DE3704685A1

DE3704685A1 - Anordnung und verfahren zur korrektur bzw. kompensation von streustrahlung durch adaptive filterung

Info

Publication number: DE3704685A1
Application number: DE19873704685
Authority: DE
Inventors: Michitaka Honda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1987-02-14
Publication date: 1987-10-08
Also published as: US4918713A; JPS62191972A; DE3704685C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Korrektur von Streustrahlung durch adaptive Filterung nach den Oberbegriffen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 11. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf Röntgenabbildungssysteme und insbesondere auf ein Verfahren zum Kompensieren von Röntgenstreustrahlen und von Verschleierung, wodurch der Bildkontrast und die Bildschärfe verschlechtert werden.

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 die 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 TV-Monitor wiedergegeben. Streustrahlung von einem Bereich außerhalb des Hauptweges des Strahles von der Röntgenstrahlquelle fällt ebenfalls auf den Detektor. Diese gestreute Strahlung wird der primär oder nicht gestreuten Strahlung auf dem Weg von der Quelle zum Detektor überlagert. Sie verdunkelt das Strahlungsbild. Ferner machen Röntgensysteme das Strahlungsbild unklar aufgrund optischer Streuung, bekannt als Verschleierung.

Es gibt zwei Haupttechniken, die Streuung von Strahlung zu eleminieren. Eine Technik ist geschrieben in der US-PS 45 49 307. Eine andere Technik ist in den US-Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen 6 01 349, 6 73 792, 7 19 168, 7 92 855, 8 57 050 beschrieben. Bei dieser Technik wird zunächst die wirkliche Streustrahlung durch Verwendung von für Röntgenstrahlen undurchlässigen Punkten gemessen, 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 undurchlässigen Punkten durch Interpolation bei dieser Technik erhalten wird, ist das Streubild nicht genau.

Eine andere Technik lehren die US-PS 45 99 742 und die US-Patentanmeldung Nr. 5 75 549.

Bei der zweiten 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 zweite Technik basiert auf der Theorie, daß die Streuverteilung S etwa folgender Gleichung folgt:

S ≒ cP _n ** RSF (2)

(** bezeichnet ein zweidimensionales Faltungsverfahren)

RSF ist eine Streupunkt-Ausbreitungsfunktion, c und n sind geeignete Konstante. Damit wird bei der zweiten Technik 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) ++ PSF (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 zweiten 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 × 512 mal, 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 einen hochfrequenten Anteil enthält, ergibt sich ein Fehler durch Berechnung der Primärverteilung P aus der Gleichung (4).

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren zur Korrektur von Röntgenstreustrahlung durch adaptive Filterung anzugeben.

Bei einer Anordnung, die einen Bildverstärker verwendet, wird durch die vorliegende Erfindung nicht nur gestreute Röntgenstrahlung korrigiert, sondern auch durch optische Streuung an den Ausgabeleuchtschirmen erzeugte Verschleierung.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, wodurch eine schnelle Korrektur gestreuter Röntgenstrahlung und/oder des Verschleierungsteils ermöglicht wird.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren zur Fehlerreduzierung bei der Auflösung der Primärverteilung anzugeben.

Unter einem Gesichtspunkt bezieht sich die Erfindung auf die Berechnung der Streuverteilung S durch Filterung und dann durch Subtraktion der Streuverteilung S vom erhaltenen Bild T, um die Primärverteilung P zu erhalten. Die Streuverteilung S ist eine Verteilung von niedrigerer Frequenz als die Primärverteilung.

Daher ist es möglich, die Größe der Streuverteilung S von beispielsweise 512 × 512 Bildpunkten auf 64 × 64 zu reduzieren, um somit eine 64mal schnellere Berechnung zu ermöglichen als für 512 × 512 Bildpunkte. Da die Streuverteilung S eine Verteilung geringerer Frequenz ist, ergibt sich eine geringerer Fehler als durch die Primärverteilung in einem inversen oder iterativen Filterprozeß im X-Y-Bereich oder im Frequenzbereich.

Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die Graustufung des erhaltenen Bildes geändert vor dem inversen oder iterativen Filterprozeß, um die Fehler bei dem Verfahren zu verringern.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Streuverteilung mit höherer Genauigkeit und größerer Wahrscheinlichkeit erhalten, die den nichtlinearen Teil von P und den linearen Teil von P enthält.

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

Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung der Streupunkt- Ausbreitungsfunktion eines Röntgengerätes mit einem Bildverstärker,

Fig. 2 mehrere gemessene Streupunkt-Ausbreitungsfunktionen bzw. -Verteilungsfunktionen für verschiedene Röntgenröhrenspannungen bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,

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

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 ein Fließbild der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform nach Fig. 4,

Fig. 6 ein Testphantom zur Gewinnung eines Bildes mit einer Primärverteilung und einer Streuverteilung,

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

Fig. 8 eine normalisierte Streupunkt- Ausbreitungsfunktion,

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

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

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung,

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

Fig. 14 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

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

Unter Bezug auf die Zeichnungen versteht sich, daß die Form der Streupunkt-Ausbreitungsfunktion PSF für Streustrahlung abhängt von Strahlungsbedingungen beispielsweise der Röntgenröhrenspannung und der Entfernung zwischen dem Objekt und einem Gitter zur Reduzierung der Streustrahlung, das vor einem Bereichsdetektor angeordnet ist ähnlich einem Bildverstärker (I.I). Die Funktion ist jedoch unabhängig von der Stärke bzw. 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 richtet 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 auf, mit einem ausgesparten mittleren Teil von 2 mm Breite. 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 (I.I) 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 Streupunkt-Ausbreitungsfunktion (PSF) entlang einer X-Achse auf. Das Phantom 12 wird um 90° gedreht, und es wird der gleiche Vorgang wiederholt, um eine andere 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 Objektes 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 Röntgenröhrenspannung 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 = (AP ⁿ + BP) (5)

worin P ein Primärmenge und A, n, B aus den Strahlungsbedingungen abgeleitete Konstante 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:

Röhrenspannung116 kV Spitzenspannung Röhrenstrom60 mA Strahlungsdauer33 mS (kontinuierlicher Röntgenstrahl) Irisverhältnis0,024 FDD (= Entfernung
zwischen Röntgenröhre
und Detektor)100 cm PhantomWasser Gitter40 Linien pro cm Höhe : Neigung =10 : 1 AbstandsmaterialHolz von 2 mm Stärke Parallelgitterund Strahlungsbereich23 cm × 23 cm
(bzw. 22,86 cm Bildverstärker)

Die Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Primärmenge P und der Streumenge S im P-S-Bereich. Kürzliche Experimente zeigen, daß S einen linearen Teil B · P von P aufweist mit Ausnahme für einen nichtlinearen Teil A · P ⁿ von P. Dieser lineare Teil ist empfindlich 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 PSF eine normalisierte PSF- Funktion darstellt, die folgende Gleichung (8) erfüllt:

Da n näherungsweise = 1, d. h. 0,95 im medizinischen Bereich, wird die Funktion P ⁿ(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 P _n(x, y) wie folgt angenähert:

P ⁿ(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 wie folgt abgeleitet werden:

K = T/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:

T = C · P ** + P (13)

worin

C = AK + B

ist.

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

T′ = ρ 1 T ^ρ2 (14)

worin p 1, ρ 2 Konstante sind.

Die Konstanten ρ 1, ρ 2 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′ = C P + P (15)

Der Streuanteil wird wiedergegeben durch

aus der Gleichung (15).

T′ muß gleich AP ⁿ + BP sein.

Daher ist

Aus den Gleichungen (14), (16a) und (16b) können die ρ 1, p 2 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:

T′ = C P ** + P (17)

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:

T′ ** = C · P ** ** + P ** (18-1)

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:

()^k bedeutet k-fache Faltung PSF als Filter.

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

P ** ()^{N + 1} ≒ P ** ()^N (19)

wenn N größer ist als ein bestimmter Wert.

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

T ** ()_N = (C + 1)P ** ()^N (20)

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 Vorganges wird P ** () wie folgt erhalten:

Auf diese Weise wird die Streuverteilung P ** () erhalten.

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

P = T - C · P **() (23)

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

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

(w) = C · (w) · SF(w) + (w) = (w){C · SF(w) + 1} (24)

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

Die Gleichung (24) wird wie folgt transformiert:

durch Multiplikation beider Seiten der Gleichung (23) mit

C · SF(w)/{(1 + C · SF (w)}.

Daher beträgt die Streuverteilung (w) · SF(w)

(w) · SF(w) = (w) (w)/C (26)

worin

(w) = C · SF(w)/(1 + C · SF(w))

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

P ** = T ** F/C (27)

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 ** PSF vergrößert, wenn P ** von T abgezogen wird.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform erhält man die Primärverteilung 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 um 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 Faltungseinrichtung 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 den 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 312. Der Multiplizierer 318 multipliziert das Ausgangssignal der Wähleinrichtung 320 mit einem Koeffizienten C, der von einem Koeffizientenspeicher 24 zur Verfügung gestellt wird. Der Koeffizientenspeicher 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 Fließbild 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 Streuverteilung S und die Primärverteilung 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 normalisierten , 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 durchdie Faltungseinrichtung 310 gefaltet. Das in der Fig. C gezeigte Bild T′ ** ()² wird im Speicher 314 ¢ 2 abgespeichert. Auf diese Weise wird die Faltung wiederholt, und die erhaltenen T′ ** ()³, T′ ** ()⁴ und T′()⁵, 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 Niederpaßfilter darstellt, ist das Bild T′ ** ()⁴ ähnlich dem Bild T′ ** ()⁵, wie in den Fig. 9E und 9F gezeigt ist. Daher ist in diesem Falle max gleich 5.

Danach wird T′ ** ()⁵ aus dem Speicher 314 ¢ 5 ausgelesen und mit 1/(C + 1) durch den Multiplizierer 318 multipliziert. 1/(C + 1) T′ ** ()⁵, dargestellt in der Fig. 10A, wird im Bildspeicher 315 ¢ 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′ ** ()⁴, das im Speicher 314 ¢ 4 abgespeichert ist, durch den Subtrahierer 316 subtrahiert. T′ ** ()⁴ - I(5), gezeigt in Fig. 10B, wird im Speicher 314 ¢ 4 durch die Wähleinrichtung 312 abgespeichert. Danach wird T′ ** ()⁴ - I(5) als I(4) bezeichnet. T′ ** ()^-1 - C I(l), wie in den Fig. 10C, 10D, 10E gezeigt, wird im Speicher 314 ¢ l-1 berechnet und gespeichert.

Diese Berechnung wird wiederholt bis l = 1. Dann wird das im Speicher 314 ¢ 1 gespeicherte I(1) (wie in der Fig. 10F gezeigt ist) 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 der Fig. 12 gezeigt ist. Das streufreie Bild P wird auf einem Monitor (nicht gezeigt) sichtbar 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 Graustufungsänderung 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 einer Wasserdicke unter der Aluminiumschiene. 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 Erfindung die Bildauflösung wesentlich zu verbessern.

Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 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 C 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 Koeffizientenspeicher 24 und einen PSF-Speicher 40. Der Koeffizientenspeicher 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 (w), wie in der Fig. 13A gezeigt ist, aus dem Koeffizienten C und der PSF entsprechend der Gleichung (27) und führt (w) einer inversen Fourier-Transformationseinrichtung 44 zu. Die inverse Fourier-Transformationseinrichtung 44 führt die inverse Fourier-Transformation von (w) durch und führt das Ergebnis F, wie in der Fig. 13B gezeigt ist, der Faltungseinrichtung 44 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 der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 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 (w) der Fourier- Transformation und die Ausgangsgröße (w), die von der ALU zugeführt wird, werden durch die Faltungseinrichtung 461 gefaltet. Danach wird das Faltungsergebnis (w) · (w) durch die inverse Fourier-Transformationseinrichtung 441 in den X-Y-Bereich konvertiert.

Die Faltung im Frequenzbereich ermöglicht eine schnellere Berechnung.

Claims

1. Anordnung zur Korrektur von Streustrahlung in einem Strahlungsbild eines Objektes durch Verwendung eines adaptiven Filters, gekennzeichnet durch
Bildspeicher zum Speichern des Strahlungsbildes,
Mittel zum Herausziehen einer Streuverteilung aus dem im Bildspeicher gespeicherten Strahlungsbild mit Hilfe des adaptiven Filters und
Subtrahiermittel zum Subtrahieren der Streuverteilung vom Streubild, um ein streufreies Bild zu erhalten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Herausziehen die Streuverteilung S herausziehen durch Lösung folgender Gleichung S = C P ** (** bezeichnet eine zweidimensionale Faltung) T = S + Pworin T das Strahlungsbild, C eine Konstante und PSF eine Streupunkt-Ausbreitungsfunktion entsprechend den Strahlungsbedingungen des Strahlungsbildes und P die streufreie Verteilung darstellen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Herausziehen der Streuverteilung eine Einrichtung zur Wiederholung der Berechnung T ** ()^k von k = 1 bis zu einem vorbestimmten Wert Kmax aufweisen sowie Mittel zur Durchführung folgender Berechnung: sowie Mittel zur Wiederholung der folgenden Berechnung bis Kmax - l = 1 ist:I(Kmax - l) = C · T ** () ^Kmax-l - C · I(Kmax - l + 1)und Mittel zur Durchführung der folgenden Berechnung:S = C I(l)worin k und l ganze Zahlen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Herausziehen der Streuverteilung Mittel zur Durchführung der folgenden Berechnung aufweisen, um einen Faltungskern zu erhalten: (w) = C · SF(w)/(1 + C · SF(w))worin (w) und (w) Fourier-Transformationen von F und PSF sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Herausziehen der Streuverteilung ferner Mittel zur Realisierung einer inversen Fourier-Transformation F von (w) und Mittel zur Durchführung einer Faltung des Faltungskernes F und des Bildes T, um die Streuverteilung S zu erzeugen, aufweisen.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Herausziehen der Streuverteilung ferner Mittel zur Durchführung einer Fourier-Transformation (w) des Bildes T umfassen sowie Mittel zur Durchführung einer Faltung (w) · (w) und Mittel zur Durchführung einer inversen Fourier- Transformation F ** T, um die Streuverteilung S zu erhalten.

7. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet ferner durch einen Graustufungskonverter zur Änderung einer Graustufung des Strahlungsbildes.

8. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet ferner durch einen Bildverkleinerer, der zwischen dem Bildspeicher und den Mitteln zum Herausziehen der Streuverteilung angeordnet ist, zur Verringerung der Größe des vom Bildspeicher gelieferten Bildes und durch einen Bildvergrößerer, der zwischen den Mitteln zum Herausziehen der Streuverteilung und dem Subtrahierer angeordnet ist, zur Vergrößerung der Größe der Streuverteilung auf die gleiche Größe wie das vom Bildspeicher gelieferte Bild.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Graustufungskonverter die graue Stufung des Bildes T in T′ wie folgt ändert: T′ = ρ 1 T ²worin ρ 1, ρ 2 Konstante sind, die folgende Gleichungen erfüllen:T′ = ρ 1 T ²
T = AP ⁿ + BP + P
T′ = (AP ⁿ + BP) · (C + 1)/Cworin A und B Konstante sind.

10. Anordnung zur Korrektur der von einem Objekt in einem Abbildungssystem kommenden Streustrahlung durch Verwendung eines adaptiven Filters, gekennzeichnet durch
Bildspeicher zum Speichern des Strahlungsbildes,
einen Bildverkleinerer zum Verkleinern der Größe des vom Bildspeicher gelieferten Strahlungsbildes,
eine Extraktionseinrichtung zum Extrahieren einer Streustrahlung aus dem vom Bildverkleinerer gelieferten Strahlungsbild mit Hilfe des adaptiven Filters,
einen Bildvergrößerer zum Vergrößern einer Größe der Streuverteilung auf die gleiche Größe wie das vom Bildspeicher gelieferte Bild und
einen Subtrahierer zum Subtrahieren der vom Bildvergrößerer gelieferten Streuverteilung von dem vom Bildspeicher gelieferten Strahlungsbild, um ein streufreies Strahlungsbild zu erhalten.

11. Verfahren zum Korrigieren bzw. Kompensieren von Streustrahlung in einem Strahlungsbild eines Objektes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Speichern des Strahlungsbildes,
Verkleinerung der Originalgröße des Strahlungsbildes,
Herausziehen einer Streuverteilung aus dem kleineren Bild,
Vergrößerung der Größe der Streuverteilung auf die Originalgröße und
Subtrahieren der Originalgröße der Streuverteilung vom Strahlungsbild, um eine streufreie Strahlungsverteilung zu erhalten.