DE10030562A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Dynamikumfangs einer digitalen medizinischen Abbildung - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung eines Dynamikumfangs einer digitalen medizinischen Abbildung für eine medizinische Bildgebungsvorrichtung bereitgestellt. Die digitale medizinische Abbildung enthält einen klinischen Bereich und einen nicht-klinischen Bereich. Das Verfahren und die Vorrichtung identifizieren den nicht-klinischen Bereich der digitalen medizinischen Abbildung und maskieren den nicht-klinischen Bereich darin, um eine klinische Abbildung zu erzeugen. Die klinische Abbildung wird dann zur Berechnung eines gewünschten Dynamikumfangs für die medizinische Bildgebungsvorrichtung verwendet. Der Dynamikumfang der medizinischen Bildgebungsvorrichtung wird entsprechend angepaßt. Gemäß einen ersten Ausführungsbeispiel wird der nicht-klinische Bereich durch Unterteilen der digitalen medizinischen Abbildung in Bänder vorbestimmter Breite, Erzeugen von Profilen für jedes Band und Differenzieren der Profile zum Erzielen eines differenzierten Profils jedes Bandes einer digitalen medizinischen Abbildung identifiziert. Das differenzierte Profil wird dann zur Identifikation von Spitzen, die vorbestimmte Schwellenwerte überschreiten, analysiert, wobei die Bereiche des differenzierten Profils unmittelbar bei den spitzen, welche den Schwellenwert überschreiten, nicht-klinischen Bereichen entsprechen. Sobald die nicht-klinischen Bereiche identifiziert sind, werden sie maskiert oder entfernt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Bildgebung für medizinische Untersuchungen und insbeson­ dere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Dynamikumfangs einer anzuzeigenden digitalen medizini­ schen Abbildung.

Die Röntgenbildgebung ist seit langem als Werkzeug für medizinische Untersuchungen anerkannt. Röntgenstrahlungsbild­ gebungssysteme werden üblicherweise zur Gewinnung von bei­ spielsweise thorakalen, zervikalen, kranialen und abdominalen Abbildungen angewendet, welche oft die für einen Arzt notwen­ dige Information zur Erstellung einer genauen Diagnose ent­ halten. Wenn beispielsweise ein Thorax-Röntgenbild zu machen ist, steht ein Patient mit seiner bzw. ihrer Brust vor einem Röntgenstrahlungssensor, wenn ein Röntgentechnologe den Rönt­ genstrahlungssensor und die Röntgenstrahlungsquelle auf eine geeignete Höhe positioniert. Der Röntgenstrahlungssensor de­ tektiert dann die von der Quelle erzeugte und von verschiede­ nen Teilen des Körpers mit unterschiedlichen Graden abge­ schwächte Röntgenstrahlungsenergie. Ein zugeordnetes Steue­ rungssystem tastet die detektierte Röntgenstrahlungsenergie ab und erzeugt eine entsprechende Untersuchungsabbildung auf einer Anzeigeeinrichtung. Optional kann der Röntgenstrah­ lungssensor ein digitaler Festkörper-Abbildungsdetektor sein. Wenn der Röntgenstrahlungssensor eine herkömmliche Schirm/Film-Konfiguration ist, wandelt der Schirm die Rönt­ genstrahlen in Licht um, welchem der Film ausgesetzt wird.

In herkömmlichen radiographischen Bildgebungssystemen wird die Röntgentechnik von der ausführenden Person gewählt. Die ausführende Person oder das automatische Belichtungs­ steuerungssystem wählt oder ermittelt eine gewünschte Belich­ tung für die ausgewählte Schirm/Film-Konfiguration, um eine gewünschte optische Dichte des belichteten Films zu erzielen. Die optische Dichte stellt die "Helligkeit" oder "Dunkelheit" des Schirms, Detektors oder Films nach der Aussetzung gegen­ über Röntgenstrahlen dar. Durch Steuerung der Art (wie z. B. Zeit, Ausrichtung usw.) der Aussetzung des Detektors, Schirms oder Films an Röntgenstrahlen kann die Helligkeit oder Dun­ kelheit des Films variiert werden. Bevorzugt sollte man eine konsistente optische Dichte von einer Belichtung zur nächsten beibehalten, um die Untersuchung und Überprüfung durch Ärzte bei der Analyse der radiographischen Abbildungen zu erleich­ tern. Unterschiedliche Belichtung ergeben sich von einem Pa­ tienten zum nächsten, von einem Filmtyp zum nächsten, von ei­ nem medizinischen Bildgebungssystem zum nächsten, von einer Ausrichtung zur nächsten und dergleichen.

In der Vergangenheit war es ziemlich schwierig, eine gleichmäßige optische Dichte von einer Belichtung zu nächsten (z. B. von Patient zu Patient, Film zu Film, System zu System, Patientenwinkel zu Patientenwinkel) aufgrund inhärenter Un­ terschiede einzuhalten. Beispielsweise weist jeder Patient eine etwas andere Größe und Anatomie auf, was bewirkt, daß die inneren Organe des Patienten an unterschiedlichen Stellen in Bezug auf den Detektor oder Schirm/Film angeordnet sind. Wenn beispielsweise versucht wird, eine Röntgenabbildung ei­ nes Brustraums zu erhalten, weisen die Lungenflügel und der Brustkorb eine unterschiedliche Größe auf. Die Position der Lungenflügel ist ebenfalls nicht genau bekannt, was zu einer großen Varianz in der sich ergebenden Belichtung führt. Fer­ ner ist die Position des Patienten nicht genau festgelegt, und somit ist jeder Patient in einer etwas unterschiedlichen Position oder Ausrichtung in Bezug auf die Detektor- oder Schirm/Film-Konfiguration angeordnet. Eine Veränderung der Position oder Ausrichtung des Patienten erzeugt ferner eine Veränderung in der sich ergebenden Belichtung. Die optische Dichte kann ferner aufgrund der spezifischen Pathologie, der die Röntgenstrahlung durch den Patienten hindurch folgt, auf­ grund von Fremdobjekten innerhalb eines Patienten (wie z. B. eines Herzschrittmachers und dergleichen) sowie aufgrund von Unterschieden der Patientendicke und daraus sich ergebenden Streungsmustereigenschaften verändert sein.

Es wurde bereits eine automatische Belichtungssteuerung zur Anwendung mit radiographischen Systemen in einem Versuch, die optische Dichte des belichteten Films zu steuern, vorge­ schlagen. Automatische Belichtungssteuerungssysteme verwenden typischerweise eine Röntgenstrahlungs-empfindliche Ionenkam­ mer, die unmittelbar bei der Detektor-, Schirm/Film-Konfigu­ ration lokalisiert und so angeordnet ist, daß sie sich unmit­ telbar an einer bestimmten Anatomie des Patienten während der Untersuchung befindet. Beispielsweise kann eine Tonenkammer innerhalb eines Bereichs der Detektor-, oder Schirm/Film- Konfiguration angeordnet sein, die so berechnet ist, daß sie sich unmittelbar an der Lunge des Patienten während einer speziellen Form der Untersuchung befindet. Alternativ oder zusätzlich kann eine Ionenkammer unmittelbar an dem Mediasti­ num des Patienten lokalisiert sein. Die automatische Belich­ tungssteuerung mißt die von der Tonenkammer detektierten Röntgenstrahlen und beendet die Belichtung, wenn eine vorein­ gestellte Dosis gemessen ist.

Automatische Belichtungssteuerungssysteme stießen jedoch auf Schwierigkeiten. Insbesondere ist die Position der Lunge eines individuellen Patienten zu dem Zeitpunkt, an dem die Ionenkammer unmittelbar an dem Detektor, Schirm oder Film plaziert wird, unbekannt. Somit erzeugen unterschiedliche Pa­ tienten weiter eine große Abweichung in der sich ergebenden Belichtung der Ionenkammer. Beispielsweise können die Ionen­ kammern nicht tatsächlich unmittelbar an den Lungenflügeln oder dem Mediastinum bestimmter Patienten lokalisiert werden. Wenn eine Ionenkammer unmittelbar an einer anderen Anatomie als der Lunge oder dem Mediastinum lokalisiert ist, beendet die automatische Belichtungssteuerung die Bestrahlung auf der Basis ungenauer Messungen. Bei einem bestimmten Prozentsatz von Brustraumfilmen führt dieses zur Erzeugung entweder einer zu dunklen oder zu hellen Abbildung. Wenn die Abbildung zu dunkel oder zu hell ist, kann es erforderlich sein, die Rönt­ genuntersuchung zu wiederholen, um nochmals eine medizinische Abbildung zu erhalten. Es ist ziemlich zeitaufwendig, medizi­ nische Abbildungen zu wiederholen. Die Filmentwicklung kann ein relative lange Zeitdauer, wie z. B. fünf bis fünfzehn Mi­ nuten erfordern, während welcher der Patient den Bildgewin­ nungsbereich verlassen kann.

Ferner wird eine sich ergebende Darstellung einer medizi­ nischen Abbildung durch die Auswahl der Detektor-, Film/­ Schirm-Konfiguration in Kombination mit der gewünschten Rönt­ gentechnik bestimmt. Unterschiedliche Arten von Detektoren-, Schirm/Film-Konfigurationen erfahren unterschiedliche Mengen bzw. Stärken an Bildrauschen. In der Vergangenheit wurden Rauschen teilweise durch Veränderung der Eingabebelichtungs­ zeit korrigiert. Um jedoch eine konstante optische Dichte von einer Belichtung zur der nächsten beizubehalten, wenn die De­ tektor-, Film- oder Schirmarten verändert werden, muß die Be­ lichtungszeit verändert werden, um den festgelegten Dynami­ kumfang der neuen Detektor-, Schirm/Film-Konfiguration zu be­ rücksichtigen. Es ist sehr mühsam, Detektoren, Schirme oder Filme zu wechseln, und wird daher selten gemacht.

In letzterer Zeit wurden digitale Detektoren zur Anwen­ dung in der radiographischen Bildgebung vorgeschlagen. Digi­ tale Detektoren bieten einen deutlich größeren Dynamikumfang als herkömmliche Schirm/Film-Konfigurationen, typischerweise bis zu zwei- bis zu dreimal höher. Vordem mußte man sich im­ mer noch auf die automatische Belichtungssteuerung und die ausführende Person bei der Belichtung des digitalen Detektors verlassen, um den größeren Dynamikumfang dieser Detektoren zu berücksichtigen.

Es bleibt ein Bedarf nach einer verbesserten Dynamikum­ fangsdetektion und einem Steuerungsverfahren und einer Vor­ richtung zur Anwendung in der digitalen medizinische Bildge­ bung, wie z. B. bei der radiographischen Bildgebung, bestehen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermitt­ lung eines Dynamikumfangs einer digitalen medizinischen Ab­ bildung für ein medizinisches Bildgebungssystem bereit. Die medizinische Abbildung enthält klinische Bereiche und nicht­ klinische Bereiche. Das Verfahren und die Vorrichtung identi­ fizieren die nicht-klinischen Bereiche der digitalen medizi­ nischen Abbildung und maskieren die nicht-klinischen Berei­ chen in der digitalen medizinischen Abbildung, um eine auto­ matische Kontraststeuerung für die Anzeige einer klinischen Abbildung bereitzustellen. Sobald der nicht-klinische Bereich maskiert ist, ermitteln das Verfahren und die Vorrichtung den Dynamikumfang für die klinische Abbildung.

Gemäß einem ersten alternativen Ausführungsbeispiel wer­ den die nicht-klinischen Bereiche durch Unterteilung der di­ gitalen medizinischen Abbildung in Bänder vorbestimmter Brei­ te und Lokalisierung des nicht-klinischen Bereichs in jedem Band identifiziert. Die Bänder können horizontal und/oder vertikal innerhalb der digitalen medizinischen Abbildung aus­ gerichtet sein. Während der Identifikation werden die Bänder der digitalen medizinischen Abbildung differenziert und mit­ tels Schwellenwerten unterschieden, um Änderungen in der Grauskala entlang eines einem horizontalen oder vertikalen Bandes entsprechenden Profils zu identifizieren. Eine Maske zur Maskierung von nicht-klinischen Bereichen wird auf der Basis maximaler und minimaler Spitzen in dem differenzierten Profil für die digitale medizinische Abbildung ein- und aus­ geschaltet.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die nicht-klinischen Bereiche nach der Erzeugung eines Histo­ gramms aus der digitalen medizinischen Abbildung identifi­ ziert. Schwellenwerte können auf der Basis eines Dynamikum­ fangs der digitalen medizinischen Abbildung erhalten und zur Identifizierung maximaler und minimaler Grauskalenwerte in dem nicht-klinischen Bereichen zugeordneten Histogramm ver­ wendet werden. Die nicht-klinischen Bereiche werden auf der Basis der maximalen und minimalen Werte maskiert, die in dem Histogramm als nicht-klinischen Bereichen zugeordnet identi­ fiziert wurden.

In noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Bildgebungssystem für me­ dizinische Untersuchen für die Ermittlung eines Dynamikum­ fangs einer anzuzeigenden digitalen medizinischen Abbildung bereitgestellt. Es kann ein digitaler Detektor zur Erzielung der digitalen medizinischen Abbildung bereitgestellt sein. Die digitale medizinische Abbildung enthält einen klinischen und einen nicht-klinischen Bereich. Das System enthält ein Segmentierungsmodul und ein Dynamikumfangsmodul. Das Segmen­ tierungsmodul identifiziert den nicht-klinischen Bereich in der digitalen medizinischen Abbildung. Das Dynamikumfangsmo­ dul ermittelt den Dynamikumfang des klinischen Bereichs der digitalen medizinischen Abbildung sobald der nicht-klinische Bereich segmentiert ist. Das Segmentierungsmodul kann Roh­ strahlungsbereiche und/oder kollimierte Bereiche als nicht­ klinische Bereiche identifizieren.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel identifiziert das Segmentierungsmodul nicht-klinische Bereiche auf der Ba­ sis von Veränderungen in Grauskalenpegeln der digitalen medi­ zinischen Abbildung. Das Segmentierungsmodul differenziert und führt eine Schwellenwertdetektion zumindest an einem Teilabschnitt der digitalen medizinischen Abbildung aus, um den nicht-klinischen Bereich zu identifizieren. In einem al­ ternativen Ausführungsbeispiel erzeugt das Segmentierungsmo­ dul ein der digitalen medizinischen Abbildung entsprechendes Histogramm und verwendet mindestes einen Grauskalenschwel­ lenwert, um den nicht-klinischen Bereich unterscheiden.

Es kann ein Prozessor enthalten sein, um mindestens einen Schwellenwert auf der Basis eines Dynamikumfangs der digita­ len medizinischen Abbildung zu berechnen. Das Dynamikumfangs­ modul kann einen Prozessor enthalten, welcher nicht-klinische Bereiche bei der Ermittlung des Dynamikumfangs des klinischen Bereichs maskiert. Es kann ferner ein Prozessor zur Berech­ nung mindestens eines von einem maximalem oder minimalen Grauskalenpegel für die digitale medizinische Abbildung zur Identifizierung des nicht-klinischen Bereichs vorgesehen sein. Ein Prozessor kann ebenfalls mindestens einen von einem maximalen oder minimalen Grauskalenpegel für den klinischen Bereich zur Ermittlung von dessen Dynamikumfang berechnen.

Zumindest ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung löst die Abhängigkeit des Systems von Pati­ entenpositionierungs- und Röntgenuntersuchungstechniken zur Erzielung einer gleichmäßigen Ausgabedichte für die Anzeige von Patient zu Patient, Film zu Film, und System zu System. Die Dynamikumfang-Handhabungsverfahren und Systeme der bevor­ zugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in gleicher Weise in allgemeinen radiographischen Anwendungen nützlich und können in Bezug auf verschiedene Bestrahlungen und mittlere Grauskalenpegel skalierbar sein. Eine resultie­ rende Abbildungsdarstellung kann die Signal/Rausch-Verhält­ niseigenschaften verbessern, ohne einen globalen Kontrast einer Abbildung zu verändern, und dadurch den breiten Dynami­ kumfang digitaler Detektoren nutzen.

Durch das Bereitstellen der Fähigkeit, den untersuchungs­ technischen/klinischen Dynamikumfang einer digitalen medizi­ nischen Abbildung zu detektieren, ist weder eine spezielle Kenntnis des Dosispegels noch des Patiententyps mehr erfor­ derlich. Optional können der Dosispegel und/oder der Patien­ tentyp zur Verbesserung der Robustheit genutzt werden. Die Dynamikumfang-Handhabungsverfahren und Systeme der bevorzug­ ten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermögli­ chen einen unabhängigen Vorgang der Bilddarstellung und Bild­ gewinnung, wobei die Abbildungsqualität und die konsistente Darstellung von Abbildung zu Abbildung, Patient zu Patient, Dosis zu Dosis und System zu System sichergestellt ist. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen auch die Fähigkeit zur Simulation globaler Kontrast­ kurven von Schirmen/Filmen bereit.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vortei­ len anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung.

Fig. 2 einen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführten Verarbeitungsablauf.

Fig. 3 eine digitale medizinische Abbildung, die in ver­ tikale Bänder unterteilt ist, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt wur­ den.

Fig. 4 eine digitale medizinische Abbildung, die in hori­ zontale Bänder gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterteilt ist.

Fig. 5 ein Grauskalenprofil eines horizontalen oder ver­ tikalen Bandes einer gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung erzeugten digitalen medizi­ nischen Abbildung.

Fig. 6 ein dem Profil von Fig. 5 zugeordnetes differen­ ziertes Grauskalenprofil, das gemäß einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde.

Fig. 7 einen gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführten Verarbeitungsablauf.

Fig. 8 ein gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugtes Grauskalenhistogramm.

Fig. 1 veranschaulicht ein gemäß dem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konfiguriertes medi­ zinisches Bildgebungssystem. Das medizinische Bildgebungssy­ stem 8 umfaßt ein Dynamikumfang-Ermittlungssystem 10 und ein Patientenuntersuchungs-Teilsystem 12. Das Patientenuntersu­ chungs-Teilsystem 12 enthält eine von einer Steuerschaltung 14 gesteuerte Quelle 16. Die Quelle 16 emittiert ein Medium, wie z. B. Strahlung, durch einen Patienten 20. Ein digitaler Detektor 22 detektiert das Medium 18, welches durch den Pati­ enten 20 hindurchtritt. Eine Detektorausgangsschaltung 24 wandelt die von dem digitalen Detektor 22 gespeicherte Infor­ mation in ein von dem Prozessor 26 in dem Dynamikumfang- Ermittlungssystem 10 verarbeitbares Format um. Der Prozessor 26 akzeptiert eine Eingabe von der Detektorausgangsschaltung 24 und speichert auf dieser Basis eine digitale Rohabbildung 28 in dem Speicher 27. Die digitale Rohabbildung 28 enthält einen klinischen Bereich und einen nicht-klinischen Bereich.

Der Prozessor 26 unterscheidet den nicht-klinischen Be­ reich von dem klinischen Bereich in der Rohabbildung 28 gemäß nachstehend beschriebenen alternativen Techniken zur Erzeu­ gung einer segmentierten Abb. 30. Die segmentierte Abb. 30 wird in dem Speicher 27 gespeichert und enthält nur den klinischen Bereich, während der nicht-klinische Be­ reich maskiert ist. Anschließend berechnet der Prozessor 26 den Dynamikumfang des klinischen Bereichs in der segmentier­ ten Abb. 30 und erzeugt auf dieser Basis Dynamikumfangs- Bildeigenschaften 32. Die Dynamikumfangabbildungseigenschaf­ ten 32 werden in dem Speicher 27 gespeichert.

In Fig. 2 ist ein Verarbeitungsablauf veranschaulicht, der von dem Prozessor 26 zur Ermittlung des Dynamikumfangs der digitalen medizinischen Abbildung ausgeführt werden kann. Beginnend mit dem Schritt 50 erhält der Prozessor 26 die di­ gitale Rohabbildung 28 entweder von dem Detektor 24 oder dem Speicher 27. Im Schritt 52 teilt der Prozessor 26 die digita­ le Rohabbildung 28 in horizontale und/oder vertikale Pixel­ bänder auf. Exemplarische Bänder sind in Fig. 3 und 4 darge­ stellt. Fig. 3 veranschaulicht eine digitale Rohabbildung 70, welche aus einer Anordnung von Pixelwerten, wie z. B. einer 2 K × 2 K Pixelanordnung, bestehen kann. Die digitale Abb. 70 wird im Schritt 52 in mehrere vertikale Bänder 72 unterteilt, die sich von der Oberseite 73 zu der Unterseite 75 der Abbil­ dung erstrecken und eine vorbestimmte vertikale Bandbreite 74 aufweisen. Nur beispielsweise kann jede vertikale Bandbreite 74 gleich einer geradzahligen Anzahl von Pixeln, wie z. B. 100, in vertikalen Bandzeilen 83-85 sein. Somit würden in ei­ ner digitalen Abb. 70 von 2000 mal 2000 Pixeln zwanzig vertikale Bänder 72 benutzt werden, wovon jedes eine Breite von 100 Pixeln aufweist.

Alternativ oder zusätzlich kann im Schritt 52 die digita­ le Abb. 70 in horizontale Bänder 76 gemäß Darstellung in Fig. 4 unterteilt werden. Die horizontalen Bänder 76 erstrec­ ken sich von der linken Seite 77 zu der rechten Seite 79 der digitalen Abb. 76 und weisen eine vorbestimmte horizon­ tale Bandbreite 78 auf. Beispielsweise kann die horizontale Bandbreite 78 ebenfalls 100 Pixel in der Breite in horizonta­ len Bandspalten 80-82 sein. Die horizontalen Bänder 76 er­ strecken sich von einer Seite der digitalen Abb. 70 zu der anderen.

Sobald die horizontalen und/oder vertikalen Bänder 72, 76 im Schritt 52 erzeugt sind, berechnet der Prozessor 26 einen gemittelten Grauskalenpixelwert quer zur Breite jedes hori­ zontalen und vertikalen Bandes 72 und 76 (Schritt 54). Ein horizontales Band 78 kann beispielsweise 100 Pixel in der Breite und 2000 Pixel in der Länge aufweisen. Im Schritt 54 durchläuft der Prozessor nacheinander jede Gruppe von 100 Pi­ xeln in den horizontalen Bandspalten 80-82. Es wird ein ge­ mittelter Pixelwert für die 100 Pixel in der horizontalen Bandspalte 80 berechnet, während getrennt gemittelte Pixel­ werte auf der Basis der Gruppen mit 100 Pixeln in den hori­ zontalen Bandspalten 81 und 82 berechnet werden. Dieser Ab­ lauf wird wiederholt bis ein Unterabtastungsvektor für jedes horizontale Band 78 erzeugt ist. In dem Beispiel von Fig. 4 enthält jeder Unterabtastungsvektor 2000 gemittelte Pixelwer­ te, welche sich quer zu dem Profil oder der Länge des hori­ zontalen Bandes 78 erstrecken. Ein separater Unterabtastungs­ vektor wird für jedes horizontale Band 78 und/oder jedes ver­ tikale Band 74 berechnet. Sobald die Unterabtastungsvektoren berechnet sind, wird ein horizontales und/oder vertikales Profil für jedes horizontale oder vertikale Band 74 und 78 erzeugt.

Fig. 5 veranschaulicht graphisch ein einem horizontalen oder vertikalen Band 74 oder 78 zugeordnetes Profil 90. Die horizontale Achse 92 des Profils 90 in Fig. 5 entspricht der Länge eines zugeordneten vertikalen oder horizontalen Bandes 74 oder 78. Die vertikale Achse 94 entspricht den Grauskalen­ pegeln der gemittelten Pixelwerte für einen Unterabtastungs­ vektor (Sub-Scan-Vektor), der einer Gruppierung von Pixeln innerhalb einer der Zeilen 83-85 oder Spalten 80-82 eines zu­ geordneten horizontalen bzw. vertikalen Bandes 74 oder 78 zu­ geordnet ist. In dem vorstehend diskutierten Beispiel, bei dem ein horizontales Band 78 2000 Pixel in der Länge und 100 Pixel in der Breite aufweist, würde das zugeordnete Profil 90 2000 gemittelte Pixelwerte enthalten, welche die Länge der horizontalen Achse 92 des Profils 90 überspannen.

Das in Fig. 5 veranschaulichte exemplarische Profil 90 gemittelter Pixelwerte kann von einer Röntgenstrahlungsabta­ stung (Scan) des Brustraums eines Patienten stammen. Das Pro­ fil 90 enthält vordere und hintere Abschnitte 95 und 110 mit sich Null annähernden Grauskalenpegeln. Die vorderen und hin­ teren Abschnitte 95 und 110 können Bereichen des Detektors entsprechen, welche von einem Kollimator abgedeckt sind, wel­ cher einen Hauptanteil der Strahlung absorbiert. Rohstrah­ lungsspitzen 96 und 108 entsprechen Bereichen mit einer hohen Strahlungsaussetzung und können einfach die dem digitalen De­ tektor ausgesetzte Rohstrahlung repräsentieren. Gewebetäler 98 und 106 entsprechen Gewebeabschnitten des Patienten, wie z. B. entlang der rechten und linken Seiten des Brustraums. Dazwischenliegende Lungenspitzen 100 und 104 entsprechen den Lungenflügeln des Patienten, während das Mediastinumtal 102 der Mitte oder dem Mediastinum des Patienten entspricht.

Sobald das Profil 90 erzeugt ist, wird das Profil 90 des Unterabtastungsvektors (Sub-Scan-Vektor) für jedes Band im Schritt 56 differenziert, um ein die Veränderung in der Grauskala an jedem Ort entlang des Profils 90 identifizieren­ des differenziertes Grauskalenprofil zu erhalten. Fig. 6 ver­ anschaulicht ein differenziertes Grauskalenprofil 120, wobei die horizontale Achse 122 einer Länge eines zugeordneten ver­ tikalen oder horizontalen Bandes 74 oder 78 entspricht. Die vertikale Achse 124 des differenzierten Grauskalenprofils 120 identifiziert positive und negative Veränderungen in dem Grauskalenpegel pro Einheitsabstand entlang eines zugeordne­ ten Bandes 72, 74. Beispielsweise ist die Spitze 126 dem Punkt 97 des Profils 90 mit einer maximalen Steigung zugeord­ net. Die Spitze 99 in dem Rohstrahlungsabschnitt 96 ent­ spricht dem Punkt 128 in dem differenzierten Grauskalenprofil 120, wo die differenzierte Grauskala gleich Null ist. Die Punkte 130-136, bei welchen das differenzierte Grauskalenpro­ fil 120 die Nullinie kreuzt, entspricht jeweils den Punkten 140-146 in dem Grauskalenprofil 90.

Anschließend berechnet der Prozessor 26 im Schritt 58 in Fig. 2 Schwellenwerte, welche zum Identifizieren von Spitzen in dem differenzierten Grauskalenprofil 120 verwendet werden können. Im Schritt 60 untersucht der Prozessor 26 jedes dif­ ferenzierte Band, um Anfangs- und Endpunkte von nichtklini­ schen Bereichen zu identifizieren, wie sie z. B. Rohstrahlung und Kollimatoren zugeordnet sind. Nur beispielsweise kann auch ein Rohstrahlungs-Suchalgorithmus zur Analyse des diffe­ renzierten Grauskalenprofils 120 durchgeführt werden, um die Anfangs- und Endpunkte der nicht-klinischen Bereiche zu iden­ tifizieren.

Der Prozessor 26 kann beispielsweise mit der Abtastung des differenzierten Grauskalenprofils 120 von links nach rechts beginnen und die erste positive Spitze 126 des Profils 120 identifizieren. Sobald die Spitze 126 identifiziert ist, kehrt der Prozessor 26 die Abstastrichtung um und sucht in Richtung zur linken Kante des Profils 120 bis der Prozessor 26 einen Punkt identifiziert, bei dem der differenzierte Vek­ tor gleich Null ist. Der Prozessor 26 schaltet dann eine Mas­ ke in der digitalen Abb. 28 an dem Punkt ein, der dem Punkt entspricht, an dem der differenzierte Vektor gleich Null ist (nämlich an Punkt 125). Anschließend bleibt die Mas­ ke eingeschaltet, da das differenzierte Profil auf die erste negative Spitze (Punkt 129) hin abgetastet wird. Die Punkte 126 und 129 können durch Vergleichen der Spitzenschwellenwer­ te 121 und 123 mit dem differenzierten Profil 120 identifi­ ziert werden. Sobald die negative Spitze 129 identifiziert ist, setzt der Prozessor 26 die Abtastung des differenzierten Vektors bis dieser Null ist (nämlich bis Punkt 130) fort. Die Maske wird bei dem Punkt 130 ausgeschaltet.

Der Prozessor 26 setzt die Abtastung des differenzierten Profils 120 fort, bis das Profil 120 wieder den positiven Spitzenschwellenwert 121 (wie z. B. bei dem Punkt 150) über­ schreitet. Wenn die Spitze 150 identifiziert ist, kehrt der Prozessor 26 die Abtastrichtung um, um weiter zu suchen bis er den Punkt identifiziert, an dem der differenzierte Vektor gleich Null ist (Punkt 134) und schaltet wieder die Maske ein. Die nochmalige Abtastung erfolgt nach rechts während der Prozessor 26 nach einer negativen Spitze sucht, welche den Schwellenwert 123 (wie z. B. bei dem Punkt 151) überschreitet. Sobald die negative Spitze 151 identifiziert ist, wird der differenzierte Vektor 120 dann auf den nächsten Punkt abgeta­ stet, bei welchem er gleich Null ist (Punkt 136). Bei dem Punkt 136 wird die Maske wieder ausgeschaltet.

Die vorstehende Unterscheidungstechnik entfernt effektiv den Anteil der digitalen medizinischen Abbildung vor dem Punkt 130 und nach dem Punkt 134.

In Fig. 5 hat die vorstehend diskutierte Unterscheidungs­ technik die Auswirkung einer Entfernung oder Ignorierung des Abschnittes der digitalen medizinischen Abbildung vor dem Punkt 140 und nach dem Punkt 144. Der Prozessor identifiziert wirksam alles vor dem Punkt 140 und nach dem Punkt 144 als nicht-klinischen Bereichen, nämlich Rohstrahlungs- und Kolli­ matorbereichen, entsprechend. Der restliche Abschnitt des Profils 90 zwischen den Punkten 140 und 144 enthält die Lun­ genspitzen 100 und 104, welche den Lungenflügeln entsprechen, und ein Mediastinumtal 102, welches dem Mediastinum ent­ spricht. Der Bereich des Profils 90 zwischen den Punkten 140 und 144 entspricht der segmentierten Abb. 30, welche in dem Speicher 27 in dem Dynamikumfang-Ermittlungssystem 10 ge­ speichert ist.

Anschließend berechnet der Prozessor 26 im Schritt 64 ge­ wünschte Abbildungseigenschaften, wie z. B. Mittelwert, Zen­ tralwert, Durchschnittswert, Standardabweichung, maximale und minimale Grauskalenwerte der segmentierten Abb. 30 und dergleichen. Gemäß Darstellung in Fig. 5 entsprechen die ma­ ximalen und minimalen Grauskalenwerte den Punkten 141-143 und definieren den Dynamikumfang des klinischen Bereichs. Nach der Ermittlung der gewünschten Abbildungseigenschaften, wie z. B. der maximalen und minimalen Grauskalenwerte der segmen­ tierten Abb. 30 im Schritt 66, paßt der Prozessor 26 den Dynamikumfang des Bildgebungssystems für medizinische Unter­ suchungen an, um einen auf den Abbildungseigenschaften basie­ renden Dynamikumfang-angepaßte Abbildung zu erzeugen. Die Dy­ namikumfang-angepaßte Abbildung und/oder die Dynamikumfang- Abbildungseigenschaften 32 werden in dem Speicher 27 gespei­ chert.

Optional kann die Dynamikumfang-angepaßte Abbildung durch Abbilden des klinischen Bereichs der ursprünglichen digitalen Rohabbildung 28 in ein Ausgabeabbildungssegment durch Durch­ leiten des klinischen Bereichs der digitalen Rohabbildung 28 durch eine Nachschlagetabelle erhalten werden, welche Pixel­ eingabewerte mit gewünschten Ausgabepixelwerten korreliert. Beispielsweise können die Eingabe- und Ausgabewerte, die in der Nachschlagetabelle gespeichert sind, eine lineare Bezie­ hung zueinander, eine sinusförmige Beziehung zueinander und dergleichen aufweisen. Die Abbildungseigenschaften, wie z. B. die im Schritt 64 berechneten maximalen und minimalen Grau­ skalenwerte, können zur Anpassung der Steigung oder Form der Abbildungsfunktion in der Nachschlagetabelle verwendet wer­ den, um einen konstanten Dynamikumfang für alle von dem Sy­ stem verarbeiteten digitalen Abbildungen unabhängig von Ver­ änderungen im Film, in Patienten, in der Belichtung und in Systemen einzuhalten.

Es sei angemerkt, daß nicht alle digitalen medizinischen Abbildungen einen nicht-klinischen Bereich enthalten. Somit kann im Schritt 60 der Unterscheidungsvorgang eine Null- oder Leerlösung (d. h., keine Anfangs- und Endpunkte) enthalten. Digitale medizinische Abbildungen, die keine nicht-klinischen Bereiche enthalten, werden im Schritt 64 als segmentierte Ab­ bildung behandelt. Der Schritt 62 wird wirkungsmäßig über­ sprungen.

Anschließend wendet sich die Diskussion einem alternati­ ven Ausführungsbeispiel zur Segmentierung von nichtklini­ schen Bereichen gemäß Darstellung in Fig. 7 zu. Beginnend mit dem Schritt 200 erhält der Prozessor 26 wieder eine digitale Rohabbildung 28. Im Schritt 202 wird ein Histogramm aus der digitalen Rohabbildung 28 erzeugt. Im Schritt 204 werden Grauskalenschwellenwerte für Grauskalenpegel innerhalb des nicht-klinischen Bereichen zugeordneten Histogramms berech­ net. Im Schritt 206 werden die Grauskalenschwellenwerte zur Identifizierung von Spitzen in dem Histogramm, welche den nicht-klinischen Bereichen entsprechen, verwendet. Sobald die nicht-klinischen Bereiche im Schritt 206 identifiziert sind, werden die Grauskalenpegel des Histogramms, die dem nicht­ klinischen Bereich zugeordnet sind, maskiert und die restli­ chen Grauskalenpegel aus der digitalen Abbildung bilden eine segmentierte Abb. 30, die dem klinischen Bereich ent­ spricht. Im Schritt 210 ermittelt der Prozessor die Dynamik­ umfangseigenschaften für die segmentierte Abb. 30. Im Schritt 212 wird der Dynamikumfang der digitalen medizini­ schen Abbildung angepaßt, um ein Dynamikumfang-angepaßte Ab­ bildung auf der Basis der im Schritt 210 berechneten Dynami­ kumfangseigenschaften zu erzeugen.

Der Verarbeitungsablauf von Fig. 7 wird besser in Verbin­ dung mit Fig. 8 veranschaulicht. Fig. 8 veranschaulicht ein im Schritt 202 erzeugtes Histogramm 300, in welchem die Grauskalenpegel entlang der horizontalen Achse 302 aufgetra­ gen sind und die Anzahl der Pixel bei jedem Grauskalenpegel entlang der vertikalen Achse 304 aufgetragen ist. Das Histo­ gramm 300 enthält einen vorderen Bereich 306 mit Grauskalen­ pegeln, welche sehr niedrig sind. Der Teilbereich 306 kann einem Kollimatorbereich entsprechen. Das Histogramm 300 ent­ hält ferner einen hinteren Bereich 308 mit einer großen An­ zahl von Pixeln bei sehr hohen Grauskalenpegeln. Der Bereich 308 kann Rohstrahlungsbereichen der digitalen Abb. 28 entsprechen. Ein Zwischenbereich 310 entspricht dem klini­ schen Bereich, welcher die den Lungenflügeln und dem Media­ stinum zugeordneten Grauskalenpegel enthält.

Während des Betriebsablaufs werden die Grauskalenschwel­ lenwerte 312 und 314 im Schritt 204 berechnet und zum Identi­ fizieren von Spitzen verwendet, die nicht-klinischen Berei­ chen (d. h., Bereichen 306 und 308) entsprechen. Im Schritt 208 werden die Grauskalenpegel in den Bereichen 306 und 308 maskiert, um zugeordnete nicht-klinische Bereiche zu verber­ gen und um eine segmentierte Abb. 30 zu erzeugen, welche nur klinischen Bereiche mit Grauskalenpegeln aus dem Zwi­ schenbereich 310 aufweist. Anschließend werden im Schritt 210 die maximalen und minimalen Grauskalenwerte innerhalb des Zwischenbereichs 310 berechnet und zur Anpassung des Dynamik­ umfangs des medizinischen Systems im Schritt 212 verwendet.

Das Dynamikumfang-Handhabungssystem der bevorzugten Aus­ führungsbeispiele ermöglicht, daß gewünschte optische Aus­ gangsdichten für alle Patienten unabhängig vom Typ des ver­ wendeten Films, Schirms oder Detektors, unabhängig von der Belichtung, unabhängig von der Dosis und unabhängig von abge­ tasteten individuellen Patienten erhalten werden.

Obwohl besondere Elemente, Ausführungsbeispiele und An­ wendungen der vorliegenden Erfindung dargestellt und be­ schrieben wurden, dürfte es sich natürlich verstehen, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, da Modifikationen vom Fachmann auf diesem Gebiet insbesondere im Lichte der vorste­ henden Lehren durchgeführt werden können. Daher sollen die beigefügten Ansprüche solche Modifikationen mit abdecken, so­ fern diese Merkmale beinhalten, welche innerhalb des Erfin­ dungsgedankens und Schutzumfangs der Erfindung liegen.

Claims (24)

1. Verfahren zur Ermittlung eines Dynamikumfangs einer digi­ talen medizinischen Abbildung (28) für ein medizinisches Bildgebungssystem (8), wobei die digitale medizinische Abbildung (28) einen klinischen Bereich enthält, mit den Schritten:
Ermitteln (60), ob die digitale medizinische Abbil­ dung (28) einen nicht-klinischen Bereich enthält; und
Berechnen (64) eines Dynamikumfangs für einen klini­ schen Bereich.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt:
Unterteilen (52) der digitalen medizinischen Abbil­ dung in Bänder (72, 76) vorbestimmter Breite, wobei der Ermittlungsschritt (60) den nicht-klinischen Bereich in jedem Band (72, 76) identifiziert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die digitale medizini­ sche Abbildung (28) in horizontale (78) und vertikale (76) Bänder während des Ermittlungsschrittes unterteilt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt:
Differenzieren (56) der digitalen medizinischen Ab­ bildung (28), wobei der Ermittlungsschritt (60) eine Lage des nicht-klinischen Bereichs auf der Basis eines Ergeb­ nisses der Differentiation (56) berechnet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt:
Berechnen mindestens eines Schwellenwertes (121, 123, 312, 314) auf der Basis eines Dynamikumfangs der digita­ len medizinischen Abbildung, wobei der mindestens eine Schwellenwert (121, 123, 312, 314) dazu verwendet wird, um mindestens einen von maximalen und minimalen Werten (126, 129, 306, 308) für den nicht-klinischen Bereich zu identifizieren.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Identifizierungs­ schritt (206) mindestens einen von maximalen und minima­ len Werten (306, 308) des Histogramms auf einen nicht­ klinischen Bereich hin auf der Basis mindestens eines vorbestimmten Schwellenwertes (312, 314) unterscheidet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt:
wenn die Existenz eines nicht-klinischen Bereichs er­ mittelt ist, Maskieren (62, 208) des nicht-klinischen Be­ reichs in der digitalen medizinischen Abbildung, bevor der Dynamikumfang berechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt:
Maskieren (62, 208) von nicht-klinischen Bereichen auf der Basis mindestens eines von maximalen und minima­ len Grauskalenwerten (126, 129, 306, 308) für den nicht­ klinischen Bereich.

9. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt:
Erzeugen eines Histogramms (202) der digitalen medi­ zinischen Abbildung, wobei der Maskierungsschritt (208) Grauskalenpegel in dem Histogramm maskiert, die vorbe­ stimmte obere und untere Schwellenwerte (312, 314) über­ schreiten.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ermittlungsschritt ermittelt (60, 206), daß die digitale medizinische Abbil­ dung keinen nicht-klinischen Bereich enthält, und der Be­ rechnungsschritt (64, 210) einen Dynamikumfang der gesam­ ten digitalen medizinischen Abbildung als klinischer Be­ reich berechnet.

11. Bildgebungsvorrichtung (8) für medizinische Untersuchun­ gen zur Steuerung eines Dynamikumfangs einer darzustel­ lenden digitalen medizinischen Abbildung (28), wobei die digitale medizinische Abbildung (28) einen klinischen Be­ reich und einen nicht-klinischen Bereich aufweist, ent­ haltend:
ein Segmentierungsmodul, das einen nicht-klinischen Bereich einer digitalen medizinischen Abbildung (28) identifiziert (60); und
ein Dynamikumfangsmodul, das einen Dynamikumfang ei­ nes klinischen Bereichs der digitalen medizinischen Ab­ bildung ermittelt, sobald der nicht-klinische Bereich segmentiert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit:
einem eine digitale medizinische Abbildung mit klini­ schen und nicht-klinischen Bereichen erzielenden digita­ len Detektor (22).

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Segmentierungsmo­ dul einen Rohstrahlungsbereich in dem nicht-klinischen Bereich identifiziert (60).

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Segmentierungsmo­ dul einen kollimierten Bereich in dem nicht-klinischen Bereich identifiziert (60).

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Segmentierungsmo­ dul nicht-klinische Bereiche auf der Basis von Verände­ rungen in den Grauskalenpegeln (120, 300) der digitalen medizinischen Abbildung identifiziert (60).

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Segmentierungsmo­ dul mindestens einen Teilabschnitt der digitalen medizi­ nischen Abbildung differenziert (56), um den nichtkli­ nischen Bereich zu identifizieren.

17. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Segmentierungsmo­ dul den nicht-klinischen Bereich auf der Basis mindestens eines Grauskalenschwellenwertes unterscheidet (60).

18. Vorrichtung nach Anspruch 11, welches ferner einen Pro­ zessor (26) aufweist, welcher mindestens einen Schwellen­ wert (121, 123, 312, 314) auf der Basis eines Dynamikum­ fangs der digitalen medizinischen Abbildung (28) berech­ net, wobei das Segmentierungsmodul den nicht-klinischen Bereich auf der Basis des Schwellenwertes unterscheidet (60).

19. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Dynamikumfangsmo­ dul einen Prozessor (26) enthält, welcher einen nicht­ klinischen Bereich bei der Ermittlung des Dynamikumfangs des klinischen Bereichs maskiert.

20. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit:
einem Prozessor (26), welcher mindestens einen von einem maximalen und minimalen Grauskalenschwellenwert (126, 129) für die digitale medizinische Abbildung (28) berechnet, um den nicht-klinischen Bereich zu identifi­ zieren.

21. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit:
einem Prozessor (26), welcher mindestens einen von maximalen und minimalen Grauskalenschwellenwerten (126, 129) für den klinischen Bereich berechnet, um den Dynami­ kumfang des klinischen Bereichs zu ermitteln.

22. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit:
einem Prozessor, der ein Histogramm (300) mindestens eines Teilabschnittes der digitalen medizinischen Abbil­ dung (28) erzeugt, um nicht-klinischen Bereichen zugeord­ nete Grauskalenpegel (306, 308) zu identifizieren.

23. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Segmentierungsmo­ dul (62, 208) einen in der digitalen medizinischen Abbil­ dung identifizierten nicht-klinischen Bereich maskiert.

24. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Segmentierungsmo­ dul ermittelt (60, 206), daß die digitale medizinische Abbildung keinen nicht-klinischen Bereich enthält, wobei das Dynamikumfangsmodul einen Dynamikumfang der digitalen medizinischen Abbildung als den klinischen Bereich ermit­ telt.