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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein MTF-(Modulationsübertragungsfunktion)-Messverfahren
und System. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und
System zum Berechnen einer MTF, indem an einer LSF (Zeilenspreizungsfunktion)
eine Fouriertransformation durchgeführt wird.
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Eine
MTF bezeichnet eine Modulationsübertragungsfunktion
und zeigt die räumliche
Auflösung
eines durch ein Röntgen-Computertomographie-(CT)-System
rekonstruierten Bildes an. Die MTF dient daher dazu, die Leistung
des Röntgen-CT-Systems
zu bewerten. Die MTF wird berechnet, indem an einer LSF (Zeilenspreizungsfunktion),
die in dem rekonstruierten Bild erfasst ist, eine Fouriertransformation
durchgeführt
wird, wie z.B. aus "Series
of Advancements in Electronic Engineering No. 9 CT Scanner -- X-ray
Computed Tomography System" verfasst
von Yoshinori Iwai (Corona Publishing Co., Ltd., Mai 1980, S. 66-68)
hervorgeht.
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Um
eine MTF mit hoher Präzision
zu berechnen, ist es von größter Bedeutung,
die Mitte einer LSF genau zu erfassen. Die Mitte einer LSF wird
als ein Punkt in einem LSF-Bild festgestellt, der den größten Pixelwert
aufweist. Da die erfasste Position der Mitte aufgrund von Rauschen
möglicherweise
mit einem Fehler behaftet ist, ist ein Messen der MTF mit hoher
Präzision
schwierig.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
System zu schaffen, das dazu dient, eine MTF mit hoher Präzision zu
messen.
- (1) In einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung zum Verwirklichen der oben erwähnten Aufgabe, ist ein Verfahren
zum Erfassen der Mitte eines LSF-Bildes geschaffen, das in einem
tomographischen Bild enthalten ist, das durch ein Röntgen-CT-System erzeugt ist,
und Erstellen einer zweidimensionalen Fouriertransformation des
LSF-Bildes mit der Mitte als Bezugspunkt, um auf diese Weise eine
MTF zu berechnen. Um die Mitte zu erfassen, wird ein vergrößertes Bild
des in dem tomographischen Bild enthaltenen LSF-Bildes erzeugt und
basierend auf einem Schwellwert binärcodiert. Eine morphologische
Operation wird an dem binärcodierten
Bild durchgeführt.
Koordinaten, die Punkte darstellen, die entlang des Umrisses des
resultierenden Bildes abgetastet sind, werden erarbeitet, und dazu
verwendet, um Koordinaten zu berechnen, die die Mitte eines Kreises
durch eine Hough-Transformation repräsentieren. Die Koordinaten,
die die Mitte repräsentieren,
werden in Koordinaten transformiert, die einen Punkt in dem tomographischen
Bild repräsentieren.
- (2) In dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zum
Erreichen des oben erwähnten
Ziels ein MTF-Messsystem geschaffen, zu dem gehören: ein Erfassungsmittel zum
Erfassen der Mitte eines LSF-Bildes, das in einem tomographischen
Bild enthalten ist, das durch ein Röntgen-CT-System erzeugt ist;
und ein Berechnungsmittel zum Berechnen einer MTF durch Erstellen
einer zweidimensionalen Fouriertransformation des LSF-Bildes mit
der Mitte als Bezugspunkt. Das Detektionsmittel erzeugt ein vergrößertes Bild eines
Abschnitts des tomographischen Bildes, das das LSF-Bild enthält, binärcodiert
das vergrößerte Bild auf
der Grundlage eines Schwellwerts, führt eine morphologische Operation
an dem binärcodierten
Bild durch und erarbeitet Koordinaten, die Punkte repräsentieren,
die auf dem Umriss des resultierenden Bilds abgetastet sind. Die
Koordinaten, die Punkte repräsentieren,
die den Umriss definieren, werden verwendet, um Koordinaten zu berechnen,
die die Mitte eines Kreises durch eine Hough-Transformation darstellen. Die Koordinaten,
die die Mitte repräsentieren,
werden in Koordinaten transformiert, die einen Punkt in dem tomographischen
Bild repräsentieren.
Auf diese Weise ist die Mitte der LSF ermittelt.
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In
den vorausgehenden Aspekten wird ein vergrößertes Bild eines Abschnitts
eines tomographischen Bildes erzeugt, das ein LSF-Bild enthält, und
basierend auf einem Schwellwert binärcodiert. An dem binärcodierten
Bild wird anschließend
eine morphologische Operation durchgeführt. Koordinaten, die Punkte
darstellen, die den Umriss des resultierenden Bildes definieren,
werden abgetastet und dazu verwendet, um Koordinaten zu berechnen,
die die Mitte eines Kreises durch eine Hough-Transformation darstellen.
Die Koordinaten, die die Mitte repräsentieren, werden in Koordinaten
transformiert, die einen Punkt in dem tomographischen Bild repräsentieren.
Damit lässt
sich die Mitte des LSF-Bildes genau detektieren. Im Ergebnis lässt sich eine
MTF mit hoher Präzision
messen.
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Vorzugsweise
wird das vergrößerte Bild
durch Interpolieren von Pixeln erzeugt, so dass das vergrößerte Bild
ein geeignetes Bild sein wird. Mit Blick auf einen einfachen Rechenweg
ist die Interpolation vorzugsweise eine lineare Interpolation. Mit
Blick auf eine geeignete Binärcodierung
ist der Schwellwert vorzugsweise variabel.
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Erfindungsgemäß sind ein
Verfahren und System geschaffen, um mit hoher Präzision eine MTF zu messen.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem
Lesen der nachfolgenden Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen
veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines MTF-Messsystems.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, das Vorgänge
beschreibt, die von dem MTF-Messsystem auszuführen sind.
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3 zeigt
ein konzeptionelles Diagramm hinsichtlich einer Bildverarbeitung.
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4 zeigt
ein konzeptionelles Diagramm hinsichtlich einer Bildverarbeitung.
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5 zeigt
ein konzeptionelles Diagramm hinsichtlich einer Bildverarbeitung.
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6 zeigt
ein funktionelles Blockdiagramm der MTF.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf Zeichnungen wird weiter unten ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben. 1 zeigt in einem Blockdiagramm
ein MTF-Messsystem. Das MTF-Messsystem
dient als ein Beispiel für
das Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Komponenten des MTF-Messsystems stellen
ein Beispiel eines MTF-Messsystems gemäß des Ausführungsbeispieles der vorliegenden
Erfindung dar. Die Vorgänge
des MTF-Messsystems bilden ein Beispiel eines MTF-Messsystems gemäß des Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 1 gezeigt, gehört
zu dem MTF-Messsystem ein Rechner 100. Der Rechner 100 nimmt
ein Bild entgegen und weist einen Arbeitsspeicher 102 auf.
Das entgegengenommene Bild wird in dem Arbeitsspeicher 102 gespeichert.
Darüber
hinaus werden vielfältige
Datenelemente und von dem Rechner 100 zu verwendende Programme
in dem Arbeitsspeicher 102 gespeichert. Der Rechner 100 arbeitet
die in dem Arbeitsspeicher 102 gespeicherten Programme
ab, wobei vielfältige
Arten von Datenverarbeitung mit Blick auf eine MTF-Messung durchgeführt werden.
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Der
Rechner 100 enthält
ferner eine Displayeinheit 104 und eine Bedienungseinheit 106.
Ein Bild oder sonstige von dem Rechner 100 ausgegebenen
Daten werden auf der Displayeinheit 104 angezeigt. Ein
Benutzer bedient die Bedienungseinheit 106, um unterschiedliche
Anweisungen oder Datenelemente einzugeben, die an den Rechner 100 übermittelt
werden. Der Benutzer verwendet die Displayeinheit 104 und
die Bedienungseinheit 106, um das MTF-Messsystem interaktiv
zu betätigen.
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Die
Vorgänge
des MTF-Messsystems werden weiter unten beschrieben. 2 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Vorgänge
veranschaulicht. Die Vorgänge
werden durchgeführt,
wenn der Rechner 100 die in dem Arbeitsspeicher 102 gespeicherten
Programme abarbeitet.
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Wie
in 2 beschrieben, wird in Schritt 201 ein
Bild geholt. Daraufhin wird ein Bild, wie es beispielsweise in 3a gezeigt
ist, in dem Arbeitsspeicher 102 gespeichert und auf der
Displayeinheit 104 angezeigt. Das Bild ist ein tomographisches
Bild, das mittels eines Röntgen-CT-Systems
durch Bildgebung eines Phantoms erzeugt wird. Das tomographische
Bild ist ein Rasterbild.
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Das
Phantom ist für
eine MTF-Messung konfiguriert und weist einen Stift auf, dessen
Querschnitt kreisförmig
ist. Das tomographische Bild enthält daher ein Bild 2,
das den Querschnitt des Stifts darstellt. Der Umriss des Bildes 2,
das den Querschnitt des Stifts darstellt, ist kreisförmig. Ein
Profil von Pixeln, die entlang des Durchmessers des Bildes 2 abgetastet
werden, das den Querschnitt des Stifts darstellt, ist äquivalent
zu einer LSF. Das Bild 2, das den Querschnitt des Stifts
darstellt, dient als ein Beispiel für ein LSF-Bild, das in dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Nachstehend kann das
den Querschnitt des Stiftes darstellende Bild als eine Stiftbild
bezeichnet sein.
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In
Schritt 203 wird innerhalb des tomographischen Bildes ein
Bildausschnitt festgelegt, der das Stiftbild 2 enthält. Der
Bildausschnitt wird basierend auf dem Vorgehen des Benutzers festgelegt.
Folglich wird beispielsweise ein durch eine strichpunktierte Linie
definierter Bildausschnitt 4 festgelegt. Der Bildausschnitt 4 wird
so festgelegt, dass das Stiftbild 2 im Wesentlichen in
dessen Mitte angeordnet ist.
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In
Schritt 205 wird ein vergrößertes Bild des Bildausschnitts 4 erzeugt.
Darauf wird ein vergrößertes Bild
erzeugt, wie es beispielsweise in 3b gezeigt
ist. Das vergrößerte Bild
kann auf der Displayeinheit 104 wiedergegeben werden, so
dass ein Benutzer es betrachten kann.
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Für die Erzeugung
eines vergrößerten Bildes
wird die Matrixabmessung des Bildausschnitt 4 vergrößert. Darüber hin aus
werden Pixel, die anhand von Pixeln interpoliert wurden, die das
ursprüngliche
Bild darstellten, neu hinzugefügten
Pixelpositionen zugeordnet. Die Interpolation ist beispielsweise
eine lineare Interpolation. Allerdings ist die vorliegende Erfindung
nicht auf eine lineare Interpolation beschränkt. Alternativ wird eine Interpolation
zweiter oder höherer
Ordnung genügen.
Nichtsdestoweniger wird ein Rechner lediglich geringfügig belastet,
da eine lineare Interpolation unkompliziert ist.
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In
Schritt 207 wird das vergrößerte Bild binärcodiert.
Die Binärcodierung
wird unter Verwendung eines vorgegebenen Schwellwerts durchgeführt. Auf
diese Weise wird ein binärcodiertes
Bild erzeugt, wie es beispielsweise in 3c gezeigt
ist. Das binärcodierte
Bild kann auf der Displayeinheit 104 wiedergegeben werden,
so dass ein Benutzer es betrachten kann. In diesem Fall ist der
Schwellwert variabel konfiguriert, so dass der Anwender in der Lage
ist, das binärcodierte
Bild durch Verändern
des Schwellwerts zu optimieren.
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In
Schritt 209 wird eine morphologische Operation durchgeführt. Die
morphologische Operation stellt eine von mehreren mathematischen
morphologischen Techniken dar und ist auf dem Gebiet der Bildverarbeitungstechnologien
hinlänglich
bekannt.
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Als
die morphologische Operation wird Schrumpfung/Ausdehnung durchgeführt. In
anderer Weise kann die Schrumpfung/Ausdehnung durch Öffnen/Schließen ersetzt
werden.
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Die
oben erwähnten
Arbeitsschritte entfernen einen Abschnitt feiner Struktur eines
Bildes oder einen Abschnitt unregelmäßiger Struktur desselben, um
eine grundlegende Struktur davon deutlich hervorzuheben. Mittels
einer derartigen Operation wird die von einem Rauschen oder dergleichen
herrührende
Unregelmäßigkeit
in dem Umriss des binärcodierten
Stiftbilds 2 entfernt. Der ursprüngliche kreisförmige Umriss
wird deutlicher hervorgehoben.
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4a und 4b zeigen
konzeptionell die Zustände
des Stiftbilds 2, die vor und nach Durchführung der
morphologischen Operation erhalten werden. 4a zeigt
dessen Zustand, der erreicht wird, bevor die morphologische Operation
durchgeführt
ist, und 4b zeigt dessen Zustand, wie
er danach erreicht wird.
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In
Schritt 211 werden Koordinaten, die Punkte repräsentieren,
die den Umriss des Stiftbilds definieren, abgetastet und verwendet,
um Koordinaten zu berechnen, die die Mitte eines Kreises durch eine
Hough-Transformation repräsentieren.
Dabei ist die Hough-Transformation eine bekannte Technik, die auf
dem Gebiet von Bildverarbeitungstechnologien verwendet wird.
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Dank
der Hough-Transformation lassen sich die Koordinaten, die die Mitte 20 des
Stiftbilds 2 repräsentieren,
wie in 4c gezeigt, bestimmen. Da der
kreisförmige
Umriss des Stiftbilds 2 durch die morphologische Operation
verdeutlicht wurde, sind die ermittelten Koordinaten, die die Mitte
repräsentieren,
in hohem Maße
genau.
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In
Schritt 215 werden die Koordinaten, die die Mitte repräsentieren,
in Koordinaten transformiert, die einen Punkt in dem ursprünglichen
Bild repräsentieren.
Die Koordinatentransformation wird, wie in 5a und 5b gezeigt,
erreicht, indem die Maße
des vergrößerten Bildes
auf die Maße
des ursprünglichen
Bildes reduziert werden, das den Bildausschnitt 4 darstellt.
Daraufhin werden die genauen Koordinaten bestimmt, die die Mitte 20' des Stiftbilds 2 repräsentieren,
das in dem ursprünglichen
Bild enthalten ist.
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In
Schritt 217 wird eine zweidimensionale Fouriertransformation
des Stiftbilds erstellt, um auf diese Weise eine MTF zu berechnen.
Die zweidimensionale Fouriertransformation wird mit den Koordinaten
durchgeführt,
die die Mitte 20' als
Bezugswerte repräsentieren.
Daraus ergibt sich, wie in 5c gezeigt,
eine MTF. Die Koordinaten, die die Mitte 20' des Stiftbilds 2 repräsentieren,
sind ausreichend genau, um eine MTF hoher Präzision berechnen zu können.
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6 veranschaulicht
in einem funktionellen Blockdiagramm eine Durchführung der vorausgehenden Vorgänge durch
das MTF-Messsystem. Wie in 6 gezeigt,
enthält
das MTF Messsystem eine Mittendetektionseinheit 602 und
eine Berechnungseinheit 604. Die Mittendetektionseinheit 602 erfasst
die Koordinaten, die die Mitte eines LSF-Bildes repräsentieren,
das in einem entgegengenommenen Bild enthalten ist, und übermittelt
die Koordinaten an die Berechnungseinheit 604. Die Berechnungseinheit 604 verwendet
die entgegengenommenen Koordinaten, die die Mitte repräsentieren
als Bezugswerte, um ei ne zweidimensionale Fouriertransformation
des LSF-Bildes zu erstellen, das in dem entgegengenommenen Bild
enthalten ist, und berechnet auf diese Weise eine MTF.
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Die
Mittendetektionseinheit 602 ist äquivalent zu der Einrichtung
des Rechners 100, der die Vorgänge in den Schritten 201 bis 215 durchführt. Die
Mittendetektionseinheit 602 dient als ein Beispiel für ein Detektionsmittel,
das in die vorliegende Erfindung einbezogen ist. Die Berechnungseinheit 604 ist äquivalent
zu der Einrichtung des Rechners 100, der den Vorgang in
Schritt 21 durchführt
7. Die Berechnungseinheit 604 dient als ein Beispiel für ein Berechnungsmittel,
das in die vorliegende Erfindung einbezogen ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine MTF mit hoher Präzision zu
erfassen. Die Mitte eines LSF-Bildes wird detektiert, um eine MTF
zu berechnen. Um dies zu verwirklichen, wird ein vergrößertes Bild
eines Abschnitts eines Bildes, das das LSF-Bild enthält, erzeugt
und basierend auf einem Schwellwert binärcodiert. Eine morphologische
Operation wird an dem binärcodierten
Bild durchgeführt.
Koordinaten, die Punkte darstellen, die den Umriss des resultierenden
Bildes definieren, werden abgetastet und verwendet, um Koordinaten
zu berechnen, die die Mitte eines Kreises durch eine Hough-Transformation
darstellen. Die Koordinaten, die die Mitte repräsentieren, werden in Koordinaten
transformiert, die einen Punkt in einem ursprünglichen Bild repräsentieren.
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Es
lassen sich viele sehr unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung
konfigurieren, ohne von dem Schutzum fang und dem Ziel der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende
Erfindung nicht durch die speziellen in der Beschreibung erläuterten
Ausführungsbeispiele,
sondern nur durch ihre Definition in den beigefügten Patentansprüchen beschränkt ist.
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