DE102005057538A1

DE102005057538A1 - X ray solid object detector system for medical use has a matrix of photodiode detectors with field corrections applied

Info

Publication number: DE102005057538A1
Application number: DE102005057538A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Spahn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2006-11-23

Abstract

The X ray solid object detector used in medical applications has a reader chip [1] that has a matrix of photodiodes [2] coupled by a switch [3] to control lines [4]. Each photodiode provides a pixel detector for the X ray emission [5]. The detector is a Caesium crystal. The detector signals are transmitted [9] to output. Corrections are applied using stored table data.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildkorrektur bei der Bildaufzeichnung mit digitalen Festkörperdetektoren, bei dem Messsignale jedes Detektorelementes des Festkörperdetektors korrigiert werden, um über den Dynamikbereich Unterschiede in der Abhängigkeit der Messsignale der Detektorelemente von der Intensität einfallender Strahlung zu verringern. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Vorrichtung zur Bildkorrektur. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich insbesondere für die Flatfieldkorrektur bei der Aufzeichnung von Röntgenbildern mit digitalen Festkörperdetektoren.The The present invention relates to a method of image correction in Image recording with digital solid-state detectors, where the measurement signals each Detector element of the solid state detector corrected be over to the dynamic range differences in the dependence of the measuring signals of the detector elements from the intensity to reduce incident radiation. The invention also relates to a corresponding device for image correction. The procedure and the Device are particularly suitable for flat field correction the recording of X-ray images with digital solid state detectors.

Seit Jahren verändern digitale Röntgendetektoren die klassische Radiographie bzw. Fluoroskopie, Angiographie und Kardangiographie. Zu den hierbei eingesetzten Technologien zählen u.a. Bildverstärker-Kamerasysteme, basierend auf Fernseh- oder CCD-Kameras, Speicherfoliensysteme mit integrierter oder externer Ausleseeinheit, Systeme mit optischer Ankopplung der Konverterfolie an CCD- oder CMOS-Chips und Festkörperdetektoren mit direkter oder indirekter Konversion der Röntgenstrahlung.since Change years digital x-ray detectors the classical radiography or fluoroscopy, angiography and Cardiac angiography. Among the technologies used here include u.a. Image intensifier camera systems, based on television or CCD cameras, imaging plate systems with integrated or external Readout unit, systems with optical coupling of the converter foil on CCD or CMOS chips and solid-state detectors with direct or indirect conversion of X-radiation.

Die neuartigen Festkörperdetektoren für die digitale Röntgenbildgebung weisen aktive Auslesematrizen auf, beispielsweise aus amorphen Silizium (a-Si). Die Bildinformation wird in einem Röntgenkonverter, beispielsweise aus Cäsiumjodid (CsI), zunächst in sichtbare Strahlung und in den Photodioden der Auslesematrix schließlich in elektrische Ladung gewandelt und dort gespeichert. Eine verwandte Technologie verwendet ebenfalls eine aktive Auslesematrix aus amorphem Silizium, jedoch einen Konverter, der direkt elektrische Ladung generiert (z.B. aus Selen), die dann auf einer Elektrode gespeichert wird. Die gespeicherte Ladung wird anschließend über ein aktives Schaltelement mit einer dedizierten Elektronik ausgelesen, analog-digital gewandelt und vom Bildsystem weiter verarbeitet. Weitere Technologien, die letztendlich digitale Röntgenbilder liefern, basieren auf CCDs (CCD: Charge Coupled Device), APS (APS: Active Pixel Sensor) oder großflächigen CMOS-Chips. Beispiele für derartige digitale Röntgendetektoren finden sich auch in Spahn et al., Digitale Röntgendetektoren in der Röntgendiagnostik, Radiologie 43 (2003), Seiten 340 bis 350.The novel solid-state detectors for the digital X-ray imaging have active readout matrices, such as amorphous silicon (a-Si). The image information is in an X-ray converter, for example from cesium iodide (CsI), first in visible radiation and in the photodiodes of the readout matrix after all converted into electrical charge and stored there. A related technology also uses an active readout matrix of amorphous silicon, however, a converter that directly generates electrical charge (e.g., selenium), which is then stored on an electrode. The stored charge is then via an active switching element read out with dedicated electronics, converted analog-to-digital and further processed by the image system. Other technologies that finally digital x-rays based on CCDs (CCD: Charge Coupled Device), APS (APS: Active Pixel Sensor) or large-area CMOS chips. examples for such digital x-ray detectors can also be found in Spahn et al., Digital X-ray detectors in X-ray diagnostics, radiology 43 (2003), pages 340-350.

Festkörperdetektoren, auch als Flachdetektoren bezeichnet, erfordern sog. Flatfieldkorrekturen, die dafür sorgen, dass über den gesamten Dynamikbereich des Detektors artefaktfreie homogene Bilder entstehen. Bei homogener Bestrahlung des Detektors wird erwartet, dass nach der Flatfieldkorrektur alle Detektorelemente oder Pixel bis auf Quanten- und elektrisches Rauschen sowie evtl. strahlenqualitätsabhängige Abweichungen dasselbe Signal erzeugen. Die Flatfieldkorrekturen umfassen bisher vor allem lineare Korrekturen. Hierbei wird zunächst der Offset vom Messsignal des jeweiligen Detektorelementes subtrahiert und anschließend eine Gainkorrektur (Multiplikation) durchgeführt. Falls nötig, werden u.U. noch Defektkorrekturen oder andere spezifische Korrekturen durchgeführt.Solid state detectors, Also referred to as flat detectors, so-called flat field corrections require ensure, that over the entire dynamic range of the detector artifact-free homogeneous Pictures are created. Homogeneous irradiation of the detector is expected that after the flat field correction all detector elements or pixels except for quantum and electrical noise as well as possible radiation quality-dependent deviations generate the same signal. The flatfield corrections include so far especially linear corrections. Here, first the offset from the measurement signal of the respective detector element subtracted and then a Gain correction (multiplication) performed. If necessary, be u.U. still defect corrections or other specific corrections carried out.

In der Realität sind Festkörperdetektoren über ihren großen Dynamikbereich allerdings nicht vollkommen linear, da Detektoren mit perfekter Linearität über den großen Dynamikbereich praktisch nicht herzustellen sind. Gerade bei sehr hohen oder sehr niedrigen Röntgendosen, die sich stark von der Kalibrierdosis unterscheiden, bei der das so genannte Gainbild für die Gainkorrektur aufgezeichnet wird, können daher durch leicht unterschiedliche Abweichungen der einzelnen Detektorelemente von der Linearität künstliche Strukturen im korrigierten Bild entstehen. Die unterschiedlichen Abweichungen können beispielsweise durch differenzielle Nichtlinearitäten der Hardware verursacht werden. Bei den bisher angewendeten linearen Korrekturen wird in Kauf genommen, dass sich noch immer Nichtlinearitäten im korrigierten Bild ergeben. Komplexere Korrekturen sind wegen des erforderlichen Rechenaufwandes, insbesondere bei Anwendungen mit hohen Bildraten, wie beispielsweise Fluoroskopie oder Angiographie, nicht realisierbar oder zu kostenaufwändig.In the reality are solid state detectors over theirs huge Dynamic range, however, not completely linear, because detectors with perfect linearity over the huge Dynamic range are virtually impossible to produce. Especially with a lot high or very low X-ray doses, which differ greatly from the calibration dose at which the so-called Gain picture for Therefore, the gain correction can be recorded by slightly different Deviations of the individual detector elements from the linearity artificial Structures in the corrected image arise. The different ones Deviations can for example caused by differential nonlinearities of the hardware become. For the linear corrections applied so far, see Purchase taken that still nonlinearities are corrected in the Picture result. More complex corrections are due to the required Computational effort, especially in applications with high frame rates, such as For example, fluoroscopy or angiography, not feasible or too expensive.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildkorrektur bei der Bildaufzeichnung mit digitalen Festkörperdetektoren anzugeben, die zu geringeren Artefakten in den Bildern führt und auch für Anwendungen mit hohen Bildraten einsetzbar ist.The The object of the present invention is a method and an apparatus for image correction in image recording with digital solid state detectors which leads to lower artifacts in the images and also for Applications with high frame rates can be used.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The Task is with the method and the device according to claims 1 and 9 solved. Advantageous embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims or can be the following description and the embodiments remove.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur Bildkorrektur bei der Bildaufzeichnung mit digitalen Festkörperdetektoren werden die Messsignale jedes Detektorelementes des Festkörperdetektors korrigiert, um über den Dynamikbereich der Detektorelemente Unterschiede in der Abhängigkeit der Messsignale der Detektorelemente von der Intensität einfallender Strahlung zu verringern. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Dynamikbereich jedes Detektorelementes in mehrere Abschnitte unterteilt und für jeden Abschnitt eine von den anderen Abschnitten unabhängige Korrektur der Messsignale durchgeführt wird.In the present method of image correction in solid-state digital image recording, the measurement signals of each detector element of the solid-state detector are corrected to reduce differences in the dependence of the measurement signals of the detector elements on the intensity of incident radiation over the dynamic range of the detector elements. The method is characterized in that the dynamic range of each detector element is divided into several sections and for each section is performed an independent of the other sections correction of the measurement signals.

Die Korrektur erfolgt dabei durch Korrekturfunktionen, die vorzugsweise Korrekturpolynome erster und/oder höherer Ordnung umfassen. Bei dem vorliegenden Verfahren wird somit – bezogen auf die pixelweise, d.h. je Detektorelement, applizierte Strahlungsdosis bzw. das daraus resultierende Messsignal – abschnittsweise linear oder auch mit einem Polynom höherer Ordnung korrigiert. Durch die Unterteilung in einzelne Abschnitte können in der Regel einfachere Korrekturpolynome für eine Korrektur innerhalb des jeweiligen Abschnittes gefunden werden, als dies für eine vergleichbar gute Korrektur eines den gesamten Dynamikbereich umfassenden Abschnittes möglich wäre. Dadurch lässt sich die Rechenzeit für eine gute Korrektur verkürzen. Weiterhin kann durch die Unterteilung des Dynamikbereiches in mehrere Abschnitte auch mit jeweils linearen Korrekturfunktionen eine gute Korrektur des Messsignals über den gesamten Dynamikbereich erreicht werden.The Correction is done by correction functions, preferably First and / or higher order correction polynomials. at The present method is thus - based on the pixel-by-pixel, i.e. per detector element, applied radiation dose or the thereof resulting measurement signal - section by section corrected linearly or else with a polynomial of higher order. By The subdivision into individual sections can usually be simpler Correction polynomials for a correction can be found within each section than this for a comparably good correction of the entire dynamic range comprehensive section possible would. Thereby let yourself the computing time for shorten a good correction. Furthermore, by dividing the dynamic range into several Sections also with each linear correction functions a good one Correction of the measuring signal via the entire dynamic range can be achieved.

Die Abschnitte können hierbei für jedes Pixel bzw. Detektorelement eines Detektors identisch gewählt werden. Weiterhin ist es möglich, für jedes Detektorelement oder für unterschiedliche lokale Bereiche des Detektors, die mehrere zusammenhängende Detektorelemente umfassen, unterschiedliche Abschnitte zu wählen. Die lokalen Bereiche können beispielsweise durch die Flächen, die von jeweils einem Auslesechip des Detektors adressiert werden, oder – im Falle von zusammengesetzten Plates – die durch die Plates definierten Flächen sein.The Sections can here for each pixel or detector element of a detector are selected identically. Furthermore, it is possible for each Detector element or for different local areas of the detector, the more coherent detector elements include choosing different sections. The local areas can for example through the surfaces, which are addressed by a respective readout chip of the detector, or - im Trap of composite plates - defined by the plates surfaces be.

Die Abschnitte werden vorzugsweise so gewählt, dass für jeden Abschnitt eine möglichst einfache Korrekturfunktion genutzt werden kann. Die Korrekturfunktionen jeweils zweier aneinander grenzender Abschnitte unterscheiden sich dadurch in der Regel. Hierbei soll selbstverständlich ein Korrekturergebnis erreicht werden, das gegenüber einer linearen Korrektur eines den gesamten Dynamikbereich umfassenden Abschnittes verbessert ist.The Sections are preferably chosen so that for each section one possible simple correction function can be used. The correction functions each two adjacent sections differ as a rule. Of course, this is a correction result be achieved, the opposite a linear correction of the entire dynamic range Section is improved.

In der bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens wird für jedes Detektorelement oder für jede Gruppe aus mehreren Detektorelementen jeweils eine Kennlinientabelle, eine sog. Look-up-Tabelle (LUT), bereitgestellt, in der jeder möglichen Signalhöhe des Messsignals ein Index für eine Matrix aus Korrekturfunktionen zugeordnet ist. In dieser Matrix ist für jeden Index eine Korrekturfunktion angegeben. Für das jeweilige Messsignal wird dann der Index aus der zu dem Detektorelement gehörigen Kennlinientabelle ausgelesen und die Korrektur mit der für den Index angegebenen Korrekturfunktion durchgeführt. Die Bereitstellung der Kennlinientabellen verhindert zeitintensive Vergleichsoperationen (if-Abfragen), mit denen bestimmt werden müsste, in welchem Abschnitt das jeweilige Messsignal liegt und mit welchem Polynom bzw. welcher Korrekturfunktion korrigiert werden muss. Stattdessen wird unter Umgehung derartiger rechenaufwändiger und zeitintensiver Vergleichsoperationen über die Kennlinientabelle direkt der Index für die Matrix aus Korrekturfunktionen geliefert. Dies erfolgt Pixel für Pixel bzw. Detektorelement für Detektorelement.In The preferred embodiment of the present method will be described for each Detector element or for each group of several detector elements each have a characteristic table, a so-called look-up table (LUT), provided in which every possible signal height of the measurement signal an index for a Matrix is assigned from correction functions. In this matrix is for Each index has a correction function. For the respective measuring signal then the index becomes the characteristic table associated with the detector element and the correction with the correction function specified for the index carried out. The provision of the characteristic tables prevents time-consuming Comparison operations (if queries) with which it would be necessary to determine which section the respective measuring signal lies and with which Polynomial or which correction function must be corrected. Instead, will bypassing such computationally expensive and time-consuming comparison operations via the characteristic table directly the index for the matrix is delivered from correction functions. This is done by pixels for pixels or detector element for Detector element.

Mit dem vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung wird eine verbesserte Korrektur der Messsignale durch abschnittsweise definierte Korrekturfunktionen erreicht. Der zusätzliche Einsatz der Kennlinientabellen ermöglicht eine schnelle Implementierung auch komplexerer Korrekturen ohne zeitintensive Vergleichsoperationen.With the present method and the associated device is a improved correction of the measurement signals by section-wise defined correction functions reached. The additional Use of the characteristic tables allows a quick implementation even more complex corrections without time-consuming comparison operations.

Die Kennlinientabellen werden ebenso wie die Matrix aus Korrekturfunktionen bereits während der Kalibrierung des Festkörperdetektors angelegt. Dabei können beispielsweise für alle Röntgensysteme, die einen bestimmten Flachdetektortyp verwenden, die selben lokalen Bereiche und/oder die selben Abschnitte für die abschnittsweise definierten bzw. in der Kalibrierung ermittelten Funktionen gelten. Bei Bedarf können selbstverständlich auch die lokalen Bereiche und/oder die Abschnitte als Teil des Kalibrierprozesses bestimmt werden, um detektorspezifische Kennlinientabellen anzulegen.The Characteristic tables, as well as the matrix, are made up of correction functions already during the Calibration of the solid state detector created. It can for example all x-ray systems, that use a specific flat detector type, the same local Areas and / or the same sections for sections defined or functions determined in the calibration. If necessary can Of course also the local areas and / or sections as part of the calibration process be determined to create detector-specific characteristic tables.

Die Vorrichtung zur Bildkorrektur umfasst entsprechend dem vorangehend beschriebenen Verfahren zumindest einen Festkörperdetektor, der mehrere Detektorelemente umfasst und mit einer Recheneinheit verbunden ist, die ein Korrekturmodul zur Korrektur der Messsignale der Detektorelemente aufweist. Das Korrekturmodul ist dabei so ausgebildet, dass es für unterschiedliche vorgegebene Abschnitte des Dynamikbereiches jedes Detektorelementes eine von den anderen Abschnitten unabhängi ge Korrektur der Messsignale durchführt. In der Recheneinheit sind dabei auch die in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erzeugten Kennlinientabellen sowie die Matrix aus Korrekturfunktionen abgespeichert, so dass das Korrekturmodul auf diese Daten zugreifen kann.The Apparatus for image correction comprises according to the foregoing described method, at least one solid state detector, the plurality of detector elements includes and is connected to a computing unit, which is a correction module for Correction of the measurement signals of the detector elements has. The correction module is designed so that it is for different predetermined Portions of the dynamic range of each detector element one of Independent of the other sections Correcting the measuring signals. In the arithmetic unit are also in a preferred embodiment of the method generated characteristic tables and the matrix Correction functions stored so that the correction module on can access this data.

Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich vor allem zur Flatfieldkorrektur bei digitalen Flachdetektoren, wie sie in Röntgensystemen, insbesondere in medizinischen Röntgensystemen, eingesetzt werden. Die bei dem Verfahren durchgeführten Korrekturen sind Teil der gesamten Bildverarbeitungskette des Röntgensystems und werden dabei vorzugsweise im Bildrechner des Röntgensystems integriert. Dasselbe gilt für die Kalibrierverfahren, die aufgrund der hohen Anforderungen an Rechenleistung und Speicherkapazität als Teil der System-Serviceroutine eines Röntgensystems verfügbar gemacht werden können.The method and the device are particularly suitable for flat field correction in digital flat-panel detectors, as used in X-ray systems, in particular in medical X-ray systems. The corrections made in the method are part of the entire image processing chain of the X-ray system and are preferably integrated in the image computer of the X-ray system. The same applies to the calibration procedures which, due to the high demands on computing power and storage capacity, are part of the system ser viceroutine of an X-ray system can be made available.

Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The The present method will now be described with reference to an exemplary embodiment in conjunction with the drawings without limiting the scope of the claims Protected area briefly explained again. Hereby show:

1 ein Beispiel für den Aufbau eines Festkörperdetektors in schematischer Ansicht; 1 an example of the construction of a solid-state detector in a schematic view;

2 ein Beispiel für die digitalen Ausgangssignale zweier Detektorelemente als Funktion eines Röntgeneingangssignals; 2 an example of the digital output signals of two detector elements as a function of an X-ray input signal;

3 ein Beispiel für die korrigierten Messsignale der beiden Detektorelemente der 2 nach einer Offset- und einer Gainkorrektur gemäß dem Stand der Technik; 3 an example of the corrected measurement signals of the two detector elements of 2 after an offset and a gain correction according to the prior art;

4 ein Beispiel für die korrigierten Messsignale der beiden Detektorelemente der 2 nach einer Korrektur gemäß der vorliegenden Erfindung; und 4 an example of the corrected measurement signals of the two detector elements of 2 after a correction according to the present invention; and

5 ein Beispiel für ein Ablaufdiagramm bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens. 5 an example of a flowchart in the implementation of the present method.

1 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Röntgen-Festkörperdetektors in schematischer Ansicht, wie er beispielsweise in medizinischen Röntgensystemen zum Einsatz kommen kann. Der Festkörperdetektor umfasst einen Auslesechip 1 mit mehreren in einer Matrix angeordneten Photodioden 2, die über Schalter 3 mit entsprechenden Ansteuer- bzw. Auswerteleitungen 4 verbunden sind. Jede dieser Photodioden 2 stellt ein Detektorelement 5 bzw. Pixel des Detektors dar, das bei an dieser Stelle auf den Detektor auftreffender Röntgenstrahlung 6 ein Messsignal liefert. Über dem Auslesechip 1 mit den Detektorelementen 5 ist ein Cäsiumjodid-Kristall 7 angeordnet, der die einfallende Röntgenstrahlung 6 in sichtbare Strahlung konvertiert, die von den Photodioden 2 erfasst wird. Das Auslesen des Detektors erfolgt über eine nicht dargestellte Ansteuerelektronik 8 und Ausleseelektronik 9, die über die Ansteuer- bzw. Ausleseleitungen 4 die einzelnen Detektorelemente 5 adressieren können. 1 shows an example of the structure of a solid-state X-ray detector in a schematic view, as it can be used for example in medical X-ray systems. The solid-state detector comprises a readout chip 1 with a plurality of photodiodes arranged in a matrix 2 that switch over 3 with corresponding control or evaluation lines 4 are connected. Each of these photodiodes 2 represents a detector element 5 or pixel of the detector, which is incident at this point on the detector X-ray 6 provides a measuring signal. Over the selection chip 1 with the detector elements 5 is a cesium iodide crystal 7 arranged, which detects the incident X-rays 6 converted into visible radiation emitted by the photodiodes 2 is detected. The readout of the detector via a control electronics, not shown 8th and readout electronics 9 , via the control or readout lines 4 the individual detector elements 5 can address.

Die einzelnen Detektorelemente 5 eines derartigen Festkörperdetektors lassen sich jedoch nicht so herstellen, dass sie exakt die gleiche Abhängigkeit ihres Messsignals von der einfallenden Röntgenstrahlung 6 aufweisen. 2 zeigt hierzu ein Beispiel für das digitale Ausgangssignal (in "digital units": du) zweier Detektorelemente 5 als Funktion des Röntgeneingangssignals. Detektorelement m hat in diesem Beispiel einen geringeren Offset als Detektorelement n, aber eine etwas höhere Sensitivität (du/μGy). In einem großen Bereich bis etwa zur eingezeichneten Schwelle lassen sich lineare Korrekturen, insbesondere Offset-Subtraktion und Gain-Korrektur, mit den Antwortkurven 10, 11 der beiden Detektorelemente m, n durchführen, so dass beide Detektorelemente bei gleichem Eingangssignal auch das gleiche korrigierte Ausgangssignal liefern. Dies ist aus 3 ersichtlich, die jeweils die kor rigierten Antwortkurven 12, 13 der beiden Detektorelemente m, n zeigt.The individual detector elements 5 However, such a solid-state detector can not be produced so that they have exactly the same dependence of their measurement signal of the incident X-ray 6 exhibit. 2 shows an example of the digital output signal (in "digital units": du) of two detector elements 5 as a function of the X-ray input signal. Detector element m in this example has a smaller offset than detector element n, but a slightly higher sensitivity (du / μGy). In a large range up to about the drawn threshold, linear corrections, in particular offset subtraction and gain correction, can be combined with the response curves 10 . 11 of the two detector elements m, n, so that both detector elements deliver the same corrected output signal for the same input signal. This is off 3 can be seen, in each case the cor responded response curves 12 . 13 the two detector elements m, n shows.

Eine derartige Flatfieldkorrektur gemäß dem Stand der Technik erfolgt nach folgender Formel: I(x, Y) = G(x, Y)·(R(x, Y) – O(x, Y)). Such a flat field correction according to the prior art takes place according to the following formula: I (x, Y) = G (x, Y) · (R (x, Y) -O (x, Y)).

Dabei stellen R das Röntgenrohbild, O das Offsetbild, G das Gainbild und I das korrigierte Röntgenbild nach Flatfieldkorrektur dar. Offset- und Gainbilder können gemittelte, d.h. aus mehreren Einzelbildern erzeugte Bilder sein. Die Variablen x und y bezeichnen die Position der einzelnen Detektorelemente bzw. Pixel der zweidimensionalen Pixelmatrix des Detektors, d.h. sie identifizieren das jeweilige Detektorelement.there set R the X-ray raw image, O the offset image, G the gain image and I the corrected X-ray image after flatfield correction. Offset and Gain images can be averaged, i.e. be generated from multiple frames images. The variables x and y denote the position of the individual detector elements or Pixels of the two-dimensional pixel matrix of the detector, i. she identify the respective detector element.

Wie aus der 3 ersichtlich ist, zeigen beide Detektorelemente nach der Offset- und Gain-Korrektur gemäß dem Stand der Technik bis zum Bereich der Schwelle das gleiche Antwortverhalten, so dass eine Flatfieldkorrektur in diesem Bereich möglich ist. Oberhalb der Schwelle wird durch das unterschiedliche nichtlineare Verhalten der beiden Detektorelemente die Korrektur fehlerhaft. Beide Detektorelemente zeigen nicht mehr das gleiche Antwortverhalten bei gleicher Einfallsröntgendosis. Eine Flatfieldkorrektur ist hier nicht mehr möglich. Es entstehen dabei möglicherweise flächenhafte Strukturen in den Bildern, beispielsweise entsprechend den durch die Auslesechips definierten Flächen, wenn mehrere Pixel und somit größere Areale von Pixeln betrachtet werden.Like from the 3 can be seen, both detector elements after the offset and gain correction according to the prior art to the range of the threshold, the same response, so that a flat field correction in this area is possible. Above the threshold, the correction becomes erroneous due to the different non-linear behavior of the two detector elements. Both detector elements no longer show the same response with the same incident X-ray dose. A flatfield correction is no longer possible here. This may result in planar structures in the images, for example corresponding to the surfaces defined by the read-out chips, if several pixels and thus larger areas of pixels are considered.

Beim vorliegenden Verfahren wird nun der Dynamikbereich in mehrere Abschnitte unterteilt, wobei dann für die einzelnen Abschnitte auch eine nichtlineare Korrektur möglich ist. Eine nichtlineare Korrektur ist im Allgemeinen beschrieben durch: I(x, y) = f(R(x, Y), O(x, Y)). In the present method, the dynamic range is now divided into several sections, in which case a non-linear correction is possible for the individual sections. A non-linear correction is generally described by: I (x, y) = f (R (x, Y), O (x, Y)).

Ein Beispiel für eine Korrektur mit einem Polynom zweiten Grades wäre I(x, Y) = a(x, Y)·(R(x, Y) – O(x, Y))2 + b(x, Y)·(R(x, y) – O(x, Y)) + c(x, Y) An example of a second degree polynomial correction would be I (x, Y) = a (x, Y) · (R (x, Y) -O (x, Y)) 2 + b (x, Y) · (R (x, y) -O (x, Y)) + c (x, Y)

Dabei stellen wieder O das Offsetbild und R das Röntgenrohbild dar. Die Parameter a, b, c sind Kalibrierbilder, die – in diesem Beispiel – das Polynom zweiten Grades definieren.Again, O represents the offset image and R the x-ray raw image. The parameters a, b, c are calibration images, which - in this example - define the second-degree polynomial.

Nun wird die Korrektur (linear oder nichtlinear) abschnittsweise definiert: I(x, Y) = fk(x, Y, R(x, Y),O(x, Y)) mit k = 1,..K Now the correction (linear or non-linear) is defined section by section: I (x, Y) = f k (x, Y, R (x, Y), O (x, Y)) with k = 1, ... K

Beispielsweise werden für 3 Dosisbereiche jeweils lineare Korrekturen definiert, wie dies in 4 veranschaulicht ist, d. h. I(x, y) = a1(x, y)·(R(x, y) – O(x, y)) für Bereich 1 (x, y) = a2(x, y)·(R(x, y) – O(x, y)) + b2(x, y) für Bereich 2 (x, y) = a3(x, y)·(R(x, y) – O(x, y)) + b3(x, y) für Bereich 2oder I(x, Y) = A(k, x, Y)·(R(x, Y) - O(x, Y)) + B(k, x, y) k = 1,.. 3 For example, linear corrections are defined for each of three dose ranges, as shown in FIG 4 is illustrated, ie I (x, y) = a 1 (x, y) · (R (x, y) -O (x, y)) for area 1 (x, y) = a 2 (x, y) · (R (x, y) - O (x, y)) + b 2 (x, y) for area 2 (x, y) = a 3 (x, y) · (R (x, y) - O (x, y)) + b 3 (x, y) for area 2 or I (x, Y) = A (k, x, Y) · (R (x, Y) - O (x, Y)) + B (k, x, y) k = 1, .. 3

Die drei Bereiche sind in der 4 ersichtlich, die die korrigierten Antwortkurven 14, 15 für beide Detektorelemente m, n zeigt. Durch die abschnittsweise lineare oder höher polynominale Korrektur können Flatfieldkorrekturen über einen größeren dynamischen Bereich durchgeführt werden. Mit Hilfe der beiden dargestellten Schwellen werden hier die drei Bereiche k = 1, 2, 3 definiert, in denen jeweils andere Korrekturfunktionen f_k bzw. A(k) und B(k) für jedes Detektorelement vorgegeben sind. Die Figur zeigt hierbei sehr gut, dass hierdurch im vorliegenden Beispiel keine Artefakte erzeugende Unterschiede in den Antwortkurven der beiden Detektorelemente verbleiben.The three areas are in the 4 It can be seen that the corrected response curves 14 . 15 for both detector elements m, n shows. Flat-field corrections over a larger dynamic range can be performed by section-wise linear or higher polynomial correction. With the help of the two thresholds shown here, the three areas k = 1, 2, 3 are defined, in each of which other correction functions f _k or A (k) and B (k) are specified for each detector element. The figure shows very well that in the present example no artifact-producing differences in the response curves of the two detector elements remain.

5 zeigt schließlich ein Beispiel für ein Ablaufdiagramm der beim vorliegenden Verfahren durchgeführten abschnittsweise definierten Korrektur mit Kennlinientabellen, in diesem Beispiel als Korrekturindextabellen bezeichnet, zum schnellen Auffinden der korrekten Korrekturfunktion für den betreffenden Abschnitt. Die Korrekturindextabellen liefern direkt aus dem Rohsignal oder einem bereits Offset-korrigierten Rohwert eines jeden Detektorelementes den entsprechenden Index k der für diesen Abschnitt optimalen Korrekturfunktion. 5 Finally, Fig. 13 shows an example of a flow chart of the section-by-section defined correction in the present method using characteristic tables, referred to in this example as correction index tables, for quickly finding the correct correction function for the relevant section. The correction index tables provide directly from the raw signal or an already offset-corrected raw value of each detector element the corresponding index k of the optimal correction function for this section.

Für das in 4 dargestellte Beispiel einer linearen Korrektur für drei unterschiedliche Abschnitte könnte beispielsweise für alle Grauwerte eines beispielsweise 14bit-wandelnden Detektors zwischen 1 du und 7000 du auf den Index k = 1, für Werte von 7001 bis 9000 du auf den Index k = 2 und für Werte oberhalb von 9001 bis 16384 du auf den Index k = 3 verwiesen werden. Mit Hilfe des Index k = 1, 2, 3 wird dann sofort für jedes Pixel x, y auf die korrekte Korrekturfunktion fk(x, y) (allgemeiner Fall) oder z.B. A (k, x, y) und B (k, x, y) (abschnittsweise linearer Fall) verwiesen.For the in 4 For example, for example, for all greyscale values of, for example, a 14-bit converting detector between 1 and 7000 du, the illustrated example of a linear correction for three different sections could be k = 1, for values from 7001 to 9000 du, index k = 2 and for values above from 9001 to 16384 you are referred to the index k = 3. With the aid of the index k = 1, 2, 3, the correct correction function fk (x, y) (general case) or, for example, A (k, x, y) and B (k, x , y) (partially linear case).

Im Beispiel der 5 wird hierbei mit den Messsignalen des Röntgenrohbildes R(x, y) zunächst eine Offset-Subtraktion mit dem bei der Kalibrierung bestimmten Offset-Bild O(x, y) durchgeführt. Die Werte des Offset-korrigierten Röntgenbildes R(x, y) = R(x, y) – O(x, y) werden dann hergenommen, um in der Korrekturindextabelle den Index k auszulesen, der dem jeweiligen Wert des Offset-korrigierten Bildes zugeordnet ist. Mit dem Index k wird in der Matrix der Korrekturfunktionen die dem Index k zugeordnete Korrekturfunktion fk((x, y), R(x, y), O(x, y)) ausgewählt, mit der anschließend die Korrektur des einzelnen Messsignals durchgeführt wird. Im Ergebnis wird dadurch das Flatfield-korrigierte Bild I(x, y) erhalten. Diese Vorgänge laufen im Korrekturmodul 16 einer mit dem Detektor verbundenen Recheneinheit ab, das das korrigierte Bild ausgibt.In the example of 5 In this case, an offset subtraction with the offset image O (x, y) determined during the calibration is first carried out with the measurement signals of the x-ray raw image R (x, y). The values of the offset-corrected X-ray image R (x, y) = R (x, y) -O (x, y) are then taken to read out in the correction index table the index k associated with the respective value of the offset-corrected image is. With the index k, the correction function fk ((x, y), R (x, y), O (x, y)) selected for the index k is selected in the matrix of the correction functions, with which the correction of the individual measurement signal is then carried out , As a result, the flat field corrected image I (x, y) is thereby obtained. These processes run in the correction module 16 a processing unit connected to the detector, which outputs the corrected image.

In diesem Beispiel wurde die Offset-Subtraktion vor der Bestimmung der Korrekturfunktion durchgeführt. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Offset-Korrektur bereits in die Korrekturfunktion einzubeziehen oder die Offsetverschiebung bereits in der Korrekturindextabelle zu berücksichtigen.In this example was the offset subtraction before the determination the correction function performed. Of course but it is also possible already include the offset correction in the correction function or the offset offset already in the correction index table to take into account.

Die Korrekturfunktionen fk(x, y, R(x, y), O(x, y)) werden im jeweiligen durch eine untere und eine obere Schwelle bestimmten Abschnitt k vorzugsweise mit Hilfe folgender alternativer Methoden bestimmt. Bei einer ersten Methode erfolgt die Berechnung der Funktionsvariablen (z.B. a_k und b_k im Falle einer Geraden bzw. einer linearen Funktion) durch entsprechend viele unabhängige Messpunkte in diesem Abschnitt, beispielsweise zwei x, y-Paare im Falle einer Geraden. Bei einer zweiten Methode erfolgt ein Fit der Funktionsvariablen. Dazu ist mindestens ein Messpunkt mehr nötig als die Funktion freie Parameter hat, d.h. im Beispiel einer linearen Funktion zumindest drei Messpunkte. Als dritte beispielhafte Methode kann beispielsweise ein sog. Spline genutzt werden.The correction functions fk (x, y, R (x, y), O (x, y)) are determined in the respective section k determined by a lower and an upper threshold, preferably by means of the following alternative methods. In a first method, the function variables (eg a _k and b _k in the case of a straight line or a linear function) are calculated by correspondingly many independent measuring points in this section, for example two x, y pairs in the case of a straight line. In a second method, the function variables are fit. For this purpose, at least one measuring point is more necessary than the function has free parameters, ie in the example of a linear function at least three measuring points. As a third exemplary method, for example, a so-called spline can be used.

Durch die Unterteilung des Dynamikbereiches der einzelnen Detektorelemente in einzelne Abschnitte und die abschnittsweise Definition und Anwendung von Korrekturfunktionen wird eine verbesserte Korrektur des Bildes eines Festkörperdetektors erreicht. Der zusätzliche Einsatz von Korrekturindextabellen vermeidet zeitintensive Vergleichsoperationen und beschleunigt das Verfahren zusätzlich, so dass sich dieses auch bei Anwendungen mit hohen Bildraten, wie beispielsweise in der Fluoroskopie oder Angiographie, einsetzen lässt.By the subdivision of the dynamic range of the individual detector elements into individual sections and the section-wise definition and application Correction functions will be an improved correction of the image achieved a solid state detector. The additional Use of corrective index tables avoids time-consuming comparison operations and speeds up the process in addition, allowing this even in high frame rate applications, such as in fluoroscopy or angiography.

Claims

Image correction method for image recording with digital solid-state detectors comprising a plurality of detector elements ( 5 ) having a dynamic range in which measurement signals of each detector element ( 5 ) are corrected in order to determine differences in the dependence of the measuring signals of the detector elements ( 5 ) of the intensity of incident radiation ( 6 ), wherein the dynamic range of each detector element ( 5 ) is divided into several sections and for each section a correction of the measurement signals independent of the other sections is performed.

Method according to claim 1, characterized in that for each detector element ( 5 ) or for each group of several detector elements ( 5 ) is provided in each case a characteristic table, in which each signal height of the measurement signal is assigned an index for a matrix of correction functions, for each measurement signal the associated index from the detector element ( 5 ) and the correction is performed with the indexing function associated with the index.

A method according to claim 2, characterized in that the characteristic tables in a calibration of the detector elements ( 5 ) be generated.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the sections so chosen be that for every section one possible simple correction function for the correction can be used.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the corrections with correction polynomials of the first and / or higher order carried out become.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sections for different detector elements ( 5 ) are chosen independently.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sections for detector elements ( 5 ) at least one contiguous group of detector elements ( 5 ) are chosen the same.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the image correction is carried out in an image computer, with which the solid state detector ( 1 - 5 . 7 - 9 ) connected is.

Image correction apparatus for image recording with digital solid state detectors, comprising at least one solid-state detector ( 1 - 5 . 7 - 9 ) comprising a plurality of detector elements ( 5 ) having a dynamic range and being connected to a computing unit comprising a correction module ( 16 ) for the correction of measurement signals of the detector elements ( 5 ) in order to detect differences in the dependence of the measurement signals of the detector elements over the dynamic range ( 5 ) of the intensity of incident radiation ( 6 ), the correction module ( 16 ) is designed such that, for different predetermined sections of the dynamic range of each detector element ( 5 ) performs an independent of the other sections correction of the measurement signals.

Apparatus according to claim 9, characterized in that in the arithmetic unit a matrix of correction functions and for each detector element ( 5 ) or for each group of a plurality of detector elements in each case a characteristic table are stored, in which each signal level of the measuring signal is assigned an index for the matrix of correction functions, wherein the correction module ( 16 ) for each measurement signal the assigned index from the detector element ( 5 ) reads out the characteristic table and performs the correction with the indexing function assigned to the index.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the solid state detector ( 1 - 5 . 7 - 9 ) is a digital X-ray detector of an X-ray system.