anwendbar.

Obgleich in Verbindung mit der beschriebenen Ausführungs form die Bildsignale als Röntgenbildsignale erläutert sind, können als eingegebene Bildsignale verschiedenartige Bildsignale benutzt werden, beispielsweise Ultraschall bildsignale und Kernmagnetresonanz-Bildsignale.

Claims

1. Bildverarbeitungsgerät, gekennzeichnet durch
eine Bildausgabeeinheit (11) zum Ausgeben oder Liefern mindestens erster und zweiter Bilder, die mindestens zwei verschiedenen Bildern eines interessierenden Be reichs eines Untersuchungs-Objekts entsprechen,
eine Speichereinrichtung (13, 17 bzw. 14) zum Speichern
eines ersten bzw. zweiten Bildsignals,
eine Signalverarbeitungseinheit (18), um das aus der entsprechenden Speichereinrichtung (13) ausgelesene erste Bildsignal einer arithmetischen Verarbeitung mit einer spezifischen Konstante zum Absenken des Pegels des ersten Bildsignals und zum Ausgeben eines pegelabgesenkten (level down) ersten Bildsignals zu unterwerfen,
eine an erste(s) und zweite(s) Bildsignal bzw. Bild speichereinrichtung angeschlossene Subtraktionsein heit (16) zum subtraktiven Kombinieren der ersten und zweiten Bildsignale und zum Ausgeben eines Subtraktions bildsignals sowie
eine Ortungs(punkt)bild-Ausgabeeinheit (19) zum additiven Kombinieren des pegelabgesenkten Bildsignals und der Subtraktions(bild)signale von der Signalverarbeitungs einheit (18) bzw. der Subtraktionseinheit (16) und zum Ausgeben eines Ortungs(punkt)bildsignals (landmark image signal).

2. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bildausgabeeinheit (11) aus einer Röntgenfernseheinheit für die Röntgenbestrahlung des Untersuchungs-Objekts und zum Ausgeben des ersten Bildsignals entsprechend einem Röntgenmaskenbild vor der Injektion eines Kontrastmittels in den interessie renden Bereich und des zweiten Bildsignals entspre chend einem Röntgenkontrastbild nach der Injektion des Kontrastmittels in den interessierenden Bereich zu der an die Subtraktionseinheit (16) angeschlossenen Speichereinrichtung (13, 14) gebildet ist.

3. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Speichereinrichtung einen ersten Halbbildspeicher (frame memory) (13) zum Speichern des ersten Bildsignals und einen zweiten Halbbild speicher (14) zum Speichern des zweiten Bildsignals umfaßt und die ersten und zweiten Bildsignale von erstem bzw. zweitem Halbbildspeicher der Subtraktions einheit (16) zum Ausgeben des Subtraktionssignals zu führbar sind.

4. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Subtraktionseinheit einen Halb bildspeicher (17) zum Speichern des Subtraktionssignals aufweist.

5. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit aus einer Teilereinheit (18) zum Dividieren eines ersten Bildsignals von der entsprechenden Speichereinheit oder -einrichtung durch eine spezifische Konstante be steht.

6. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die spezifische Konstante ein Pegel verhältnis des pegelgesenkten ersten Bildsignals und des Subtraktionsbildsignals auf etwa 1:1 setzt oder einstellt.

7. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit eine Einheit (18) zum Dividieren des ersten Bildsignals durch eine spezifische Konstante umfaßt, um ein Ver hältnis eines größten der Werte des Subtraktionsbild signals zu einem mittleren der Werte des ersten Bild signals von 1:1 abzuleiten.

8. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ortungsbild-Ausgabeeinheit mit der Signalverarbeitungseinheit (18) und der Subtrak tionseinheit (16) verbunden ist und eine Addierstufe (19) zum additiven Kombinieren des pegelabgesenkten ersten Bildsignals und des Subtraktions(bild)signals sowie eine Fenster(bildungs)einheit (window means) (20), um das von der Addierstufe erhaltene Ortungsbildsignal einer Fensterverarbeitung zu unterwerfen und ein pegel angehobenes Ortungsbildsignal zu liefern, umfaßt.

9. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Fenstereinheit (20) eine Tafel- oder Tabelleneinheit (table means) zum Umwandeln des von der Addierstufe (19) gelieferten Ortungsbildsignals in Signale mindestens erster und zweiter Pegel in Über einstimmung mit dem Pegel des Ortungsbildsignals umfaßt, wobei das Signal des ersten Pegels (first level signal) einen höheren Pegel als das Signal des zweiten Pegels aufweist.

10. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Fenstereinheit (20) Mittel auf weist, um das Ortungsbildsignal bei der Ausgabe des Ortungsbildsignals auf einen höheren Pegel zu bringen als bei der Ausgabe des Subtraktionsbildsignals.

11. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ortungsbild-Ausgabeeinheit eine Einheit (21) zum Wiedergeben des Ortungsbildsignals, einschließlich des ersten Bildsignals und des Sub traktionsbildsignals, als Ortungs(punkt)bild auf weist.

12. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wiedergabeeinheit (21) ein erstes Bild und ein Subtraktionsbild entsprechend dem ersten Bildsignal bzw. dem Subtraktionsbildsignal wiedergibt.

13. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bildausgabeeinheit (11) eine Ultraschallbild-Ausgabeeinheit zum Ausgeben oder Liefern eines Ultraschallbildsignals umfaßt.

14. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bildausgabeeinheit (11) eine Einrichtung zum Ausgeben oder Liefern eines Kern magnetresonanzbildsignals umfaßt.