DE102005057667B3 - Verfahren zur Korrektur eines Bildes aus einer Folge von mit einem Röntgendetektor aufgenommenen Bildern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines Bildes aus einer Folge von mit einem Röntgendetektor (1) aufgenommenen Bildern, wobei der Röntgendetektor (1) eine Vielzahl an Detektorelementen (2) aufweist und ein aufgenommenes Bild sich aus den Detektorelementen (2) zugeordneten Bildelementen zusammensetzt, wobei in einem Detektorelement (2) durch Röntgenstrahlung eine Folge von Detektorsignalen (D¶n¶, D¶n-1¶, D¶n-2¶, D¶n-3¶) erzeugt wird, die jeweils eine Detektor-spezifische, zeitliche Abklingkurve aufweisen, wobei ein zu korrigierendes, über ein vorgegebenes Aufnahmeintervall (DELTAt¶n¶, DELTAt¶n-1¶, DELTAt¶n-2¶, DELTAt¶n-3¶) aufgenommenes Bildelement (3) sich aus während dieses Aufnahmeintervalls (DELTAt¶n¶, DELTAt¶n-1¶, DELTAt¶n-2¶, DELTAt¶n-3¶) erfassten Signalanteilen (S¶n¶, S¶n-1¶, S¶n-2¶, S¶n-3¶) des aktuellen (D¶n¶) und vorangehender Detektorsignale (D¶n-1¶, D¶n-2¶, D¶n-3¶) zusammensetzt. Indem im Aufnahmeintervall (DELTAt¶n¶, DELTAt¶n-1¶, DELTAt¶n-2¶, DELTAt¶n-3¶) erfasste Signalanteile (S¶n-1¶, S¶n-2¶, S¶n-3¶) vorangehender Detektorsignale (D¶n-1¶, D¶n-2¶, D¶n-3¶) berechnet und vom zu korrigierenden Bildelement (3) subtrahiert werden, wird ein Verfahren bereitgestellt, welches die Bildqualität eines Bildes aus einer Serie von mit einer digitalen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bildern verbessert.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines Bildes aus einer Folge von mit einem Röntgendetektor aufgenommenen Bildern, wobei der Röntgendetektor eine Vielzahl an Detektorelementen aufweist und ein aufgenommenes Bild sich aus den Detektorelementen zugeordneten Bildelementen zusammensetzt, wobei in einem Detektorelement durch Röntgenstrahlung eine Folge von Detektorsignalen erzeugt wird, die jeweils eine Detektor-spezifische, zeitliche Abklingkurve aufweisen, wobei ein zu korrigierendes, über ein vorgegebenes Aufnahmeintervall aufgenommenes Bildelement sich aus während dieses Aufnahmeintervalls erfassten Signalanteilen des aktuellen und vorangehender Detektorsignale zusammensetzt, wobei im Aufnahmeintervall erfasste Signalanteile vorangehender Detektorsignale berechnet und vom zu korrigierenden Bildelement subtrahiert werden.
• Ungeachtet der Entwicklung auf dem Gebiet der Medizintechnik, insbesondere der bildgebenden Verfahren, z.B. Computertomographie und Magnetresonanztomographie, bleiben konventionelle Röntgensysteme ein bedeutendes Instrument zur medizinischen Diagnose und Patientenüberwachung. Noch sind viele derzeit verwendete Abbildungssysteme im Röntgenbereich mit analoger Detektortechnologie ausgestattet. Jedoch ist der Bereich der digitalen Bildgebung, insbesondere bei C-Bogen-Röntgensystemen, von zunehmender Bedeutung. Das Bildgebungsverfahren und die zur Umsetzung verwendeten Vorrichtungen sind dabei maßgeblich an der Qualität der aufgenommenen Bilder beteiligt. Zur Bewertung der Qualität der Bildgebung bzw. des Bildgebungsverfahrens ist das Kriterium der räumlichen Auflösung und die Quanteneffizienz als Kriterium für Rauschverhalten bzw. Detektorempfindlichkeit bekannt. Bisher verwendete analoge Bildverstärkungssysteme bieten jedoch kaum noch Verbesserungspotential im Bereich der Quanteneffizienz und des Auflösungsvermögens. Aufgrund weiterer Schwachpunkte der analogen Technik erweist sich z.B. eine weitere Reduktion der Röntgendosis als schwierig. Weiter treten Abhängigkeiten vom Erdmagnetfeld auf sowie Nichtlinearität in der Signalwiedergabe. Daher wird zunehmend an der Einführung digitaler Bildgebung gearbeitet, z.B. in Form von Flat Panel Detektoren. Dabei wird versucht die analoge Bildkette, d.h. Bildverstärker, Kameraoptik, Kamera, und A/D-Wandler durch eine möglichst einfache, digital arbeitende Vorrichtung zu ersetzen. Vorteile der digitalen Technologie liegen z.B. im Dynamikbereich, d.h. im Auflösungsvermögen für feinstes Gewebe, weiterer Dosisreduktion der Röntgenstrahlung, welche für C-Bogen-Systeme erst 3D-Anwendungen für Weichteile ermöglicht, die Mobilität des Geräts und die Linearität der Signalwiedergabe. Digitale Bildgebungsverfahren umfassen bisher intrinsische Methoden, Photoleiter-Methoden und Szintillator-Methoden. Von diesen drei wesentlichen Methoden wird in den Szintillator-Methoden nach heutiger Kenntnis das größte Verbesserungspotential in der 3D-Röntgenaufnahmetechnik gesehen.
• Bei Szintillatoren erfolgte eine Detektion von Röntgenstrahlung über Sekundärprozesse, welche durch die Röntgenstrahlung ausgelöst werden. Dringt ein Röntgenquant in eine Szintillator-Schicht ein, so entsteht unter anderem einerseits durch Anregung und Relaxation von Leuchtzentren in der Szintillator-Schicht eine Lichtemission, welche mittels Photodioden detektiert wird, indem Ladung erzeugt und getrennt wird. Anderseits entstehen in der Szintillator-Schicht durch die Röntgenstrahlung Festkörperdefekte, die nach einer gewissen Lebensdauer wieder zerfallen. Sowohl Leuchtemission als auch Defektgeneration sind direkt proportional zur Intensität der einfallenden Röntgenstrahlung. Der Zerfall der Festkörperdefekte kann durch Elektronenemission des Defekts zu einer erneuten Anregung der Leuchtzentren in der Szintillator-Schicht führen, was zu einer erneuten Signaldetektion durch die Photodiode führt. Jedoch kann in der Zwischenzeit bereits erneut Röntgenstrahlung auf den Detektor getroffen sein. Somit überlagert sich das aus einer zeitlich vorangehend eingestrahlten Röntgenstrahlung erzeugte Detektorsignal mit einem aus aktueller Röntgenstrahlung erzeugten Detektorssignal. Resultat dieses Vorgangs ist es, dass ein vorangehendes Bild im aktu ellen Bild in abgeschwächter Form sichtbar ist. Nachteil der Szintillatoren ist somit die hohe Nachleuchtkonstante bzw. Abklingkonstante, welche durch das Defektverhalten in der Szintillator-Schicht bedingt wird. Ähnliche Effekte wie für den Szintillator treten auch für die Photodiode auf. Die Abklingkonstanten für die Photodiode sind jedoch geringer, allerdings ist die Ausgangsintensität wesentlich höher als beim Szintillator. Daher spielen bei heutigen Zeitabständen für Bildaufnahmen beide Anteile des Nachleuchtens eine relevante Rolle. Die Abklingkurven für Szintillator und Photodiode überlagern sich zu einer gemeinsamen Abklingkurve, welche das Abklingverhalten des aufgenommenen Bildes bestimmt.
• Aus dem Fachartikel „A ghost story: Spatio-temporal response of an indirect-detection flat panel imager" veröffentlicht in Med Phys. 26 (8) im August 1999, ist eine Untersuchung zu Schattenbildern für einen Silizium-Flachdetektor bekannt, welche mittels einem Rapid Scanning-Verfahren und einem Flood-Field-Verfahren versucht, die auftretenden Schattenbilder für einen Silizium-Flachdetektor zu beseitigen. Beide Verfahren liefern jedoch kein befriedigendes Resultat. Der Autor verweist in der Zusammenfassung darauf, dass die Behebung von Schattenbildern Gegenstand zukünftiger Arbeit bleibt.
• Aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift DE 694 29 142 T2 ist eine Bilddetektionseinrichtung mit einer Korrekturschaltung bekannt, die ausgebildet ist, um das die verzögert übertragenen Ladungen repräsentierende Bildkorrektursignal zu bilden und aus dem primären elektronischen Bildsignal und dem Bildkorrektursignal durch Entfernen von infolge der verzögerten übertragenen Ladungen entstandenen Artefakten aus dem primären elektronischen Bildsignal ein korrigiertes Bildsignal abzuleiten.
• Die Offenlegungsschrift DE 103 20 972 A1 offenbart ein Verfahren zur Korrektur von durch das Nachleuchten bedingten Fehlern bei einem Röntgendetektor, wobei eine tatsächliche Intensität zu einem Zeitpunkt ermittelt wird, indem von einem gemessenen Ausgangssignal zum Zeitpunkt ein Subtrahend subtrahiert wird, und wobei der Subtrahend aus mehreren vor dem Zeitpunkt gemessenen Ausgangssignalen ermittelt wird.
• Die Offenlegungsschrift EP 1 113 293 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Remanenzkompensation eines von einem amorphen Silizium-Bilddetektor erfassten Bildes von einem in dem Bild auftretenden Remanenzbild. Dies wird erreicht, indem eine Abklingkurve modelliert wird, und die Bilder unter Nutzung der modellierten Abklingkurve korrigiert werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zu betreibenden Aufwand zur Durchführung einer Bildkorrektur eines von einem Schattenbild überlagerten zu korrigierenden Bildes zu reduzieren.
• Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zu jedem Signalanteil eine dessen Betrag repräsentierende Maßzahl ermittelt wird und diejenigen Signalanteile vorangehender Detektorsignale vom zu korrigierenden Bildelement subtrahiert werden, deren Maßzahlen einen vorgebbaren Schwellwert überschreiten. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt in der Regel dann zur Anwendung, wenn für die Detektion von Röntgenstrahlung digitale Röntgendetektoren verwendet werden, d.h. intrinsische Detektoren, Detektoren nach Photoleitermethode und Szintillator-Detektoren und eine so hohe Aufnahme rate für eine Bildfolge gegeben ist, dass Schattenbilder auftreten. Insbesondere die Szintillator-Detektoren weisen eine hohe Zeitkonstante für das Nachleuchten auf, wodurch in einem aufgenommenen Bild ein vorangehendes Bild gut sichtbar sein kann. Besonders bei starken Intensitätsschwankungen von hoher Intensität zu niedriger Intensität und bei Veränderungen der abgebildeten Struktur im Bild wirken sich die entstehenden Schattenbilder stark aus. Trifft Röntgenstrahlung auf ein Detektorelement des Röntgendetektors, so wird ein Detektorsignal erzeugt, welches kurz nach der Einstrahlung seinen Maximalwert erreicht und dann exponentiell mit der Zeit abhängig von einer Abklingkonstante abnimmt. Dieses Abklingen des Detektorsignals wird auch Abklingkurve genannt, und ist Ursache für das Auftreten der Schattenbilder. Die Abklingkonstante der Abklingkurve ist detektorabhängig. Im Besonderen hängt diese ab vom Aufbau und der Wirkungsweise des Detektors sowie von den dafür verwendeten Materialien. Zur Bilderzeugung werden bspw. die von den Detektorelementen gelieferten Detektorsignale in einem bestimmten Aufnahmeintervall auf integriert. Dies ist der jeweilige zu einem Bildelement beitragende Signalanteil des Detektorsignals. Zum erfassten Signal des Bildelements tragen Signalanteile jener Detektorsignale bei, welche vom Detektor ausgegeben werden, d.h. Detektorsignale von vorangehenden Röntgeneinstrahlungen, die noch nicht vollständig abgeklungen sind, sowie das aktuelle Detektorsignal, welches auf eine zeitlich unmittelbar davor liegende Röntgenstrahlenexposition des Detektors zurückzuführen ist. Daher treten Schattenbilder bzw. Schattenbildelemente von vorangehend erfassten Bildern bzw. Bildelementen im aktuellen Bild bzw. in einem Bildelement auf, deren Intensität sich aus dem Signalmaximum, der Detektor-spezifischen Abklingkonstante und deren zeitlichen Abstand zur aktuellen Bildaufnahme bestimmt. Als Signalanteile können beispielsweise Maximalwerte von Detektorkurven, Mittelwerte der Detektorkurven innerhalb eines Aufnahmeintervalls oder auch Integrationswerte des Detektorsignals über einem Aufnahmeintervall herangezogen werden. Die Detektorsignale sind in der Regel die Wiedergabe eines durch die Röntgeneinstrahlung mittelbar oder unmittelbar verursachten Stromflusses.
• Die Aufnahme eines Bildes erfolgt in der Regel über eine Detektormatrix, deren kleinste Einheiten Detektorelemente bilden. Der Aufbau der Detektormatrix kann je nach Konzept des Detektors unterschiedlich sein. Typischerweise besteht ein Szintillations-Detektor aus einer Szintillator-Schicht, welche auf einer Vielzahl von Photodioden aufgebracht ist. Die Photodioden sind in Zeilen und Reihen angeordnet, welche die Detektormatrix aufbauen. Jedem Detektorelement der Detektormatrix, d.h. im genannten Beispiel genau einer Photodiode, ist in der Regel ein Bildelement, z.B. ein Pixel zugeordnet. Allerdings können auch mehrere kleinste Elemente der Detektormatrix einem Bildelement zugeordnet werden. Um ein zu korrigierendes Bild zu korrigieren, wird das erfindungsgemäße Verfahren für jedes Bildelement durchgeführt. Die Geschwindigkeit des Verfahrens kann durch die Nutzung intelligenter Selektionskriterien für die zu korrigierenden Bildelemente erhöht werden.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muss die Abklingkurve des Detektors bekannt sein. Diese kann durch den Hersteller des Detektors zur Verfügung gestellt, oder experimentell bspw. mittels eines Kalibrierverfahrens bestimmt werden. Sind die Abklingkurve, die Maximalhöhe eines Detektorsignals sowie der zeitliche Abstand zwischen einem beliebigen vorangehenden Detektorsignal zu einem aktuellen Detektorsignal bekannt, so kann ein Signalanteil eines beliebigen vorangehenden Detektorssignals an der Summe der Signalanteile des zu korrigierenden Bildes bestimmt werden. Dies kann für beliebig viele vorangehende Detektorsignale geschehen. Ist der jeweilige Signalanteil eines vorangehenden Detektorsignals bestimmt, so kann dieser von den Signalanteilen des zu korrigierenden Bildes subtrahiert werden. Wird dies für ausreichend viele vorangehende Detektorsignale und für jedes Bildelement durchgeführt, resultiert nach der Subtraktion der vorangehenden Signalanteile von den Signalanteilen des zu kor rigierenden Bildes der aktuelle Signalanteil. Das Bildelement kann dabei einem einzigen Bildpunkt oder einer Summe von Bildpunkten entsprechen. Somit kann eine schattenbildfreie Darstellung bzw. ein korrigiertes Bild ermittelt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise ohne eine Änderung der Hardware bestehender Vorrichtungen in diese implementiert werden. Des weiteren ist durch das erfindungsgemäße Verfahren der Einsatz einer zur Verringerung der Schattenbilder geeigneten, teuren Rücklichtmethode nicht erforderlich. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstig. Die Korrektur ist in der Regel mit hoher Geschwindigkeit möglich, was eine korrigierte Darstellung der aufgenommenen Bilder in Echtzeit ermöglicht. Dies ist für die Diagnosestellung vorteilhaft. Die Ermittlung der Detektorspezifischen Abklingkurve durch Kalibrierung des Detektors kann einmalig erfolgen, was einen geringen Aufwand darstellt.
• Durch eine Bewertung des Betrags und damit des Beitrags des Signalanteils eines vorangehenden Detektorsignals zu dem zu korrigierenden Bild können jene Signalanteile vorangehender Detektorsignale bestimmt werden, welche den größten Einfluss auf das zu korrigierende Bild nehmen. Die Maßzahl kann dabei bspw. als Wert des Integrals des Detektorsignals im Aufnahmeintervall ermittelt sein. Durch Nutzung eines Schwellwerts zur Bestimmung des Beitrags von Signalanteilen vorangehender Detektorsignale für die nachfolgend gemessenen Signalanteile kann auch für zeitlich große Abstände zwischen aktuellem Detektorsignal und einem vorangehenden Detektorsignal eine Identifikation und Entfernung der wesentlichen Signalanteile vorangehender Detektorsignale gewährleistet werden. Dadurch wird der zu betreibende Aufwand zur Durchführung einer Bildkorrektur eines von einem Schattenbild überlagerten zu korrigierenden Bildes reduziert.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein zu subtrahierender Signalanteil aus der Abklingkurve des zugehörigen Detektorsignals und der relativen Lage des Aufnah meintervalls zur Abklingkurve berechnet. Dazu kann von einem bereits korrigierten vorangehenden Bildelement mittels der Abklingkurve und einer bekannten Bildaufnahmerate der Anteil des abklingenden Signalanteils in den zeitlich darauf folgenden, mit zeitlich bestimmter Beabstandung erfassten Bildelementen bestimmt werden. Der abzuziehende Anteil des vorangehenden korrigierten Bildelements ist für eine vorgegebene Bildaufnahmerate und einer bestimmten zeitlichen Beabstandung zum nachfolgend erfassten Bildelement konstant und daher leicht ermittelbar. Somit kann die Berechnung der zu subtrahierenden Signalanteile einfach und schnell durchgeführt werden, was eine korrigierte Echtzeitdarstellung des Bildelementes bzw. des Bildes ermöglicht.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zu dem zu korrigierenden Bildelement ein dem Aufnahmeintervall nachfolgender, nicht erfasster Signalrest des aktuellen Detektor signals addiert. Dadurch wird der dem gesamten durch die Röntgeneinstrahlung erzeugten Detektorsignal entsprechende Signalteil, d.h. aktueller Signalanteil plus Signalrest des aktuellen Detektorsignals, ermittelt und somit die korrekte, dem Röntgenstrahl tatsächlich zugeordnete Signalhöhe des Bildelements. Wird diese korrigierende Addition ab dem ersten erfassten Bildelement durchgeführt, können auf diese Weise der tatsächlichen Röntgenstrahlung entsprechende Signale der Bildelemente für alle weiteren, im folgenden erfassten Bildelemente ermittelt werden. Vorteilhafterweise wird der zu addierende Signalrest als Bruchteil des aktuellen Detektorsignals berechnet. Der zu addierende Signalrest ist direkt proportional zur eingestrahlten Intensität der Röntgenstrahlung, entspricht dem in den Defekten des Szintillators gespeicherten, im Aufnahmeintervall nicht registrierten Anteil der einfallenden Röntgenstrahlung, und ist damit leicht ermittelbar. Der Signalrest stellt somit einen Bruchteil des dem tatsächlich in dem Detektorelement durch Röntgenstrahlung entsprechenden Detektorsignals dar. Abhängig von der Bildaufnahmerate treten in den darauf folgenden Bildelementen Anteile dieses Signalrestes als Schattenbilder auf, welche mittels der Abklingkurve berechnet und vom zu korrigierenden Bildelement subtrahiert werden können.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine bestimmte, festlegbare Anzahl von Signalanteilen vorangehender Detektorsignale aus dem zu korrigierenden Bild subtrahiert. Da der Signalanteil vorangehender Detektorsignale in einem zu korrigierenden Bild durch die Abklingkonstante der Abklingkurve, das Maximum des jeweiligen Detektorsignals und dem zeitlichen Abstand zur aktuellen Aufnahme bestimmt ist, ist es zweckmäßig nicht sämtliche vorangehende Detektorsignale aus dem zu korrigierenden Bild zu entfernen, da ein Großteil der zeitlich zum aktuellen Detektorsignal beabstandeten, vorangehenden Detektorsignale bereits einen Betrag bzw. Signalhöhe aufweisen, der in der Größenordnung des Signalrauschens des Detektors liegt. Somit liefern diese Detektorsignale auch keinen wesentlichen Signalanteil für ein zu korri gierendes Bild. Es kann also der Aufwand zur Bildkorrektur reduziert werden, indem das Verfahren nur auf eine bestimmte Anzahl von vorangehenden Detektorsignalen angewendet wird, und die restlichen vorangehenden Detektorsignale vernachlässigt werden. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Anzahl der zu entfernenden vorangehenden Detektorsignale höchstens fünf ist. Aufgrund der zeitlichen Nähe der fünf unmittelbar vorangehenden Detektorsignale weisen diese in der Regel den größten Einfluss auf das zu korrigierende Bild auf. Durch Entfernen der zu den vorangehenden Detektorsignalen zugehörigen Signalanteile aus dem zu korrigierenden Bild, kann in der Regel ein schattenbildfreies bzw. korrigiertes Bild erzeugt werden.
• In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird jedem korrigierten Bildelement ein Grauwert für eine Bilddarstellung zugeordnet. Durch die Korrektur des zu korrigierenden Bildes kommt es in der Regel zu einer Änderung des Betrags der Summe der Signalanteile für ein Bildelement. Damit ist es zweckmäßig die Ausgabe des Bildes bzw. eines Bildelements auf eine Bildanzeige erst nach Korrektur durch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Ausgabe erfolgt in der Regel als Grauwertbild. Jedoch ist auch eine Farbendarstellung realisierbar. Durch die Zuordnung von Helligkeitswerten, Farben etc. zu den Signalanteilen des korrigierten Bildes und Verzicht auf eine Zuordnung von Helligkeitswerten, Farben etc. für ein aufgenommenes Bild wird die Anzahl der zur Zuordnung erforderlichen Rechenschritte nicht erhöht. Die zur Zuordnung erforderlichen Rechenschritte umfassen dabei, die Umwandlung eines Signalanteils oder einer Summe von Signalanteilen in bspw. einen Helligkeitswert. Des Weiteren erweist es sich als vorteilhaft, dass der Grauwert gefenstert wird. In der Regel werden 16bit Grauwertbilder von einem Patienten aufgenommen, welche 65536 Grautöne darstellen können. Das menschliche Auge ist jedoch nicht in der Lage alle diese Grautöne getrennt wahrzunehmen, sondern unterscheidet lediglich zwischen ca. 150 Grautönen. Daher werden die wesentlichen, d.h. untersuchungsrelevanten Informationen des Grauwertbildes in ein 8bit Grauwertbild konvertiert, welches nur noch 256 Grautöne enthält und auf ein Intervall innerhalb der 65536 Grautöne eingeschränkt wird.
• In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist eine bei gegebener Aufnahmerate der Bildfolge und bei Vorliegen einer exponentiellen, durch eine Abklingkonstante charakterisierte Abklingkurve der Detektorsignale die Abklingkonstante von gleicher Größenordnung wie die Aufnahmerate. Es existieren zwei Grenzfälle, für die das Verfahren nicht zweckmäßig eingesetzt werden kann. Zum einen kann die Aufnahmerate der Bildfolge derart klein sein, d.h. der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern derart groß sein, dass die Detektorsignale eines vorangehend aufgenommenen Bildes bei Aufnahme eines direkt nachfolgenden Bildes auf eine vernachlässigbare Detektorsignalhöhe abgeklungen sind. Damit ist das vorangehend aufgenommene Bild im nachfolgend aufgenommenen Bild nicht sichtbar. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nicht benötigt. Zum anderen kann die Aufnahme rate für einen gegebenen Detektor, beispielsweise einen Szintillations-Detektor, derart hoch gewählt werden, dass eine hohe Anzahl an vorangehend aufgenommenen Bildern aus dem aktuell aufgenommenen Bild entfernt werden muss, um ein schattenfreies Bild zu erhalten. Dadurch benötigt das Verfahren zunehmend mehr Rechenzeit und wird ineffizient, was die Praktikabilität des Verfahrens verringert. Das Verfahren ist genau dann zweckmäßig anwendbar, wenn die Abklingkonstante der exponentiell abklingenden Abklingkurve von gleicher Größenordnung ist, wie die Aufnahmerate der Bildfolge. Dies ist bei den bereits oben erwähnten Szintillator-Detektoren von Bedeutung, deren Vorteil unter anderem darin besteht, eine hohe Empfindlichkeit für Röntgenstrahlung bei relativ günstiger Herstellung aufzuweisen. Durch die relativ hohe Abklingkonstante der Szintillator-Schicht tritt jedoch ein Nachleuchten auf, was bei heute möglichen Aufnahmeraten, von bspw. 30 Bildern pro Sekunde und weniger, Schattenbilder verursacht. Durch eine weitere Erhöhung der Aufnahmerate kann dieser Effekt auch für Halbleiter-Detektoren und andere Detektorentypen von Bedeutung sein. Daher kann dieses Verfahren bspw. auch angewendet werden für digitale High-Speed-Aufnahmen im Kamera- und Filmbereich.
• Die korrigierten Bilder können besonders vorteilhaft zur Ermittlung einer räumlichen Darstellung eines Untersuchungsobjekts aus unterschiedlichen Aufnahmerichtungen verwendet werden. Das Verfahren kann dann besonders zweckmäßig für eine Aufnahme von Bildfolgen eingesetzt werden, wenn sich Bildinhalte aufeinander folgender Bilder ändern, jedoch Ähnlichkeiten aufweisen. Dies trifft besonders auf die räumlichen Bildgebungsverfahren der Röntgentechnik zu. Dabei wird bspw. ein Röntgenaufnahmesystem um einen Patienten rotiert und gleichzeitig werden mit hoher Bildaufnahmerate zweidimensionale Bilder des Patienten aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen. Durch die hohe Bildaufnahmerate treten Schattenbilder vorangehend aufgenommener Bilder in nachfolgend aufgenommenen Bildern auf. Werden die Schattenbilder nicht beseitigt, kommt es zu Verfälschungen der durch ein Untersuchungsobjekt vorge gebenen Bildinhalte, die sich auf die Rekonstruktion zur räumlichen Darstellung eines Patientenausschnitts auswirken. Man erhält durch die Schattenbilder Artefakte in der räumlichen Darstellung, welche bei der Diagnose berücksichtigt werden müssen. Durch die Korrektur der Bilder vor Durchführung der Rekonstruktion durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Entstehung von Artefakten in der räumlichen Darstellung unterbunden. Damit verbessert sich die Diagnosesicherheit bzw. verringert sich der Aufwand des medizinischen Personals zur Erkennung von fehlerhaften Darstellungen, verursacht durch Schattenbilder.
• Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert wird, in deren
• 1 ein Teilausschnitt eines Detektors mit Detektorelementen und einem einen Detektorelement zugeordneten Signal eines zu korrigierenden Bildelements,
• 2 eine zeitliche Folge von Detektorsignalen schematisch veranschaulicht ist.
• 1 zeigt einen Teilausschnitt eines Detektors 1 zur Detektion von Röntgenstrahlung. Der Detektor besteht aus einer Szintillator-Schicht, bspw. aus CsI-Nadeln, und einem Array aus Photodioden, welche zur Detektion des durch den Szintillator erzeugten, sichtbaren Lichts amorphes Silizium verwenden. Die Energie der auf die CsI-Schicht treffenden Röntgenstrahlung wird großteils über Sekundärprozesse in sichtbare Strahlung umgewandelt, teilweise wird die Energie in Form von Defekten im CsI sowie im amorphen Silizium gespeichert. Diese Defekte zerfallen nach einer mittleren Zerfallsdauer und führen zur Detektion durch Erzeugung von sichtbarer Strahlung im CsI oder durch Freisetzung von Ladung im amorphen Silizium zur Ausgabe eines Signals an die an den Detektor angeschlossene Elektronik. Jede Photodiode liefert aufgrund einer ein fallenden Röntgenstrahlung einen Signalbeitrag zum erfassten Bild und bildet eine kleinste detektierende Einheit bzw. ein Detektorelement 2 des Detektors 1. Die räumliche Auflösung des Bildes wird also wesentlich durch die Anzahl vorhandener Photodioden beeinflusst.
• Das Bild wird aus von den Detektorelementen 2 gelieferten Signalanteilen zusammengesetzt. Diese Signalanteile sind durch die Anordnung der Detektorelemente 2 räumlich verteilt.
• Jedoch setzt sich jedes von einem Detektorelement 2 des Detektors 1 gelieferte Signal auch aus einer zeitlichen Akkumulation von Signalanteilen S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 vorangehend detektierter Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3, in 2 dargestellt, sowie des aktuellen Signalanteils S_n des aktuellen Detektorsignals D_n, ebenfalls in 2 dargestellt, zusammen. Der Index n ist dabei eine natürliche Zahl, der die n-te Bildaufnahme bezeichnet. Somit bezeichnen die Indizes n – 1, n – 2, n – 3 ein dem n-ten Bild bzw. Bildelement 3 zeitlich erstes vorangehendes, zweites vorangehendes und drittes vorangehendes Bild bzw. Bildelement. Die den Bildelementen zugeordneten Signalanteile S_n bzw. S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 für eine Aufnahmeintervall Δt_n, siehe 2, sind in 1 durch einen Balkenanteil an einem Gesamtbalken verdeutlicht, dessen Höhe bzw. Betrag der Summe der Signalanteile S_n bzw. S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 des zu korrigierenden Bildelements 3 entspricht. Im Einzelnen setzt sich die Höhe des Balkens aus dem Signalanteil S_n und drei vorangehenden Signalanteilen S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 vorangehender Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3, siehe 2, zusammen. In der Regel ist somit das erste aufgenommene Bildelement ein schattenfreies Bildelement, da es das erste Bildelement einer Bildfolge ist und innerhalb dieser Bildfolge kein vor dem ersten Bildelement aufgenommenes Bildelement existiert.
• Der Anteil der Signalanteile S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 vorangehender Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3, siehe 2, nehmen in ihrem Betrag, welcher hier der Fläche zwischen dem Detektorsignal D_n bzw. D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 und der Zeitach se während einem Aufnahmeintervall Δt_n entspricht, vgl. 2, mit der Zeit exponentiell ab. Sie folgen in ihrem Abklingverhalten einer Detektor-spezifischen Abklingkurve, welche durch die Maximalintensität eines Detektorsignals D_n bzw. D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3, vgl. 2, und die Abklingkonstante der Abklingkurve bestimmt ist. Es erfolgt also eine stetige Verringerung von Signalanteilen S_n bzw. S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 von Detektorsignalen D_n bzw. D_n–1 bzw. D_n–1 bzw. D_n–3, siehe 2, für ein zeitlich zunehmend beabstandetes, nachfolgendes, zu korrigierendes Bildelement 3. Somit wird ab einem bestimmten zeitlichen Abstand der Anteil der Signalanteile S_n bzw. S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 eines vorangehenden Bildelements zu einem aktuell aufgenommenen Bildelement 3 in der Regel vernachlässigbar klein. Dieser zeitliche Abstand kann beispielsweise drei Aufnahmezyklen betragen.
• Aus einer experimentellen Bestimmung des Abklingverhaltens eines Detektorsignals D_n bzw. D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3, dargestellt in 2, können die Signalanteile S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3, welche als Folge einer vorangehende Röntgenbestrahlung von vorangehend durchgeführten Röntgenbestrahlungen des Detektors 1 auftreten, für ein nachfolgendes, zeitlich bestimmt beabstandetes, zu korrigierendes Bildelement 3 ermittelt werden. Es ist aus der Abklingkurve bekannt, welcher Anteil der einfallenden Röntgenstrahlung im Detektor 1 gespeichert wird. Dieser Anteil eines im Detektor 1 gespeicherten Signalrests R_n des aktuellen Detektorsignals D_n, vgl. 2, ist für eine vorgegebene Bildaufnahmerate und ein vorgegebenes Aufnahmeintervall konstant und wird in den nachfolgenden Bildelementen als Schattenbild mit einem bestimmten Signalanteil an einem zu korrigierenden Bild ausgegeben. Um ein schattenbildfreies und intensitätskorrigiertes Bildelement 4 zu erhalten, ist es nicht nur erforderlich die Signalanteile S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 vorangehender Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 vom zu korrigierenden Bildelement 3 zu subtrahieren, sondern auch den Signalrest R_n des aktuellen Detektorsignals D_n dem Signalanteil S_n des aktuellen Detektorsignals D_n hinzu zu addieren. Der Schritt der Addition des Signalrestes R_n des aktuel len Detektorsignals Dn und der Subtraktion der vorangehenden Signalanteile S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 vom zu korrigierenden Bildelement 3 ist in 1 mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
• Weiter kann aus den Abklingkurven derjenige Signalanteil S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 aus den vorangehenden bereits auf die selbe Art und Weise korrigierten Bildelementen bestimmt werden, der von einem vorangehenden Detektorsignal D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3, vgl. 2, nach einer bestimmten vergangenen Zeit noch zu nachfolgend aufgenommenen Signalanteilen S_n eines zu korrigierenden Bildelements 3 hinzukommt. Diese von vorangehenden Detektorsignalen D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 stammenden Anteile, welche zum aktuellen Signalanteil S_n eines zu korrigierenden Bildelements 3 hinzukommen, können mittels der Kalibrierung durch Multiplikation des zugehörigen korrigierten Bildelements mit einem Faktor erhalten werden, wobei sich der Faktor aus der zeitlichen Beabstandung des vorangehenden Detektorsignals D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 zum aktuellen Detektorsignal D_n und der Abklingkurve bestimmt. Die vorangehenden, und aus einem zu korrigierenden Bildelement 3 zu entfernenden Signalanteile S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3, können somit einfach durch das bekannte Abklingverhalten und bereits korrigierten vorangehenden Bildelementen berechnet und von der Summe der Signalanteile S_n bzw. S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 eines aktuellen zu korrigierenden Bildelements 3 subtrahiert werden. Bei Durchführung des Verfahrens für sämtliche zu korrigierende Bildelemente 3, kann ein korrigiertes Bild ermittelt werden.
• 2 stellt eine zeitliche Folge von Detektorsignalen D_n bzw. D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 dar, welche von einem Detektor 1, dargestellt in 1, als Folge einer Röntgeneinstrahlung von einem Detektorelement 2 des Detektors 1, beide jeweils gezeigt in 1, ausgegeben werden. Zur Bilderzeugung werden die Detektorsignale D_n bzw. D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 während der ihnen zugehörigen Aufnahmeintervalle Δt_n bzw. Δt_n–1 bzw. Δt_n–2 bzw. Δt_n–3 usw. durch Integration der ausgegebenen Detektorsignale Dn bzw. D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 durch den Detektor 1 aus
• 1 Signals erfasst bzw. gemessen. Diese während eines Aufnahmeintervalls Δt_n bzw. Δt_n–1 bzw. Δt_n–2 bzw. Δt_n–3 aufintegrierten Detektorsignale D_n bzw. D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 werden als Signalanteile S_n bzw. S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 bezeichnet. Zu den während eines bestimmten Aufnahmeintervalls, bspw. Δt_n, detektierten Signalanteilen Sn bzw. S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 trägt jedoch nicht nur der aktuelle Signalanteil S_n des aktuellen Detektorsignals D_n bei, sondern es tragen auch Signalanteile S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 vorangehender Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 bei. Je nach Höhe des Maximums des jeweiligen vorangehenden Detektorsignals D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 und der zeitlichen Beabstandung der vorangehenden Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 zum aktuellen Aufnahmeintervall Δt_n, kann der Signalanteil S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 der vorangehenden Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 unterschiedlich groß sein. Besonders relevant für das Auftreten von Schattenbildern ist es, wenn einem direkt vorangehenden Detektorsignal mit hoher Maximalintensität, z.B. das Detektorsignal D_n–1, ein aktuelles Detektorsignal D_n mit geringer Maximalintensität nachfolgt. Dadurch ist der Beitrag des vorangehenden Signalanteils S_n–1 zur Summe der Signalanteile S_n bzw. S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 des zu korrigierenden Bildes bzw. Bildelements 3 in der gleichen Größenordnung oder größer wie der des aktuellen Signalanteils S_n. Somit ist in einem unter diesen Verhältnissen aufgenommenen Bild bzw. Bildelement 3 ein vorangehend aufgenommenes Bild bzw. Bildelement deutlich sichtbar.
• Der Signalanteil S_n des aktuellen Detektorsignals D_n und die Signalanteile S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 der vorangehenden Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3 addieren sich zu den Signalanteilen des zu korrigierenden Bildes bzw. Bildelements 3 auf. Durch Subtraktion der Signalanteile S_n–1 bzw. S_n–2 bzw. S_n–3 vorangehender Detektorsignale D_n–1 bzw. D_n–2 bzw. D_n–3, welche mit Hilfe der experimentell bestimmten Anklingkurve a priori ermittelbar sind, kann somit das zu korrigierende Bild bzw. Bildelement 3 von Schattenbildern bzw. Schattbildelementen befreit werden. Es resultiert der aktuelle Signalanteil S_n des aktuellen Detektorsignals D_n. Jedoch ist eine weitere Korrektur des Bildes bzw. des Bildelements 3 zweckmäßig, bei der ein Restsignalanteil R_n des aktuellen Detektorsignals D_n zum aktuellen Signalanteil S_n hinzuaddiert wird. Damit ist eine tatsächliche, nicht durch den Detektor 1, vgl. 1, verfälschte Signalhöhe für das aktuelle Detektorsignal D_n ermittelbar. Somit ist das zu korrigierende Bildelement 3 in ein korrigiertes Bildelement 4 überführt. Wird dieses Verfahren für alle Bildelemente 3 eines Bildes angewendet, so er gibt sich eine schattenbildfreie Darstellung für ein gesamtes Bild. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf jedes Bild der Bildfolge, ergibt sich eine korrigierte Bildfolge.

Claims (9)

1. Verfahren zur Korrektur eines Bildes aus einer Folge von mit einem Röntgendetektor (1) aufgenommenen Bildern, wobei der Röntgendetektor (1) eine Vielzahl an Detektorelementen (2) aufweist und ein aufgenommenes Bild sich aus den Detektorelementen (2) zugeordneten Bildelementen zusammensetzt, wobei in einem Detektorelement (2) durch Röntgenstrahlung eine Folge von Detektorsignalen (D_n, D_n–1, D_n–2, D_n–3) erzeugt wird, die jeweils eine Detektor-spezifische, zeitliche Abklingkurve aufweisen, wobei ein zu korrigierendes, über ein vorgegebenes Aufnahmeintervall (Δt_n, Δt_n–1, Δt_n–2, Δt_n–3) aufgenommenes Bildelement (3) sich aus während dieses Aufnahmeintervalls (Δt_n, Δt_n–1, Δt_n–2, Δt_n–3) erfassten Signalanteilen (S_n, S_n–1, S_n–2, S_n–3) des aktuellen (D_n) und vorangehender Detektorsignale (D_n–1, D_n–2, D_n–3) zusammensetzt, wobei im Aufnahmeintervall (Δt_n, Δt_n–1, Δt_n–2, Δt_n–3) erfasste Signalanteile (S_n–1, S_n–2, S_n–1) vorangehender Detektorsignale (D_n–1, D_n–2, D_n–3) berechnet und vom zu korrigierenden Bildelement (3) subtrahiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Signalanteil (S_n, S_n–1, S_n–2, S_n–3) eine dessen Betrag repräsentierende Maßzahl ermittelt wird und diejenigen Signalanteile (S_n–1, S_n–2, S_n–3) vorangehender Detektorsignale (D_n–1, D_n–2, D_n–3) vom zu korrigierenden Bildelement (3) subtrahiert werden, deren Maßzahlen einen vorgebbaren Schwellwert überschreiten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu subtrahierender Signalanteil (S_n–1, S_n–2, S_n–3) aus der Abklingkurve des zugehörigen Detektorsignals (D_n–1, D_n–2, D_n–3) und der relativen Lage des Aufnahmeintervalls (Δt_n, Δt_n–1, Δt_n–2, Δt_n–3) zur Abklingkurve berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem zu korrigierenden Bildelement (3) ein dem Aufnahmeintervall (Δt_n, Δt_n–1, Δt_n–2, Δt_n–3) nachfolgender, nicht erfasster Signalrest (R_n) des aktuellen Detektorsignals (D_n) addiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zu addierende Signalrest (R_n) als Bruchteil des aktuellen Detektorsignals (D_n) berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte, festlegbare Anzahl von Signalanteilen (S_n–1, S_n–2, S_n–3 vorangehender Detektorsignale (D_n–1, D_n–2, )D_n–3) subtrahiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zu subtrahierenden Signalanteile (S_n–1, S_n–2, S_n–3) höchstens fünf ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem korrigierten Bildelement (4) ein Grauwert für eine Bilddarstellung zugeordnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grauwert gefenstert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei gegebener Aufnahmerate der Bildfolge und bei Vorliegen einer exponentiellen, durch eine Abklingkonstante charakterisierten Abklingkurve der Detektorsignale (D_n, D_n–1, D_n–2, D_n–3) die Abklingkonstante von gleicher Größenordnung wie die Aufnahmerate ist.