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Die
Erfindung betrifft die Bildbearbeitung digitaler Röntgenfotografien,
wie sie bei Panorama- oder cephalometrischer Röntgenografie erhalten werden.
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Auf
dem Gebiet der Dental-Röntgenografie wird
Panorama- oder cephalometrische Röntgenografie verwendet. Bei
Panorama-Röntgenografie werden
das gesamte Gebiss oder der Kieferknochen und die zugehörige Umgebung
in einem einzelnen Röntgenbild
abgebildet. Zum Beispiel scannt ein durch eine Röntgenstrahlquelle erzeugter
schlitzförmiger
Röntgenstrahl
ein Objekt (oder einen Patienten) sukzessive ab, während ein
Film synchron mit dem Scanvorgang bewegt wird. Dann wird ein Bild
einer scheibenförmigen
Ebene erhalten. Bei cephalome trischer Röntgenografie wird der Kopf
einer Person oder eines Objekts fixiert, um zwischen der Röntgenstrahlquelle
und dem Objekt eine konstante Beziehung aufrecht zu erhalten, und
das gesamte Objekt wird in einer Vorderansicht, einer Seitenansicht oder
dergleichen abgebildet.
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Die
Erfindung betrifft die Bildbearbeitung digitaler Röntgenbilder.
Ein Beispiel hintergrundbildender Technik für eine derartige Bildbearbeitung
ist in JP-U-6-31704/1994 (japanische Gebrauchsmusteranmeldung 4-69546/1992)
hinsichtlich MIP-Bearbeitung bei einem Röntgen-Computertomografie(CRT- )scanner
beschrieben. Bei der MIP-Bearbeitung werden Röntgendaten einer Filterung
im Echtraum unterzogen, und es werden Fouriertransformierte berechnet,
um Daten in einem Frequenzraum zu liefern. Nach dem Eingrenzen des
Frequenzbereichs durch ein Frequenzfilter zur Bandpassfilterung
oder zur Bandabschwächung
zum Löschen
von Signalen und Störungen
innerhalb nicht benötigter
Frequenzen werden die inversen Fouriertransformierten zu den Daten
im Frequenzraum berechnet, um Daten im Echtraum zu liefern. Als
Glättungstechnik
für Bilddaten
ist es auch bekannt, dass diese in Fouriertransformierte im Frequenzraum
gewandelt werden und nach dem Löschen
hochfrequenter Komponenten die inversen Fouriertransformierten zu
den Fouriertransformierten berechnet werden.
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Bei
Panorama- und cephalometrischer Röntgenografie besteht die Tendenz,
selbst dann, wenn ein Objekt Röntgenstrahlen
gleichmäßig ausgesetzt wird,
dass ein Teil oder Teile des Objekts unzureichend bestrahlt werden,
während
ein anderer Teil oder andere Teile übermäßig bestrahlt werden, was durch
eine Dickenänderung
hinsichtlich verschiedener Teile im Objekt oder einer Änderung
der Bilddichte aufgrund eines störenden
Schattens hervorgerufen ist. Wenn ein Teil oder Teile eines Röntgenbilds zu
hell oder zu dunkel sind, kann es nicht zur Diagnose verwendet werden.
Daher ist es wünschenswert, Bilddaten
so zu verarbeiten, dass bestimmte Eigenschaften desselben verstärkt werden
oder es einfacher betrachtet werden kann.
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Bei
einer Vorrichtung für
Panorama-Röntgenografie
wird eine automatische Belichtung ausgeführt, um die Bilddichte gleichmäßig zu gestalten,
z. B. durch Einstellen der Röntgenstrahlintensität durch Ändern der
Röhrenspannung
(kV) und des Röhrenstroms
(mA) einer Röntgenröhre für jede Sektion
in einem Objekt oder durch Ändern
der Winkelgeschwindigkeit des Rotationsarms der Vorrichtung. Zum
Beispiel werden die Röhrenspannung
und der Röhrenstrom
abhängig
von einer Änderung
der Filmgeschwindigkeit zwischen vorderen und hinteren Zähnen eingestellt,
um die Dichte über
den gesamten Film gleichmäßig zu machen.
Jedoch bildet es immer noch ein Problem, dass ein Teil oder Teile
eines Röntgenbilds
zu hell oder zu dunkel sind. Hinsichtlich einer Vorrichtung für cephalometrische
Röntgenografie verfügt der dickste
Teil in einem Objekt über
eine viel kleinere Röntgentransmission
als die Umgebungsluft, so dass ein Röntgenbild einen großen Dynamikbereich
aufweist. Jedoch ist es schwierig, ein gesamtes Röntgenbild
ohne Änderung
des Kontrasts oder der Intensität
zu betrachten. Ferner tritt ein ähnliches Problem
bei Vorrichtungen für
Panorama- und cephalometrische Röntgenografie
auf, die einen CCD(Charge Coupled Device)-Sensor oder dergleichen
verwendet, ähnlich
wie bei einer solchen unter Verwendung eines Films.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bearbeitung eines Röntgenbilds
zu schaffen, die für
Diagnose bei Panorama- und cephalometrischer Röntgenografie geeignet sind.
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Diese
Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch
1 und die Vorrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch
8 gelöst.
Außerdem
wird gemäß dem Anspruch
12 Schutz für
einen computerlesbaren Aufzeichnungsträger beansprucht, der ein Programm
zum Ausführen
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
speichert. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind
Gegenstand jeweiliger abhängiger
Ansprüche.
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Die
angegebenen sowie weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den bevorzugten
Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen deutlich werden.
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1 ist eine Vorderansicht
einer Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung;
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2 ist eine Seitenansicht
der Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung;
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3 ist ein Blockdiagramm
des Innenaufbaus eines Computers;
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4 ist ein Flussdiagramm
einer Bildbearbeitung;
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5 ist ein Diagramm eines
Beispiels einer zweidimensionalen Maske;
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6 ist ein Kurvenbild zur
Abhängigkeit
einer Frequenzraumgröße u bei
einem Beispiel einer zweidimensionalen Maske;
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7 und 8 sind Diagramme eines jeweiligen weiteren
modifizierten Beispiels einer zweidimensionalen Maske;
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9 ist ein Diagramm eines
durch Panorama-Röntgenografie
erhaltenen Röntgenbilds
vor einer Maskenanwendung; und
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10 ist ein der 9 entsprechendes Diagramm,
jedoch nach einer Maskenanwendung.
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In
den Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche oder entsprechende
Teile. Dabei zeigen die 1 und 2 eine zu Dentalzwecken verwendete
Vorrichtung für
Panorama- und cephalometrische Röntgenografie.
Bei dieser Vorrichtung verfügt
ein Hauptkörper 10 eines
Hubschlittens über einen
zentralen Teil parallel zu einer senkrechten Säule 14, die an einem
Sockel 12 befestigt ist, wobei sich eine obere und eine
untere Erweiterung 10a und 10b an der Ober- bzw.
der Unterseite des zentralen Teils zur Vorderseite der Vorrichtung
hin erstrecken. Mit dem zentralen Teil ist ein Hubmechanismus (nicht dargestellt)
verbunden, um den Hauptkörper 10 entlang
der Säule 14 nach
oben oder unten zu bewegen. Die obere Erweiterung 10a enthält eine
einen Patienten positionierende Vorrichtung (nicht dargestellt). Unterhalb
der oberen Erweiterung 10a ist ein Dreharm 16 drehbar
gelagert. Der Dreharm 16 verfügt über einen Röntgenstrahlkopf (Röntgenstrahlquelle) 18,
die Röntgenstrahlen
erzeugt, und einen Röntgenstrahlsensor 20,
wie einen Film, eine Bildaufnahmeplatte, einen CCD-Sensor, einen
MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)-Sensor oder einen Fotovervielfacher
für Röntgenfluoreszenzlicht.
Der Röntgenstrahlkopf 18 ist
dem Röntgenstrahlsensor 20 gegenüberstehend
positioniert. An einem Ende der unteren Erweiterung 10d sind
eine Kinnstütze
(nicht dargestellt) zum Aufsetzen des Kinns eines Patienten und
eine Platte (nicht dargestellt) zum Abstützen von Seiten des Kopfs des
Patienten vorhanden. Ferner sind, für cephalometrische Röntgenografie,
eine Befestigungsvorrichtung (Ohrstück) 24 zum Fixieren der
Position des Patienten sowie ein Röntgenstrahlsensor 20 an
der Oberseite eines Arms 22 vorhanden, der auf einer Querseite
der Stütze 14 vorhanden
ist. Zwischen Panorama- und cephalometrischer Röntgenografie wer den der Winkel
und die Position des Röntgenstrahlkopfs
und/oder des Röntgenstrahlsensors 20 verstellt.
Die Vorrichtung verfügt ferner über eine
Steuerungseinrichtung 30 zum Steuern ihres Betriebs, einen
Computer 32 zum Erzeugen eines Röntgenbilds durch Verarbeiten
von Daten, wie sie vom Röntgenstrahlsensor 20, 26 erhalten
werden, und eine Anzeigevorrichtung 34 zum Anzeigen des
Röntgenbilds.
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Bei
Panorama-Röntgenografie
wird ein auf der Kinnstütze
abgestütztes
Objekt zwischen dem Röntgenstrahlkopf 18 und
dem Röntgenstrahlsensor 20 fixiert.
Mittels eines vertikalen Schlitzes (nicht dargestellt), der sich
vor einem Röntgenstrahlgenerator (nicht
dargestellt) befindet, wird ein schlitzförmiger Röntgenstrahl erzeugt, und der
Dreharm wird gedreht, um den Patienten sukzessive abzuscannen und
synchron mit dem Scanvorgang ein Bild vom Röntgenstrahlsensor zu erhalten.
Der Computer 32 verarbeitet Bilddaten vom Röntgenstrahlsensor,
um ein Röntgenbild
entlang einer Schnittebene aufzunehmen.
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Ferner
wird bei cephalometrischer Röntgenografie
der Kopf als Objekt an der Vorderseite und den Seiten mittels der
Fixiervorrichtung 24 fixiert, um die Positionsbeziehung
zwischen dem Röntgenstrahlsensor 26 und
dem Objekt immer konstant zu halten. Dann erzeugt der Röntgenstrahlkopf 18 Röntgenstrahlen,
um das Objekt zu bestrahlen, und durch den Röntgenstrahlsensor 26 wird
ein gesamtes Bild des Objekts erhalten.
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Die 3 zeigt den Innenaufbau
des Computers 32 mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 100 zum
Steuern des gesamten Computers 32 sowie Speicherbauteilen
(Festwertspeicher und Direktzugriffsspeicher) 102, die über einen
Bus mit der CPU 100 verbunden sind. Die CPU 100 ist
ferner mit einer Tastatur 104, einer Maus 106,
einem Display 34 sowie einem Festplattenlaufwerk (HDD) 108 zum
Speichern von Programmen und Dateien sowie einer Kommunikationsvorrichtung 112 für Kommunikation
nach außen
versehen. In einem Speicher wie einer Festplatte oder einer CD ist
ein Programm zum Bearbeiten eines Röntgenbilds (4) und eine Maske zu diesem Zweck gespeichert.
Die CPU 100 arbeitet das Programm ab, wie es später erläutert wird.
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Ein
Speichermedium zum Speichern des Programms und der Maske für den Computer 32 kann
eine Diskette oder irgendeine optische Platte sein, und wenn ein
derartiges Medium verwendet wird, ist für den Computer 32 zusätzlich ein
Laufwerk, also ein Diskettenlaufwerk oder ein optisches Plattenlaufwerk,
vorhanden.
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Wie
es in der 4 dargestellt
ist, werden bei der Bearbeitung von Röntgenbilddaten für Panorama-
oder cephalometrische Röntgenografie
digitale Röntgenbilddaten
erfasst (Schritt S10). Bei einer Vorrichtung unter Verwendung einer
Bildaufnahmeplatte, eines CCD-Röntgensensors
oder dergleichen können
numerische Daten zum Bild direkt von der Vorrichtung als digitale
Röntgenbilddaten
erhalten werden. Die Erfindung kann auch bei digitalen Daten angewandt
werden, die durch einen digitalen Bildleser erhalten werden, der
ein Röntgenbild
auf einem Film liest. D. h., dass das Röntgenbild durch einen Digitalisierprozess
in numerische oder digitale Röntgenbilddaten
gewandelt werden kann. Da durch die oben genannten Prozesse erhaltene
digitale Röntgenbild-Rohdaten
proportional zur Intensität
transmittierter Röntgenografien
sind, werden sie unter Verwendung ihres natürlichen Logarithmus in Bilddaten
entsprechend linearer Integration von Röntgenstrahl-Absorptionskoeffizienten
gewandelt (Schritt S12). Dies bedeutet, dass die digitalen Röntgenbilddaten
durch logarithmische Transformation von durch den Röntgenstrahlsensor
erhaltenen Daten erhalten werden. Die oben genannten Schritte werden bekanntlich
allgemein ausgeführt.
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Als
Nächstes
werden die in Koordinaten x und y im Echtraum repräsentierten
Bilddaten in zweidimensionale Fouriertransformierte gewandelt, um Daten
in einem zweidimensionalen Frequenzraum zu liefern, die durch Koordinaten
u und v repräsentiert sind
(Schritt S14). Wenn ein Gesicht von vorne aufgenommen wird, wird
davon ausgegangen, dass die Koordinaten x und y in einem Bild (orthogonal
zu einer Mittellinie parallel zur Richtung y in den 9 und 10 sowie
parallel zu einer Richtung, die die zwei Ohrlöcher verbindet) horizontal
bzw. vertikal (parallel zur Mittellinie) verlaufen. Dann repräsentieren
die Koordinaten u und v Frequenzen in der horizontalen bzw. vertikalen
Richtung. Als Nächstes
werden die Daten im zweidimensionalen Frequenzraum mit Frequenzcharakteristiken
maskiert, die zwischen der horizontalen Richtung (u) und der vertikalen
Richtung (v) verschieden sind (Schritt S16). D. h., dass die Daten
im zweidimensionalen Frequenzraum mit Werten in einer Maske multipliziert
werden, die einen Hochpassfilter bildet, um niedrige Raumfrequenzkomponenten
im ursprünglichen
Bild zu verringern. Diese Maskenanwendung dient nicht zum Löschen überflüssiger Teile,
sondern zum Multiplizieren der Bilddaten mit den Werten in der Maske.
Als Nächstes
werden die der Maskenanwendung unterzogenen Daten in inverse Fouriertransformierte
umgesetzt, um resultierende Bilddaten mit den Koordinaten x und
y im Echtraum zu liefern (Schritt S18). Das so erhaltene Bild dient
zur Diagnose.
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Wie
oben erläutert,
führt der
Computer 32 Folgendes aus: (a) er berechnet die Fouriertransformierten
in einem zweidimensionalen Frequenzraum für digitale Röntgenbilddaten,
die durch Panorama- oder cephalometrische Röntgenografie erhalten wurden;
(b) er multipliziert die Daten der Fouriertrans formierten mit Werten
einer Maske mit verschiedenen Frequenzcharakteristiken in zwei Koordinatenrichtungen
im zweidimensionalen Frequenzraum, wobei die Werte um den Ursprung
im Frequenzraum herum kleiner als 1 sind; und (c) er berechnet inverse
Fouriertransformierte zu den Daten der Fouriertransformierten nach
der Multiplikation, um resultierende Bilddaten im Echtraum zu liefern.
Jedoch kann, allgemein gesagt, auch ein erster Computer zum Berechnen
der Fouriertransformierten vorhanden sein; ein Multipliziere kann
zum Ausführen
der Multiplikation vorhanden sein; und ein zweiter Computer kann
dazu vorhanden sein, die inversen Fouriertransformierten zu den
Daten der Fouriertransformierten nach er Multiplikation zu berechnen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Form der für die Maskenanwendung im Schritt
S16 zu verwendende Maske wesentlich ist. Daten im durch die Koordinaten
u und v repräsentierten
Frequenzraum, die als Fouriertransformierte von mit den Koordinaten x
und y repräsentierten
Bilddaten erhalten werden, werden einer Maskenanwendung mit verschiedenen Frequenzcharakteristiken
in der vertikalen (v) und der horizontalen (u) Richtung unterzogen,
wie es in der 5 dargestellt
ist, wobei 1/2 δ die
Nyquist-Frequenz bezeichnet. Da die Frequenzcharakteristik für die zwei
Richtungen verschieden ist, kann ein Bild mit einer zu hellen oder
zu dunklen Richtung in ein besser isotropes Bild oder ein einfach
zu betrachtendes Bild gewandelt werden.
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Die 5 zeigt ein Beispiel einer
Maske, bei der die Frequenzcharakteristiken zwischen der vertikalen
und der horizontalen Richtung verschieden sind. Bei dieser Maske
ist der Wert im Ursprung auf einen Zahlenwert kleiner als 1 eingestellt,
z. B. zwischen 0 und 0,5, und der Wert an einem Punkt in der Maske
nimmt allmählich
auf 1 hin zu, wenn der Punkt weiter vom Ursprung weg liegt. Bei
einem in der 6 dargestellten
Beispiel nimmt der Wert linear zu. Der Wert der Maske wird am vom
Ursprung entfernten Umfang auf 1 gesetzt. D. h., dass Werte entfernt
vom Ursprung, oder hochfrequente Komponenten, nicht geändert, d.
h. konstant gehalten werden. Andererseits werden niederfrequente
Komponenten abgesenkt, da die Maske nahe dem Ursprung Werte kleiner
als 1 aufweist. Da der Wert allmählich
vom Ursprung zum Umfang hin zunimmt, können die niederfrequenten Komponenten
stärker
abgeschwächt
werden.
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Der
Wert Fx entlang der Koordinate u, bei der der Wert 1 erreicht wird,
wenn u vom Ursprung aus geändert
wird, unterscheidet sich vom Wert Fy der Koordinate v, bei der der
Wert 1 erreicht wird, wenn v vom Ursprung aus geändert wird. D. h., dass der
Wert der Maske in der horizontalen Richtung so vergrößert wird,
dass er bei +/– Fx
der Raumfrequenz den Wert 1 erreicht, während er in der vertikalen Richtung
so vergrößert wird,
dass er bei +/– Fy
der Raumfrequenz 1 erreicht. Im Allgemeinen sind Fx und Fy nicht
gleich.
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Für Panorama-
oder cephalometrische Röntgenografie
kann ein für
Diagnosezwecke geeignetes Bild erhalten werden, wenn Fx > Fy > 0 gilt. Anders gesagt,
ist die Frequenz, bei der der Wert Fx der Maske 1 wird, wenn die
Frequenz ausgehend vom Ursprung in Richtung der horizontalen Koordinatenachse
geändert
wird, größer als
die Frequenz, bei der der Wert Fy der Maske 1 wird, wenn die Frequenz vom
Ursprung in Richtung der vertikalen Koordinatenachse geändert wird.
Wenn ein Gesicht von vorne betrachtet wird, verläuft die Richtung x horizontal
(orthogonal zur Mittellinie und parallel zur Richtung y in den 9 und 10 sowie parallel zu einer die zwei Ohrlöcher verbindenden
Richtung), und die Richtung y verläuft in einem Bild vertikal
(parallel zur Mittellinie). Eine Vorrichtung für Panorama-Röntgenografie verwendet
einen Röntgenstrahl
in Form eines vertikalen Schlitzes. Die Ver besserung eines Panorama-Röntgenbilds
durch Einstellen von Fx > Fy > 0 kann dem zugeschrieben
werden, dass diese Einstellung einer Korrektur der Röntgenstrahlintensität in vertikaler
Richtung entspricht. Andererseits kann ein cephalometrisches Röntgenbild
aus einem ähnlichen
Grund ebenfalls durch die genannte Einstellung verbessert werden.
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Der
Rand der Maske, wo sie den Wert 1 aufweist, hat beim in der 5 dargestellten Beispiel
die Form einer Ellipse, jedoch kann er eine andere Form, z. B. Rechteckform,
aufweisen.
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Ferner
kann, wie es schematisch bei einem Beispiel in der 7 dargestellt ist, die Gleichsignalkomponente
dadurch reproduziert werden, dass der Wert der Maske am Ursprung
auf 1 gesetzt wird. Der Zahlenwert ganz nahe beim Ursprung wird
auf einen Wert unter 1 eingestellt (z. B. einen Wert zwischen 0 und
0,5), und er wird allmählich
erhöht,
wenn man sich zu Punkten in der Maske weiter entfernt vom Ursprung
bewegt. Durch Einstellen des Werts der Maske am Ursprung auf 1 kann
der Mittelwert der Bilddaten beibehalten werden. Jedoch ist diese
Bedingung nicht erforderlich. Zum Beispiel ist es möglich, die Gleichsignalkomponente
auf 0 zu setzen, während die
Bilddaten berechnet werden, um den Mittelwert aufrecht zu erhalten.
Diese Verarbeitung kann weggelassen werden, wenn der Wert der Maske
am Ursprung auf 0 gesetzt wird.
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Beim
in der 8 schematisch
dargestellten Beispiel einer Maske kann diese, da sie nicht nur
zur oben genannten Absenkung der niederen Raumfrequenzkomponenten
führt,
dadurch auf hohe Raumfrequenzkomponenten im Bild angewandt werden, dass
der Wert der Maske allmählich
von 1 auf 0 abgesenkt wird, wenn die Raumfrequenz über Fh ansteigt.
Als Beispiel für
Fh zeigt die 8 eine
Frequenz Fh unter der Nyquist-Frequenz (vorzugsweise ist die Frequenz
Fh geringfügig
kleiner als die Nyquist-Frequenz). Die Nyquist-Frequenz repräsentiert die
Grenze der Raumfrequenz entsprechend dem Kehrwert der Pixelschrittweite
mal zwei. Diese Verarbeitung ist nicht erforderlich, jedoch ist
sie wirkungsvoll, um Störsignale
abzusenken, wenn das Ursprungsbild Störsignale bei hohen Raumfrequenzen enthält.
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Die 9 und 10 zeigen Beispiele von Röntgenbildern,
wie sie bei Panorama-Röntgenografie vor
bzw. nach einer Maskenanwendung erhalten wurden. Aus einem Vergleich
der zwei Röntgenbilder ist
es ersichtlich, dass das Bild vor der Maskenanwendung auf der linken
und der rechten Seite zu hell ist (9)
und dass es nach der Maskenanwendung zur Diagnose geeignet ist (10).