DE10350319A1

DE10350319A1 - Verfahren zur Bestimmung von Rauschen bei einer Radiographie

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Publication number: DE10350319A1
Application number: DE10350319A
Authority: DE
Inventors: Cyril Allouche
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2004-05-19
Also published as: FR2846504B1; US7324678B2; FR2846504A1; US20040081344A1

Abstract

Zur Modellierung eines bei einem Röntgenvorgang vorhandenen Fluoroskopierauschens werden zwei aufeinander folgende Bilder einer gleichen Zone verwendet, so dass es möglich ist, die Punkte der zwei Bilder als Funktion der Zone des Raums zu paaren, den sie repräsentieren. Die Punktpaare werden dann in Untergruppen entsprechend ihrer Graustufe gruppiert. Für jede Untergruppe wird die mittlere Standardabweichung sigma der Werte Pi(x,y) - Pi-1(x,y) berechnet (103). Eine Untergruppe wird durch Beseitigung der Punkte unterschieden, für die Pi(x,y) - Pi-1(x,y) größer als der Mittelwert der Werte Pi(x,y) - Pi-1(x,y) + k mal der mittleren Standardabweichung ist (104). Diese Berechnungen werden eine bestimmte Anzahl oft wiederholt. Ist die Untergruppe bestimmt, wird ihre Zentrierung beurteilt (106). Eine Untergruppe ist nicht zentriert, wenn ihr Mittelwert größer als 1,5-mal ihrer mittleren Standardabweichung ist. Punktpaare (v, sigma) werden dann erhalten. Aus diesen Punkten wird eine iterative Regression zum Erhalten eines Rauschmodells gemäß sigma(v) = DOLLAR I1 durchgeführt, wobei v die Graustufe ist und alpha, beta und gamma das Rauschen definierende Koeffizienten sind (108).

Description

Die Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von Rauschen bei einer Radiographie, insbesondere von Fluoroskopierauschen. Das Gebiet der Erfindung ist die Abbildung, und insbesondere die Verringerung von Fluoroskopierauschen bei Bildern. Das Gebiet der Erfindung ist insbesondere die Verringerung von Rauschen in Bildern, die in zeitlichen Folgen bei einer Radiographie aufgenommen werden.
Es ist bekannt, dass es Fluoroskopierauschen bei der Fluoroskopie gibt, und dass die mittlere Standardabweichung dieses Fluoroskopierauschens proportional zur Quadratwurzel der Anzahl an Photonen ist, die die Erfassungseinrichtung erreichen.
Das Vorhandensein dieses Rauschens ist bekannt, jedoch wird mit diesem außer beruhend auf der Erfahrung eines Beobachters nicht speziell verfahren, der die Bilder für eine Interpretation verwendet. Dann gibt es ein Interpretationsproblem, jedoch auch ein Problem der Belichtung eines abzubildenden Objekts, wie eines Patienten. Es kann erforderlich werden, die Strahlungsdosis zu erhöhen, um das Signal-zu-Rauschverhältnis des Bildes zu verbessern, das heißt, um den Anteil relevanter Informationen im Bild zu erhöhen. Diese Erhöhung der Strahlung hat Konsequenzen für das Objekt, insbesondere einen Patienten, der dann das Risiko einer Zerstörung oder Schädigung trägt, oder einer höheren Strahlungsdosis als empfohlen ausgesetzt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Problem des Fluoroskopierauschens durch die Bereitstellung eines Modells des Rauschens gelöst. Wurde das Rauschen modelliert, ist es möglich, es aus dem Bild zu beseitigen und somit die Lesbarkeit des Bildes zu verbessern, und bei Bedarf die Strahlungsdosis zu verringern, die zum Erhalten eines lesbaren Bildes erforderlich ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bestimmung von Rauschen bei einer Radiographie die Erfassung von zumindest zwei Bildern i-1 und i einer gleichen Zone, die Kodierung der erfassten Bilder in digitale Bilder, die mit Matrizen mit einer horizontalen × vertikalen Dimension gleich N × M identifiziert werden können, wobei jedes digitale Bild dann durch N × M Punkte gebildet ist, wobei jeder Punkt eines Bildes i durch seine Koordinaten 0 < x < N, und 0 < y < M identifizierbar ist, wobei dieser Punkt dann als Punkt Pi(x, y) bezeichnet wird, und jeder Punkt Pi(x, y) dann einen entsprechenden Wert v hat, der das Ergebnis der Erfassung des Bildes ist, wobei der Wert v einen dynamischen Bereich von Vmin bis Vmax hat, die Einteilung des dynamischen Bereichs Vmax bis Vmin in Untergruppen, die durch eine untere Grenze Bi und eine obere Grenze Bs definiert werden, wobei die Untergruppen sich nicht schneiden, die Zusammenfassung der Untergruppen den dynamischen Bereich Vmax bis Vmin abdeckt, ein Punkt eines Bildes i dann zu einer gegebenen Untergruppe gehört, wenn Bi ≤ Pi(x, y) < Bs ist, wobei Pi(x, y) die Graustufe des Bildelements des Bildes i mit den Koordinaten (x, y) ist, die Berechnung der mittleren Standardabweichung σ der Werte Pi(x, y) – Pi-1(x, y) für zumindest eine Untergruppe SG, die Unterscheidung der Werte Pi(x, y) von SG zum Behalten lediglich solcher Werte, so dass das Kriterium C: Pi(x, y) – Pi-1(x, y) < μ(Pi(x, y) – Pi-1(x, y)) + k.σ erfüllt ist, wodurch eine Untergruppe SG' erhalten wird, wobei μ ein Mittelwert ist, die Anwendung der gleichen Verarbeitungsvorgänge bei der Untergruppe SG' wie bei der Untergruppe SG durch Wiederholen, bis eine Untergruppe SG'' erhalten wird, die einem Wiederholungsendekriterium entspricht, die Durchführung iterativer Verarbeitungsvorgänge bei allen Untergruppen, die im dynamischen Bereich Vmax bis Vmin definiert sind, wodurch für jede Untergruppe eine mittlere Standardabweichung erhalten wird, die mit einem x-Achsenwert v = (Bi + Bs)/2 verknüpft ist, und die Durchführung eines Vorgangs der Regression bei den im vorhergehenden Schritt erhaltenen Punkten zur Bestimmung der Koeffizienten α, β und γ der Rauschfunktion: σ(v) = α·√v + β·v + γ, die das Rauschen für einen gegebenen Wert v definiert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 das Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Bildfolge und
3 eine graphische Darstellung der Paare (v, σ).
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Problem des Fluoroskopierauschens durch die Filterung des erhaltenen Bildes gelöst, um dessen Qualität zu verbessern. Somit wird das Fluoroskopierauschen nach seiner Bestimmung/Modellierung beseitigt. Dieses Rauschen ist vollständig durch seine mittlere Standardabweichung bestimmt, und somit dadurch modelliert. Diese mittlere Standardabweichung ist selbst eine Funktion der Quadratwurzel der Anzahl an Photonen, die von einer Erfassungseinrichtung empfangen werden. Die Anzahl der Photonen selbst ist mit einer Graustufe in einem digitalen Bild verbunden. Somit werden digitale Bilder zum Erhalten der Modellierung verwendet. Diese Modellierung wird in mehreren Schritten durchgeführt. In einem ersten Schritt werden zwei digitale Bilder der gleichen Zone erfasst. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Bild ein digitales Bild, wenn nichts anderes angegeben ist. Die Lehre der Erfindung gilt für einen beliebigen Sensor, ob digital oder analog, der zum Erhalten der Bilder verwendet wird. Jedes Bildelement oder jeder Punkt eines Bildes ist mit einem Bildelement des anderen Bildes mittels seiner Koordinaten im Bild gepaart. Jedes Bildelement weist auch einen Graustufenwert oder eine Graustufe auf. Die Bildelemente werden anhand von Graustufenintervallen zusammen gruppiert, und somit werden Untergruppen von Bildelementen erhalten. Für jede Untergruppe der Bildelemente wird folgende Unterscheidung ausgeführt: der Mittelwert μ und die mittlere Standardabweichung σ von Pi(x, y) – Pi-1(x, y) werden berechnet, wobei Pi(x, y) die Graustufe des Bildelements des Bildes i mit den Koordinaten (x, y) ist. Dann werden in einer Untergruppe lediglich die Werte P(x, y) aufbewahrt, so dass gilt Pi(x, y) – Pi-1(x, y) < μ + k.σ. Diese Unterscheidung wird iterativ beim Ergebnis der vorhergehenden Unterscheidung wiederholt. Diese Unterscheidung verringert ein Verschmieren erheblich. Zum Erhalten von noch mehr zuverlässigen Untergruppen beseitigt das Verfahren solche, die am Ende der Unterscheidung nicht zentriert sind, das heißt, solche, deren Mittelwert größer als 1,5 mal die mittlere Standardabweichung ist. Dann ist eine Sammlung von Paaren (v, σ) bekannt, wobei v eine Graustufe ist. Diese Paare ermöglichen einen Vorgang der Regression, der zu Parametern α, β und γ führt, so dass σ(v) = α·√v + β·v + γ ist, wobei σ(v) die Modellierung des Fluoroskopierauschens ist. Diese Regression wird durch ihre Wiederholung robust gemacht, nachdem die σ-Werte der Paare (v, σ) gewichtet wurden, was die Kurve nach oben zeichnet, um eine Kurve zu erhalten, die sich oberhalb der Mehrheit der Punkte (v, σ) bewegt.
1 zeigt einen Vorab-Bilderfassungsschritt 101. Diese Erfassung wird von einem Röntgengerät mit einer Abtasteinrichtung durchgeführt, die zur Erfassung von Bildern eines Objekts verwendet wird, wie inneren Organen eines lebenden Organismus, insbesondere des menschlichen Körpers. Die Technologie dieser Geräte beruht auf der Emission von Strahlung, die auf oder an einem Sensor/einer Erfassungseinrichtung empfangen wird, nachdem sie durch das Objekt gelaufen ist. Die vom Sensor/der Erfassungseinrichtung empfangene Strahlung hängt daher vom durchlaufenen Objekt ab. Der Sensor/die Erfassungseinrichtung erzeugt ein digitales Bild, das auf einem Bildschirm betrachtet, ausgedruckt und/oder von einem Computer oder einer beliebigen Vorrichtung mit Verarbeitungsschaltungen verarbeitet werden kann. Das Verfahren ist in einem Speicher in der Form von Anweisungscodes aufgezeichnet und durch einen Mikroprozessor implementiert, um die Interpretation eines Bildes zu verbessern und/oder die Strahlungsdosis zu verringern, die zur Ausführung einer Untersuchung verwendet wird. Dieser Speicher und dieser Mikroprozessor sind vorzugsweise im Röntgengerät enthalten. In der Praxis sind dieser Speicher und dieser Mikroprozessor mit dem Röntgengerät verbunden, entweder durch eine innere Verbindungseinrichtung oder durch eine Verbindungseinrichtung außerhalb des Röntgengeräts.
Üblicherweise hat ein Bild eine Auflösung von 1000 × 1000, und daher eine Million Bildelemente, wobei jedes Bildelement durch seine Koordinaten im Bild identifiziert wird und jedes Bildelement mit einem Graustufenwert, einer Intensität oder einem anderen numerischen Wert verbunden ist. Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass es sich dabei um eine Graustufe handelt, die nach einer Röntgenbelichtung, das heißt, einer Belichtung mit schwacher Strahlung erhalten wird. Ein Bild kann mit einer Tabelle mit N Reihen mal M Spalten verglichen werden. N und M sind nicht systematisch gleich 1000; ihre Werte hängen von der Ortsauflösung des verwendeten Sensors/der verwendeten Erfassungseinrichtung ab. Ihre Werte beeinflussen die Leistung des Verfahrens nicht. Die Arbeitsweise bleibt auch für Nicht-Röntgenbelichtungen gültig.
Bei der Fluoroskopie ist die mittlere Standardabweichung des Fluoroskopierauschens proportional zur Quadratwurzel der Anzahl an Photonen, die die Erfassungseinrichtung erreichen. Allerdings ist die Graustufe proportional zur Quantität der empfangenen Photonen. Dies ermöglicht die Verarbeitung der Graustufen.
Fluoroskopierauschen ist das Ergebnis des Quantumrauschens und der Antwort des Bilderfassungssystems, das heißt, der Erfassungseinrichtung. Das beschriebene Verfahren befasst sich mit der Gesamtheit, die durch das Quantumrauschen und die Vorrichtung gebildet wird. Das heißt, das Verfahren ist nicht speziell für Quantumrauschen oder eine Vorrichtung ausgebildet, sondern kann bei anderem Rauschen angewendet werden, das nicht ortskorreliert ist.
Bei den meisten Untersuchungen werden die Bilder in zeitlichen Folgen erfasst, das heißt, eines nach dem anderen. Dies ermöglicht die Beobachtung eines Objekts, wie eines Organs während eines Zyklus, beispielsweise des Herzzyklus. Bei einer Untersuchung dieser Art gibt es daher mehrere aufeinander folgende Bilder oder Aufnahmen einer gleichen Region des Objekts. Die aufeinander folgenden Bilder haben die gleiche Auflösung, und zwei Bildelemente mit den gleichen Koordinaten entsprechend der gleichen Region des Objekts, wenn sich das Objekt nicht zwischen den zwei Aufnahmen verschoben hat. Derartige Verschiebungen können auftreten, wenn beispielsweise ein Bild des Herzens erhalten werden soll.
Es wird angenommen, dass die Röntgenvorrichtung zwei Bilder i-1 und i der gleichen Region eines Objekts erfasst hat. Die Bilder haben eine horizontale Auflösung von N Bildelementen und eine vertikale Auflösung von M Bildelementen, wie es in 2 gezeigt ist. Ein Bildelement mit Koordinaten (x, y) eines Bildes i hat eine Graustufe gleich Pi(x, y).
Schritt 101 geht zu Schritt 102 für eine Unterabtastung von Bildern über, die von der Röntgenvorrichtung kommen. Jedes Bildelement eines Bildes hat einen zugehörigen Wert, der einer Graustufe entspricht. Dieser Wert hat einen bestimmten dynamischen Bereich. Das heißt, jedes Bildelement hat einen zugehörigen Wert, der sich von Vmin bis Vmax bewegt. Herkömmlicherweise ist Vmin = 0 und Vmax = 2¹⁴. In der Praxis hängen Vmin und Vmax vom verwendeten Sensor und seiner Kalibrierung ab. Wird ein Bild unterabgetastet, wird das Intervall [Vmin, Vmax] in Intervalle unterteilt, die derart voneinander getrennt sind, dass die Zusammenfassung der Unterintervalle [Vmin, Vmax] abdeckt. Jedes Unterintervall [Bi, Bs], das in [Vmin, Vmax] enthalten ist, hat eine entsprechende Untergruppe von Bildelementen, so dass Bi ≤ Pi(x, y) < Bs ist.
In der Praxis haben die Unterintervalle einen dynamischen Bereich von 20. das heißt, das Intervall [Vmin, Vmax] wird in Unterintervalle mit einer Breite von 20 unterteilt. Die Unterabtastung umfasst dann eine Verteilung der Punkte eines Bildes in die Untergruppen, die den Unterintervallen entsprechen. Es ist möglich, dass es leere Untergruppen gibt. Eine Untergruppe kann auch als Abtastwert bezeichnet werden.
In der Praxis wird die Unterabtastung ausgeführt, sobald eine Entscheidung über die Unterteilung in Unterintervalle getroffen ist und es keine physikalische Verteilung gibt. Die Verteilung wird durch einfaches Lesen der Graustufe eines Bildelementes bewirkt. Die Verteilung in Untergruppen wird durch Lesen des Bildes i ausgeführt.
Schritt 102 geht zu Schritt 103 zur Berechnung einer mittleren Standardabweichung für einen Abtastwert über. Schritt 103 berücksichtigt die Punkte einer Untergruppe SG des Bildes i in Übereinstimmung mit Punkten des Bildes i-1. Punkte entsprechen einander, wenn sie die gleichen Koordinaten haben. Eine Untergruppe in Bild i bestimmt eine Untergruppe mit den gleichen Punkten im Bild i-1. In Schritt 103 wird daher eine Berechnung der mittleren Standardabweichung σ der Werte (Pi(x, y) – Pi-1(x, y)) durchgeführt, wobei (x, y) zu SG gehört.
Schritt 103 geht zu Schritt 104 zur Unterscheidung der Untergruppe SG über. Diese Unterscheidung umfasst die Beseitigung der Aberrationspunkte, die sich beispielsweise aus einer Verschmierung des abzubildenden Objekts ergeben.
Diese Unterscheidung wird entsprechend dem folgenden Kriterium durchgeführt: (x,y) von SG gehört zu SG' nur dann, wenn: Pi(x, y) – Pi-1(x, y) < μ (Pi(x, y) – Pi-1(x, y)) + k.σ ist, wobei μ(Pi(x, y) – Pi-1(x, y)) der Mittelwert der Werte (Pi(x, y) – Pi-1(x, y)) für (x, y) in SG ist. SG' ist daher in SG enthalten, es kann aber passieren, dass es nicht alle Punkte von SG enthält.
Die Zahl k ist ein Parameter des Algorithmus, und ist vorzugsweise gleich 2, kann aber eine beliebige Zahl ungleich Null sein. Je größer k gewählt wird, desto weniger unterscheidend ist der Algorithmus. Eine Zahl k größer 10 ist daher auch geeignet, jedoch ist die Unterscheidung dann sehr schwach.
Schritt 104 geht zu Schritt 105 zur Bestimmung des Endes der Iteration über. Ein erstes mögliches Kriterium für das Ende der Iteration ist, dass SG' mit SG identisch sein muss. In diesem Fall geht das Verfahren zu einem Zentrierschritt 106 über. Wird SG nicht durch SG' ersetzt, werden die Schritte 103 und 104 wieder aufgenommen.
Ein zweites mögliches Kriterium für das Ende der Iteration ist die Anzahl der Schleifen. In diesem Fall wird in Schritt 105 SG durch SG' ersetzt und der Vorgang wird in Schritt 103 wieder aufgenommen. Diese Ersetzung wird eine vordefinierte maximale Anzahl oft ausgeführt, beispielsweise fünf mal. Allerdings ist diese Anzahl ein Beispiel und kann als Funktion der zu erhaltenden Qualität der Modellierung parametrisiert werden. Je größer diese Anzahl ist, desto größer ist die Qualität, aber desto länger dauert die Modellierung.
In der Praxis können das erste und zweite Kriterium über eine logische Kombination kombiniert werden. Das Kriterium ist dann, dass die Iteration ausgeführt wird, solange die Anzahl an Iterationen kleiner als die maximale Anzahl ist, und solange SG von SG' verschieden ist.
Ist in Schritt 105 das Kriterium des Endes der Iteration nicht erfüllt, geht das Verfahren zu Schritt 103 nach der Durchführung des Vorgans SG = SG' über. Ist das Kriterium erfüllt, geht das Verfahren zu Schritt 106 über.
Schritt 106 liefert ein noch robusteres Verfahren. Schritt 106 beseitigt die Abtastwerte oder Untergruppen SG' aus der Verarbeitung, die sich aus Schritt 105 ergeben, so dass μ(Pi(x, y) – Pi-1(x, y)) > l·σ( Pi (x, y) – Pi-1(x, y)) ist, wobei (x, y) in SG' liegt und 1 herkömmlicherweise gleich 1,5 ist. Die Beseitigung einer Untergruppe heißt, dass die Untergruppe beim Beginn mit Schritt 108 nicht länger berücksichtigt wird.
Schritt 106 geht zu Schritt 107 über, in dem verifiziert wird, dass alle während Schritt 102 bestimmten Untergruppen verarbeitet wurden. Ist dies nicht der Fall, werden die Schritte 103 bis 106 für alle Untergruppen wiederholt, die noch nicht verarbeitet wurden.
Am Ende von Schritt 107 können ein Wert v und eine mittlere Standardabweichung σ mit jeder nicht leeren Gruppe verbunden werden, die nicht in Schritt 106 beseitigt wurde. Der Mittelwert v ist der Mittelwert des Unterintervalls, das zur anfänglichen Bestimmung der Untergruppe verwendet wurde. Wird ein Unterintervall durch eine untere Grenze Bi und eine obere Grenze Bs bestimmt, ist v = (Bi + Bs)/2. Die mittlere Standardabweichung σ ist die letzte für die Untergruppe berechnete mittlere Standardabweichung. In Schritt 107 gibt es eine Sammlung von Paaren (v, σ).
Wenn es keine nicht verarbeitete Untergruppe mehr gibt, geht Schritt 107 zu einem Regressionsschritt 108 über. 3 zeigt, dass es möglich ist, die Paare (v, σ) graphisch darzustellen, indem v die x-Achse ist, und sich von Vmin bis Vmax bewegt. Beginnend mit den Paaren (v, σ) wird ein Vorgang der Regression durchgeführt, um die ersten Koeffizienten α, β und γ zu bestimmen, die eine Kurve σ(v) = α·√v + β·v + γ modellieren, die so nahe als möglich an dem Satz der Paare (v, σ) verläuft.
Schritt 108 geht zu Schritt 109 über, in dem ein Iterationsendekriterium beurteilt wird. Ein erstes Iterationsendekriterium ist beispielsweise das Vorhandensein von Punkten unter der in Schritt 108 definierten Kurve. Sind solche Punkte vorhanden, geht das Verfahren zu Schritt 110 über, wo die Gewichtung dieser Punkte modifiziert wird. Schritt 110 geht zu Schritt 108 über. Sind derartige Punkte nicht vorhanden, geht das Verfahren von Schritt 109 zum Endeschritt 111 über. Schritt 108 wird daher mehrmals auf der Grundlage einer Kollektion von Paaren durchgeführt, deren Gewichtung sich als Funktion der Position des Paars hinsichtlich der letzten bestimmten Kurve entwickelt, das heißt, bezüglich der letzten in Schritt 108 bestimmten Koeffizienten α, β und γ.
Ein zweites Iterationsendekriterium ist die Verwendung eines Iterationszählers. Bei diesem zweiten Kriterium werden die Schritte 108 bis 110 eine vorbestimmte Anzahl R oft ausgeführt. In der Praxis ist R gleich 5. Allerdings ist es möglich, einen beliebigen Wert für R zu verwenden.
Ein Ausführungsbeispiel kann das erste und zweite Kriterium kombiniert durch einen Logikoperator verwenden, was die Berücksichtigung der günstigsten Bedingungen zum Anhalten der Iteration hinsichtlich der Verarbeitungszeit ermöglicht. Daher wird die Iteration angehalten, sobald die maximale Anzahl an Iterationen erreicht ist, oder sobald keine Paare unter der letzten bestimmten Kurve mehr vorhanden sind.
In Schritt 110 ist eine Verfeinerung der Regression in Schritt 108 ausgeführt. Diese Verfeinerung wird über eine Gewichtung der Paare (v, σ) ausgeführt, die sich über der in Schritt 108 definierten Kurve befinden. Diese Punkte werden leicht erfasst. Sie sind Punkte, für die σ(v) < σ gilt. Für diese Paare wird eine Gewichtung P streng kleiner als 1 bei dem Wert σ des Paars (v, σ) angewendet, was dann zu (v, P·σ) wird. Schritt 110 geht dann zu Schritt 108 der Regression mit allen Paaren (v, σ), gewichtet oder nicht, die von Schritt 110 kommen, über. Ein typischer Wert von P ist 0,95, es kann jedoch ein beliebiger Wert im Intervall [0...0,99] verwendet werden. Zufrieden stellende Ergebnisse werden mit einem P im Intervall [0,75...1] erhalten.
Ist die Iterationsendebedingung erfüllt, geht das Verfahren von Schritt 109 zum Endeschritt 111 über. In Schritt 111 besitzt die Vorrichtung, die die Verarbeitung durchgeführt hat, die Koeffizienten α, β und γ der Funktion σ(v) = a·√v + β·v + γ, die das Fluoroskopierauschen während einer Untersuchung modelliert, die ein Fluoroskopierauschen implementiert. Nach der Ausführung der Verarbeitung verwendet die Vorrichtung diese Koeffizienten entweder zur Bestimmung eines Filters, das die Erzeugung eines Bildes ermöglicht, in dem Fluoroskopierauschen wesentlich verringert ist, oder zum Parametrisieren der Fluoroskopievorrichtung.
Im Fall einer Filteroperation ist das Bild nach der Filterung daher frei von Fluoroskopierauschen. Dies begünstigt das Lesen und Interpretieren dieses Bildes durch einen Praktiker. Daher kann sich der Praktiker auf die Bilder von den Radiographievorrichtungen besser verlassen.
Die Parametrisierung der Fluoroskopievorrichtung ist nützlich, da dann, wenn die Koeffizienten einmal bestimmt sind, die Quantität des in einem Bild vorhandenen Rauschens und somit das Signal-zu-Rauschverhältnis bekannt ist. Ist dieses Signal-zu-Rauschverhältnis zufrieden stellend, das heißt, es gibt viel Signal und wenig Rauschen, wird die von der Fluoroskopievorrichtung emittierte Strahlungsdosis verringert. Die Untersuchung wird dann für den Patienten weniger traumatisch. Ist andererseits das Signal-zu-Rauschverhältnis schlecht, wird die Strahlungsdosis erhöht, um die Untersuchung relevant zu machen. In beiden Fällen wird ein Gewinn erzielt, da die optimale zum Erhalten des bestmöglichen Ergebnisses erforderliche Strahlungsdosis erfolgreich bestimmt wurde.
In der Praxis werden beide Verwendungen der Koeffizienten α, β und γ implementiert. Eine Bildfolge umfasst eine variable Anzahl an Bildern. Die ersten zwei Bilder der Folge werden zur Bestimmung der Koeffizienten α, β und γ verwendet, die danach bei der Verarbeitung aller Bilder der Folge angewendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Koeffizienten α, β und γ für jedes Bild der Folge berechnet. Jedes Bild ist dann mit seinem eigenen Koeffizientensatz verbunden.
Die Beschreibung verwendet ein Bild i zur Definition der Untergruppen, und das Bild i ist mit dem vorhergehenden Bild i-1 gepaart. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Bild i auch mit dem folgenden Bild i+1 gepaart werden.
Das Verfahren und seine Ausführungsbeispiele sind entweder in einer digitalen Bildverarbeitungsstation oder in einer Einrichtung zur Steuerung einer Röntgenvorrichtung implementiert. Bei den herkömmlicherweise beim Röntgen verwendeten Einrichtungen erzielen das Verfahren und seine Ausführungsbeispiele Ergebnisse innerhalb von ungefähr 30 Millisekunden für die Verarbeitung eines Bildes bei einer Definition von einer Million Bildelemente. Dieses Leistungsniveau ist in einer Echtzeitsituation äußerst zufrieden stellend. Der Bediener hat nicht das Gefühl, dass er auf das Bild wartet.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Iterationsendekriterium eine Anzahl von Iterationen größer als 5. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt R im Intervall [3...10]. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist R größer als 10.
Daher sorgen das Verfahren und seine Ausführungsbeispiele für (1) die Verringerung von Fluoroskopierauschen in Bildern, (2) die Verringerung von Fluoroskopierauschen in digitalen Bildern, die von einem Röntgenerfassungsverfahren stammen, (3) die robuste Bestimmung von Fluoroskopierauschen, (4) die Echtzeitbestimmung von Fluoroskopierauschen und (5) die Regulierung der Quantität der Strahlung, die von einem Patienten während einer Röntgenuntersuchung aufgenommen wird.
Der Fachmann erkennt verschiedene Modifikationen des Aufbaus und/oder der Schritte und/oder der Funktion und/oder der Art und Weise und/oder des Ergebnisses der offenbarten Ausführungsbeispiele, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Zur Modellierung eines bei einem Röntgenvorgang vorhandenen Fluoroskopierauschens werden zwei aufeinander folgende Bilder einer gleichen Zone verwendet, so dass es möglich ist, die Punkte der zwei Bilder als Funktion der Zone des Raums zu paaren, den sie repräsentieren. Die Punktpaare werden dann in Untergruppen entsprechend ihrer Graustufe gruppiert. Für jede Untergruppe wird die mittlere Standardabweichung σ der Werte Pi(x, y) – Pi-1(x, y) berechnet. Eine Untergruppe wird durch Beseitigung der Punkte unterschieden, für die Pi(x, y) – Pi-1(x, y) größer als der Mittelwert der Werte Pi(x, y) – Pi-1(x, y) + k mal der mittleren Standardabweichung ist. Diese Berechnungen werden eine bestimmte Anzahl oft wiederholt. Ist die Untergruppe bestimmt, wird ihre Zentrierung beurteilt. Eine Untergruppe ist nicht zentriert, wenn ihr Mittelwert größer als 1,5-mal ihrer mittleren Standardabweichung ist. Punktpaare (v, σ) werden dann erhalten. Aus diesen Punkten wird eine iterative Regression zum Erhalten eines Rauschmodells gemäß σ(v) = α·√v + β·v + γ durchgeführt, wobei v die Graustufe ist und α, β und γ das Rauschen definierende Koeffizienten sind.

101: Vorab-Bilderfassung
102: Bild-Unterabtastung
103: Berechnung einer mittleren Standardabweichung für
: einen Abtastwert
104: Unterscheidung der Untergruppe SG
105: Bestimmung des Iterationsendes
106: Zentrierung
107: Verifizierung, ob alle in Schritt 102 bestimmten Untergruppen verarbeitet wurden

108: Regression
109: Beurteilung eines Iterationsendekriteriums
110: Modifikation der Gewichtung dieser Punkte
111: Ende

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Rauschen bei einer Radiographie mit den Schritten Erfassen von zumindest zwei Bildern i-1 und i einer gleichen Zone, Kodieren der erfassten Bilder in digitale Bilder, die mit Matrizen mit einer horizontalen × vertikalen Dimension gleich N × M identifiziert werden können, wobei jedes digitale Bild dann durch N × M Punkte gebildet ist, wobei jeder Punkt eines Bildes i durch seine Koordinaten 0 < x < N, und 0 < y < M identifizierbar ist, wobei dieser Punkt dann als Punkt Pi(x, y) bezeichnet wird, und jeder Punkt Pi(x, y) dann einen entsprechenden Wert v hat, der das Ergebnis der Erfassung des Bildes ist, wobei der Wert v einen dynamischen Bereich von Vmin bis Vmax hat, Einteilen des dynamischen Bereichs Vmax bis Vmin in Untergruppen, die durch eine untere Grenze Bi und eine obere Grenze Bs definiert werden, wobei die Untergruppen sich nicht schneiden, die Zusammenfassung der Untergruppen den dynamischen Bereich Vmax bis Vmin abdeckt, ein Punkt eines Bildes i dann zu einer gegebenen Untergruppe gehört, wenn Bi ≤ Pi(x, y) < Bs ist, wobei Pi(x, y) die Graustufe des Bildelements des Bildes i mit den Koordinaten (x, y) ist, Berechnen der mittleren Standardabweichung σ der Werte Pi(x,y) – Pi-1(x,y) für zumindest eine Untergruppe SG, Unterscheiden der Werte Pi(x, y) von SG zum Behalten lediglich solcher Werte, so dass das Kriterium C: Pi(x, y) – Pi-1(x, y) < μ(Pi(x, y) – Pi-1(x, y)) + k·σ erfüllt ist, wodurch eine Untergruppe SG' erhalten wird, wobei μ ein Mittelwert ist, Anwenden der gleichen Verarbeitungsvorgänge bei der Untergruppe SG' wie bei der Untergruppe SG durch Wiederholen, bis eine Untergruppe SG'' erhalten wird, die einem Wiederholungsendekriterium entspricht, Durchführen iterativer Verarbeitungsvorgänge bei allen Untergruppen, die im dynamischen Bereich Vmax bis Vmin definiert sind, wodurch für jede Untergruppe eine mittlere Standardabweichung erhalten wird, die mit einem x-Achsenwert v = (Bi + Bs)/2 verknüpft ist, und Durchführen eines Vorgangs der Regression bei den im vorhergehenden Schritt erhaltenen Punkten zur Bestimmung der Koeffizienten α, β und γ der Rauschfunktion: σ(v) = α·√v + β·v + γ, die das Rauschen für einen gegebenen Wert v definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor der Regression und nach der Unterscheidung das Verfahren für den Rest der Verarbeitung die nicht-zentrierten Untergruppen beseitigt, das heißt, die Untergruppen, so dass der Mittelwert der Untergruppe größer als 1 mal die mittlere Standardabweichung ist, wobei 1 vorzugsweise gleich 1,5 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rauschfunktion bei dem Bild i zur Verringerung des Rauschens in diesem Bild angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wo k eine Zahl ungleich Null ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Iterationsendekriterium eine Anzahl an Iterationen größer als 5 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Iterationsendekriterium die Tatsache ist, dass alle Punkte von SG' das Kriterium C erfüllen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei während einer ersten Regression erste Koeffizienten α, β und γ erhalten werden, eine Kurve bestimmt wird, die die Untergruppen in zwei teilt, in solche, deren mittlere Standardabweichung über der ersten Kurve liegt, und in solche, deren mittlere Standardabweichung unter der ersten Kurve liegt, eine Gewichtung P kleiner als 1 bei der mittleren Standardabweichung der Untergruppen angewendet wird, deren mittlere Standardabweichung sich über der ersten Kurve befindet, eine zweite Regression anhand der gewichteten Untergruppen zum Erhalten zweiter Koeffizienten α', β' und γ' durchgeführt wird, die eine neue Rauschkurve bestimmen, und anhand der neuen Kurve die gleichen Verarbeitungsvorgänge wie die anhand der ersten Kurve durchgeführten ausgeführt werden, usw., R-mal.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei P im Intervall [0,75 ... 0,99] liegt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei P im Intervall [0 ... 0,75] liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei R im Intervall [3...10] liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei R größer als 10 ist.
Computerprogramm mit Programmcodeabschnitten zum Implementieren der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wenn das Programm auf einem Computer läuft.
Computerprogrammprodukt mit einem von einem Computer verwendbaren Träger mit Computer-lesbaren Programmcodeabschnitten, die auf den Träger ausgebildet sind, wobei die Computer-lesbaren Programmcodeabschnitte die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 implementieren.
Herstellungsartikel zur Verwendung mit einem Computersystem, wobei der Herstellungsartikel einen Computer-lesbaren Träger mit Computer lesbaren Programmcodeabschnitten umfasst, die auf dem Träger ausgebildet sind, wobei die Programmcodeabschnitte die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 implementieren.
Programmspeichereinrichtung, die von einer Einrichtung lesbar ist und greifbar ein Programm von Anweisungen ausbildet, das von der Einrichtung zur Durchführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausführbar ist.