DE102006005803A1

DE102006005803A1 - Verfahren zur Rauschreduktion in bildgebenden Verfahren

Info

Publication number: DE102006005803A1
Application number: DE102006005803A
Authority: DE
Inventors: Anja Borsdorf; Rainer Dr. Raupach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-09
Also published as: CN101017568A; JP2007209755A; US20070189635A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauschreduktion in bildgebenden Verfahren, bei dem zwei statistisch unabhänige situationsgleiche Bilddatensätze erzeugt werden, einer Wavelet-Transformation, charakterisiert durch einen Tiefpassfilter und einen Hochpassfilter, unterzogen werden, die Korrelation zwischen den unabhängigen Bilddatensätzen anhand sich jeweils entsprechender Wavelet-Koeffizienten bestimmt wird und bei der Rücktransformation weniger stark korrelierende Wavelet-Koeffizienten weniger stark gewichtet werden als stärker korrelierende Wavelet-Koeffizienten, wobei die Bewertung der Korrelationen und die Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation bei Wavelet-Koeffizienten, die durch eine Kombination von Hochpass- und Tiefpassfilterung entstanden sind, unabhängig von der Bewertung der Korrelationen und der Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation der durch reine Hochpassfilterung entstandenen Wavelet-Koeffizienten ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauschreduktion in bildgebenden Verfahren, wobei mindestens zwei statistisch unabhängige gleichdimensionierte und situationsgleiche Bilddatensätze erzeugt und jeweils einer Wavelet-Transformation mit Tiefpassfilterung und Hochpassfilterung über eine Anzahl j von Ebenen unterzogen werden, und die Korrelation der mindestens zwei statistisch unabhängigen Bilddatensätze anhand einer Kreuzkorrelationsfunktion der sich jeweils entsprechenden Wavelet-Koeffizienten der mindestens zwei Bilddatensätze bestimmt wird, und bei einer Rücktransformation eines Bilddatensatzes aus mindestens einem Wavelet-Datensatz weniger stark korrelierende Wavelet-Koeffizienten weniger stark gewichtet werden als stärker korrelierende Wavelet-Koeffizienten.

Das Prinzip einer Wavelet-Transformation im Rahmen einer Bildaufbereitung ist allgemein. Bezüglich der Wavelet-Transformation wird beispielhaft auf die Internetseite http://de.wikipedia.org/wiki/Wavelet verwiesen. An dieser Stelle sind weitere Verweise zur Theorie der Wavelet-Transformation angegeben.

Aus der Offenlegungsschrift DE 103 05 221 A1 ist ein, dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches ähnliches, Verfahren zur Rauschunterdrückung bekannt. Dort werden die Korrelationen von zwei statistisch unabhängigen, identischen oder räumlich ähnlichen Aufnahmen anhand der Kreuzkorrelationsfunktion von bestimmten Wavelet-Koeffizienten ermittelt. Diese entspricht anschaulich dem normierten Skalarprodukt der aus den beiden „Richtungsableitungen" der j-ten Wavelet-Ebene gebildeten Vektoren,

Allerdings existieren in solchen Aufnahmen, abhängig vom verwendeten Wavelet, auch Muster, die verschwindende Richtungsableitungen besitzen und trotzdem korreliert sind. Als Folge, der trotz Korrelation zu realen Strukturen entfernten Anteile, entstehen Bildartefakte in Form dieses Musters auf verschiedenen Längenskalen je nach betrachteter Ebene der Wavelet-Transformation. Bei verschwindender oder kleiner Norm des aus den Richtungsableitungen gebildeten Vektors kann mit Hilfe der in der Schrift DE 103 05 221 A1 gezeigten Form keine verlässliche Aussage über das Vorliegen von korrelierten Strukturen gemacht werden. Ferner können trotz kleiner Kreuzkorrelationsfunktion stark korrelierte Diagonalanteile vorliegen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Rauschunterdrückung in der Bildgebung zu finden, welches weniger häufig tatsächlich existierende Strukturen bei der Aufbereitung auslöscht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Demgemäß schlagen die Erfinder vor, das Verfahren zur Rauschreduktion in bildgebenden Verfahren zu verbessern. Entsprechend dem bereits bekannten Verfahren werden

– mindestens zwei statistisch unabhängige gleichdimensionierte und situationsgleiche Bilddatensätze erzeugt,
– die mindestens zwei statistisch unabhängigen Bilddatensätze (A, B) werden jeweils einer Wavelet-Transformation mit Tiefpassfilterung und Hochpassfilterung über eine Anzahl j von Ebenen unterzogen, wobei: • in jeder Ebene vier Gruppen von Wavelet-Koeffizienten berechnet werden, • eine TP-Gruppe der Wavelet-Koeffizienten durch TP×TP-Operationen gebildet wird, • eine HP-Gruppe der Wavelet-Koeffizienten durch HP×HP-Operationen gebildet wird, und • zwei Misch-Gruppen der Wavelet-Koeffizienten durch TP×HP-Operationen einerseits und HP×TP-Operationen andererseits gebildet wird,
– die Korrelation der mindestens zwei statistisch unabhängigen Bilddatensätze anhand einer Kreuzkorrelationsfunktion der sich jeweils entsprechenden Wavelet-Koeffizienten der mindestens zwei Bilddatensätze bestimmt wird, und
– bei einer Rücktransformation eines Bilddatensatzes aus mindestens einem Wavelet-Datensatz weniger stark korrelierende Wavelet-Koeffizienten weniger stark gewichtet werden als stärker korrelierende Wavelet-Koeffizienten.

Entsprechend der Erfindung schlagen die Erfinder eine Verbesserung dahingehend vor, dass die Bewertung der Korrelationen und die Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation innerhalb der Misch-Gruppen der Wavelet-Koeffizienten sich von der Bewertung der Korrelationen und der Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation innerhalb der HP-Gruppe der Wavelet-Koeffizienten unterscheidet.

Durch dieses verbesserte Verfahren zur Rauschunterdrückung ist es nun möglich, durch entsprechende Bewertung und Gewichtung weniger häufig tatsächlich existierende Strukturen bei der Aufbereitung auszulöschen, während gleichzeitig eine optimale Reduktion des Rauschens bewirkt werden kann.

Es ist ergänzend darauf hinzuweisen, dass unter den unabhängigen gleichdimensionierten und situationsgleichen Bilddatensätzen statistisch unabhängige Aufnahmedaten eines Objektes unter gleichen bis sehr ähnlichen Bedingungen oder unter in bekannter Weise geringfügig veränderten Bedingungen zu verstehen sind. Auch müssen die zu vergleichenden Bilddaten in der gleichen Anzahl von Raumdimensionen vorliegen, damit ein ander entsprechende Wavelet-Koeffizienten bei der Transformation berechnet und miteinander verglichen werden können.

In der Praxis ist es besonders günstig, wenn bei der Wavelet-Transformation der Bilddatensatz der ersten Gruppe als Basis für die Berechnung der nächsten Ebene dient und in jeder Ebene sich die Datenmenge der ersten Gruppe auf ein Viertel der Ausgangsdatenmenge verringert.

Bei der Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation können die HP-Gruppen höher angesetzt werden, als die Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten der Misch-Gruppen, also der beiden HP×TP- und TP×HP-Gruppen. TP und HP stellen hierbei die zur Wavelet-Transformationen gehörenden Tief- beziehungsweise Hochpassfilter dar, wobei bei einer Wavelet-Zerlegung einer Ebene die folgenden Gruppen an Wavelet-Koeffizienten entstehen:

(Begründung siehe oben). Die Wavelet-Zerlegung wird vorteilhafterweise nur bis zu einem Level j_max berechnet, da die dominierenden Beiträge zur Rauschleistung von den hohen Frequenzen stammen.

Weiterhin ist es vorteilhaft als Korrelationsfunktion κTP,HPj innerhalb der TP×HP-Gruppe die Funktion

zu verwenden, wobei für die Variablen gilt:

= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes A in der Ebene j der Michgruppe TP×HP;
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes B in der Ebene j der Michgruppe TP×HP;
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes A in der Ebene j der Mischgruppe HP×TP;
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes A in der Ebene j der Mischgruppe HP×TP;
P₁ = Variable zur Einstellung des Selektionsgrades.

Ebenso ist es günstig im konkreten Fall als Korrelationsfunktion

innerhalb der HP-Gruppe die Funktion

zu verwenden, wobei für die Variablen gilt:

= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes A in der Ebene j der HP-Gruppe;
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes B in der Ebene j der HP-Gruppe;
P₂ = Variable zur Einstellung des Selektionsgrades.

Es ist besonders zu bemerken, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht um eine einfache generische Verallgemeinerung des bekannten Verfahrens aus der Schrift DE 103 05 221 A1 handelt. Bei einer solchen Verallgemeinerung würden lediglich die Korrelationsfunktionen wie folgt erweitert werden:

Hier jedoch findet eine unabhängige Bewertung Korrelationsfunktionen je nach betrachteter Gruppe der Korrelationsfunktionen und zusätzlich auch unabhängige Gewichtung der Korrelationskoeffizienten bei der Rücktransformation statt.

Besonders günstig, insbesondere im Hinblick auf schnelle Datenverarbeitung, ist es, wenn zur Wavelet-Transformation ein Haar-Wavelet verwendet wird. Grundsätzlich können jedoch auch andere bekannte Wavelets, wie sie beispielsweise in http://de.wikipedia.org/wiki/Wavelet angegeben sind, beispielsweise Spline- oder Daubechy-Wavelets, verwendet werden. Die konkreten Ausführungsformen dieser Anmeldung beziehen sich jedoch durchweg auf Haar-Wavelets.

Aufgrund der ionisierenden Eigenschaft verwendeter Strahlungen, beispielsweise von Röntgenstrahlung oder Positronenemissionsstrahlung, die zur Abtastung von Patienten oder Lokalisierung von Gewebeteilen verwendet wird, und des damit einhergehenden Risikos bezüglich der Zellentartung ist man bei diesen Verfahren stets bemüht, die Untersuchungen mit möglichst geringer Dosis durchzuführen, denn wegen der geringen zur Verfügung stehenden Dosis bei der Abtastung der Patienten, erhält das vorhandene Quantenrauschen für die Bildqualität starke Relevanz und beeinträchtigt die Bildqualität durch entsprechend starkes Bildrauschen negativ. Es ist daher besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der Bildgebung durch ionisierende Strahlung anzuwenden. Hierdurch ist es möglich, bei gleichbleibender Bildqualität Dosis einzusparen.

Entsprechend ist es besonders vorteilhaft, das beschriebene Verfahren in der Röntgen-Computertomographie anzuwenden. Einerseits können hierbei als unabhängige Bilddatensätze in einer Schnittebene mindestens zwei statistisch unabhängige Schnittbilder verwendet werden. Andererseits können als mindestens zwei statistisch unabhängige Bilddatensätze auch zwei statistisch unabhängige Projektionsdatensätze verwendet werden, aus denen ein rauschfreier Projektionsdatensatz erzeugt und derart ermittelte rauschfreie Projektionsdatensätze zur Rekonstruktion von Schnittbildern verwendet werden. Bezüglich dieser Anwendung wird auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2005 012 654.5 verwiesen und deren Offenbarungsgehalt, insbesondere bezüglich der Anwendungsvarianten von Korrelationsanalysen zur Rauschunterdrückung, wird vollinhaltlich übernommen.

Schließlich wird auch noch darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Transmissions-Röntgenbilder angewendet werden kann, wobei hier statistisch unabhängig voneinander erzeugte gleiche Bilder eines Objektes bezüglich ihres Korrelationsverhaltens untersucht und in der zuvor beschriebenen Weise aufbereitet werden.

Auch in der Positronen Emissions Tomographie (PET) oder bei der Erstellung von Szintigrammen, beispielsweise der Schilddrüse, kann das beschriebene Verfahren dosiseinsparend verwendet werden, da hierdurch auch die Menge an zu verabreichenden radioaktive Substanzen reduzierbar ist.

Im Rahmen der NMR-Tomographie (NMR=Kernspinresonanz), der Ultraschall-Reflektionsbildgebung oder der Ultraschall-Tomographie eignet sich das Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand des konkreten Beispiels einer CT-Bildgebung mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung not wendigen Merkmale dargestellt sind und folgende Bezugszeichen verwendet werden: 1: CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3: erster Mehrzeilendetektor; 4: zweite Röntgenröhre; 5: zweiter Mehrzeilendetektor; 6: Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Recheneinheit; 11: Speicher; 12: Bilddatensätze; 13: statistisch unabhängige Teilbilddatensätze; 14: Wavelet-Transformation; 15: Berechnung der Kreuzkorrelationskoeffizienten; 16: Reformatierung; 17: neuer Bilddatensatz; 18: Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Prg_n: Computer-Programm.
Es zeigen im Einzelnen:
1: Faltungskern des Haar-Wavelet für erste Richtungsableitung, TP×HP-Gruppe;
2: Faltungskern des Haar-Wavelet für erste Richtungsableitung, HP×TP-Gruppe;
3: Faltungskern des Haar-Wavelet für Diagonalableitung, HP×HP-Gruppe;
4: Erstes Pixelmuster, das bei Verwendung des Haar-Wavelets eine verschwindende Richtungsableitung besitzt;
5: Zweites Pixelmuster, das bei Verwendung des Haar-Wavelets eine verschwindende Richtungsableitung besitzt;
6: axiales CT-Bild;
7: CT-Bild aus 6 entrauscht mit Verfahren aus der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2005 012 654.5 ;
8: Differenzbild aus 7 minus 6;
9: CT-Bild aus 6 entrauscht mit erfindungsgemäßem Verfahren;
10: Differenzbild aus 9 minus 6;
11: CT-System mit schematischer Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der Schrift DE 103 05 221 A1 wird vorgeschlagen, Korrelationen von zwei statistisch unabhängigen, identischen oder räumlich ähnlichen Aufnahmen, also rekonstruierte Bild- oder Projektionsdaten, anhand der Kreuzkorrelationsfunktion von bestimmten Wavelet-Koeffizienten zu ermitteln. Diese entspricht anschaulich dem normierten Skalarprodukt der aus den beiden „Richtungsableitungen" der j-ten Wavelet-Ebene gebildeten Vektoren, nämlich
Unter Richtungsableitungen und Richtungstermen sind im Sinne der Erfindung diejenigen Wavelet-Koeffizienten zu verstehen, die durch Filterung mit jeweils dem Tiefpassfilter der Wavelet-Transformation in einer Raumdimension und dem Hochpassfilter der Wavelet-Transformation in der anderen Raumdimension berechnet werden. Unter Diagonalableitungen und Diagonaltermen sind im Sinne der Erfindung diejenigen Wavelet-Koeffizienten definiert, die durch Filterung mit dem Hochpassfilter der Wavelet-Transformation in allen Raumdimensionen berechnet werden.
Im Falle der Verwendung von Haar-Wavelets entstehen solche Richtungsableitungen zum Beispiel durch die Faltung mit den in den 1 und 2 abgebildeten Kernen.
Obwohl nur diese beiden Größen zur Bestimmung der Korrelation Verwendung finden, wird in der Schrift DE 103 05 221 A1 vorgeschlagen, in Abhängigkeit davon in einem späteren Schritt alle Hochpass-Anteile, also auch den Diagonalterm, der durch die Faltung mit dem Kern aus der 3 berechnet wird, herunter zu wichten. Es wird also kein Unterschied in der Bewertung der Korrelation der Richtungsterme (entspricht der TP×HP- und HP×TP-Gruppe) und Diagonalterme (entspricht der HP×HP-Gruppe) und auch deren Gewichtung gemacht. Allerdings existieren Muster, die verschwindende Richtungsableitungen besitzen, jedoch trotzdem korreliert sind. Für das Haar-Wavelet sind dies Pixel-Muster der Form, wie sie in den 4 und 5 dargestellt sind.
Als Folge der trotz vorhandener Korrelation zu realen Strukturen entfernten Anteile entstehen Bildartefakte in Form dieses Musters auf verschiedenen Längenskalen je nach betrachteter Ebene der Wavelet-Transformation.
Dieses Problem wird mit den 6 und 7 am Beispiel eines CT-Bildes dargestellt. Das axiale CT-Bild aus der 6 ist entsprechend dem Rauschreduktionsverfahren aus der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2005 012 654.5 entrauscht worden und wird in der 7 gezeigt. Dieses hier verwendete Rauschreduktionsverfahren behandelt in der Bewertung und Gewichtung die Richtungsterme und die Diagonalterme gleich. Entsprechend entstehen Artefakte an den mit Kreisen markierten Stellen, die durch real existierende Strukturen entstanden sind und fälschlicherweise als Rauschen interpretiert und bei der Reformatierung des Bilddatensatzes entfernt wurden.
Besonders deutlich zeigt dies die 8, die ein Differenzbild der 7 minus 6 wiedergibt. Die Kreismarkierungen zeigen Artefakte, die durch das beschriebene Problem entstehen.
Die gezeigten Artefakte lassen sich entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung nur dadurch verhindern, dass die Bewertung der Korrelationen und die Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation bei den Richtungstermen von der Bewertung der Korrelationen und der Gewichtung der Diagonalterme unterscheidet.
Bei verschwindender oder kleiner Norm des aus den Richtungsableitungen gebildeten Vektors kann mit Hilfe der in der Schrift DE 103 05 221 A1 gezeigten Form keine verlässliche Aussage über das Vorliegen von korrelierten Strukturen gemacht werden. Ferner können trotz kleiner Kreuzkorrelationsfunktion stark korrelierte Diagonalanteile vorliegen. Auf Basis des Wertes der Kreuzkorrelationsfunktion ist es folglich zweckmäßig, zur Rauschminderung zunächst ausschließlich die Richtungsableitungen zu gewichten.
Die Gewichtung der Diagonalanteile
und
wird separat auf Basis deren Korrelationsanalyse durchgeführt. Konkret kann dazu eine geeignete Funktion von
und
betrachtet werden, wobei diese in vorteilhafter Weise von deren Produkt abhängt, sowie deren Beträge zur Normierung berücksichtigt. Zur Bewertung der Korrelationen bzw. zur Gewichtung der Diagonalkoeffizienten in der j-ten Wavelet-Ebene kann etwa die Funktion
verwendet werden, wobei sich mit dem Exponenten P die Selektivität einstellen lässt,
dem Wavelet-Koeffizienten des Bilddatensatzes A in der Ebene j der Gruppe der rein hoch passgefilterten Wavelet-Koeffizienten angehört und
dem Wavelet-Koeffizienten des Bilddatensatzes B in der Ebene j der rein hochpassgefilterten Wavelet-Koeffizienten entspricht. TP und HP stellen hierbei die zur Wavelet-Transformationen gehörenden Tief- beziehungsweise Hochpassfilter dar.
Als Sonderfall bleibt nur die Situation, dass gleichzeitig alle Richtungsableitungen und Diagonalanteile verschwinden beziehungsweise für eine stabile Numerik zu klein sind. Dies bedeutet jedoch, dass lokal weder Strukturen noch nennenswertes Rauschen vorliegen, so dass ohne Nachteile die Wavelet-Koeffizienten unverändert weiterverwendet werden können.
In der 9 ist das CT-Bild aus der 6 mit der erfindungsgemäßen Rauschunterdrückung dargestellt, wobei das Differenzbild aus der 9 minus 6 in der 10 gezeigt ist. Hier ist zu erkennen, dass die Artefakte aus dem Differenzbild der 8 stark reduziert sind. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich also das Ergebnis der Rauschreduktion im Bezug auf die durch das Verfahren eingebrachten Artefakte deutlich verbessern. Dadurch wird es möglich, mehr Rauschen ohne Beeinträchtigung der relevanten Bildinformation zu entfernen, beziehungsweise im Umkehrschluss mehr Dosis bei gleichbleibender Bildqualität einzusparen.
Mit der 11 wird schematisch noch ein beispielhaftes CT-System 1 gezeigt, in dessen Recheneinheit 10 ein erfindungsgemäßes Rauschunterdrückungsverfahren durch Ausführung der Programme Prg_x auf CT-Schnittbilddarstellungen angewendet wird.
Das CT-System 1 weist im hier konkret dargestellten Fall ein Gantrygehäuse 6 auf, in dem an der nicht dargestellten Gantry eine Röntgenröhre 2 und ein Mehrzeilendetektor 3 befestigt sind. Im Betrieb drehen sich die Röntgenröhre 2 und der Detektor 3 um die Systemachse 9, während der Patient 7 entlang der Systemachse 9 mit Hilfe der verfahrbahren Patientenliege 8 durch den Scanbereich zwischen Röntgenröhre 2 und Detektor 3 geschoben wird. Relativ zum Patienten wird so eine Spiralabtastung durchgeführt. Optional können auch mehrere Röhren/Detektor-Kombinationen zur Abtastung verwendet werden. Eine solche zweite Röhren/Detektor-Kombination ist durch die zweite Röntgenröhre 4 und den zweiten Mehrzeilendetektor 5 gestrichelt angedeutet. Anzumerken ist, dass durch eine zweite Röhren/Detektor-Kombination sehr einfach ein zweiter statistisch unabhängiger Bilddatensatz erzeugt werden kann, der bezüglich des Quantenrauschens statistisch unabhängig ist.
Die Steuerung des CT-Systems und auch die Bildrekonstruktion einschließlich Bildverarbeitung mit Rauschunterdrückung erfolgt durch die Recheneinheit 10, die auf einem internen Speicher 11 Computerprogramme Prg_l-Prg_n enthält, die auch auf mobile Speichermedien übertragen werden können. Diese Computerprogramme führen, neben den sonstigen üblichen Aufgaben eines CT-Rechners, auch das erfindungsgemäße Verfahren zur Rauschunterdrückung bei der Bildaufbereitung aus.
In der schematischen Darstellung der 11 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Rauschunterdrückung im gestrichelten Kasten 18 gezeigt. Hiernach werden zunächst mit Hilfe von Rechenprogrammen Bilddatensätze 12 des Patienten 7 rekonstruiert. Hieraus werden bezogen auf die gleiche Schnittebene zwei statistisch unabhängige Bilddatensätze 13.1 und 13.2 erzeugt, die anschließend jeweils einer Wavelet-Transformation 14.1 und 14.2 unterzogen werden. Nun werden im Schritt 15 bezüglich der berechneten Wavelet-Koeffizienten Kreuzkorrelationskoeffizienten κTP,HPj , κHP,HPj berechnet und zwar erfolgt die Betrachtung der Diagonalterme und der Richtungsterme unabhängig voneinander. Anschließend wird im Verfahrensschritt 16 auf der Basis der ermittelten Korrelation der Wavelet-Koeffizienten bezüglich der Diagonalterme und der Richtungsterme getrennt voneinander bei der Reformatierung eines Bilddatensatzes eine Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten durchgeführt. Hierbei können entweder nur die gewichteten Wavelet-Koeffizienten eines der Bilddatensätze oder eine Kombination der gewichteten Wavelet-Koeffizienten aus beiden Bilddatensätzen verwendet werden. Auf diese Weise entsteht ein, vom Quantenrauschen befreiter, neuer Bilddatensatz 17, der wiederum zur Beurteilung durch das Bedienpersonal an einem Display der Recheneinheit 10 angezeigt werden kann oder auch an einen externen Rechner, einen Datenträger oder auf einen Ausdruck zur weiteren Beurteilung durch einen Arzt übertragen werden kann.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur auf den mit einem Untersuchungssystem direkt verbundenen Recheneinheiten ausgeführt werden kann, sondern auch unabhängig auf separaten Einheiten ausgeführt werden kann.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Insgesamt wird mit der Erfindung also ein Verfahren zur Rauschreduktion in bildgebenden Verfahren vorgeschlagen, bei dem zwei statistisch unabhängige situationsgleiche Bilddatensätze erzeugt werden, einer Wavelet-Transformation charakterisiert durch einen Tiefpassfilter und eine Hochpassfilter unterzogen werden, die Korrelation zwischen den unabhängigen Bilddatensätzen anhand sich jeweils entsprechender Wavelet-Koeffizienten bestimmt wird, und bei der Rücktransformation weniger stark korrelierende Wavelet-Koeffizienten weniger stark gewichtet werden als stärker korrelierende Wavelet-Koeffizienten, wobei die Bewertung der Korrelationen und die Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation bei Wavelet-Koeffizienten, die durch eine Kombination von Hochpass- und Tiefpassfilterung entstanden sind, unabhängig von der Bewertung der Korrelationen und der Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation der durch reine Hochpassfilterung entstandenen Wavelet-Koeffizienten ist. Hierdurch wird eine Rauschunterdrückung auf Bilddatensätzen möglich, welche gegenüber dem Stand der Technik weniger häufig tatsächlich existierende Strukturen bei der Aufbereitung auslöscht.

Claims

Verfahren zur Rauschreduktion in bildgebenden Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten: 1.1. es werden mindestens zwei statistisch unabhängige gleichdimensionierte und situationsgleiche Bilddatensätze (A, B) erzeugt, 1.2. die mindestens zwei statistisch unabhängigen Bilddatensätze (A, B) werden jeweils einer Wavelet-Transformation mit Tiefpassfilterung und Hochpassfilterung über eine Anzahl j von Ebenen unterzogen werden, wobei: 1.2.1. in jeder Ebene vier Gruppen von Wavelet-Koeffizienten berechnet werden, 1.2.2. eine TP-Gruppe der Wavelet-Koeffizienten durch TP×TP-Operationen gebildet wird, 1.2.3. eine HP-Gruppe der Wavelet-Koeffizienten durch HP×HP-Operationen gebildet wird, und 1.2.4. zwei Misch-Gruppen der Wavelet-Koeffizienten durch TP×HP-Operationen einerseits und HP×TP-Operationen andererseits gebildet wird, 1.3. die Korrelation der mindestens zwei statistisch unabhängigen Bilddatensätze anhand einer Kreuzkorrelationsfunktion der sich jeweils entsprechenden Wavelet-Koeffizienten der mindestens zwei Bilddatensätze bestimmt wird, und 1.4. bei einer Rücktransformation eines Bilddatensatzes aus mindestens einem Wavelet-Datensatz weniger stark korrelierende Wavelet-Koeffizienten weniger stark gewichtet werden als stärker korrelierende Wavelet-Koeffizienten dadurch gekennzeichnet, dass 1.5. die Bewertung der Korrelationen und die Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation innerhalb der Misch-Gruppen der Wavelet-Koeffizienten sich von der Bewertung der Korrelationen und der Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktrans formation innerhalb der HP-Gruppe der Wavelet-Koeffizienten unterscheidet.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wavelet-Transformation der Bilddatensatz der ersten Gruppe als Basis für die Berechnung der nächsten Ebene dient und in jeder Ebene sich die Datenmenge der ersten Gruppe auf ein Viertel der Ausgangsdatenmenge verringert.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten bei der Rücktransformation der HP-Gruppen höher ist als die Gewichtung der Wavelet-Koeffizienten der Misch-Gruppen.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrelationsfunktion κTP,HPj innerhalb der HP-Gruppe die Funktion
verwendet wird, wobei für die Variablen gilt:
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes A in der Ebene j der Mischgruppe TP×HP;
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes B in der Ebene j der Mischgruppe TP×HP;
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes A in der Ebene j der Mischgruppe HP×TP;
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes A in der Ebene j der Mischgruppe HP×TP; P₁ = Variable zur Einstellung des Selektionsgrades.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrelationsfunktion κHP,HPj innerhalb der HP-Gruppe die Funktion
verwendet wird, wobei für die Variablen gilt:
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes A in der Ebene j der HP-Gruppe;
= Wavelet-Koeffizient des Bilddatensatzes B in der Ebene j der HP-Gruppe; P₂ = Variable zur Einstellung des Selektionsgrades.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wavelet-Transformation ein Haar-Wavelet verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Röntgen-Computertomographie angewendet wird, wobei in einer Schnittebene mindestens zwei statistisch unabhängige Schnittbilder als Bilddatensätze (A, B) verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Röntgen-Computertomographie angewendet wird, wobei als mindestens zwei statistisch unabhängige Bilddatensätze (A, B) zwei statistisch unabhängige Projektionsdatensätze verwendet werden, hieraus ein entrauschter Projektionsdatensatz erzeugt und derart ermittelte entrauschter Projektionsdatensätze zur Rekonstruktion von Schnittbildern verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Röntgen-Computertomographie auf Schnittbilder gleichen Schnittebene angewendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es auf Transmissions-Röntgenbilder angewendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in der NMR-Tomographie (NMR=Kernspinresonanz) angewendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in der PET (Positronen Emissions Tomographie) angewendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Ultraschall-Bildgebung angewendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Ultraschall-Tomographie angewendet wird.
Speichermedium integriert in eine Recheneinheit oder für eine Recheneinheit eines Tomographiesystems, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Computerprogramm oder Programm-Module auf diesem ge speichert ist/sind, welche/welches bei einer Ausführung auf der Recheneinheit eines Tomographiesystems das Verfahren gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüche 1 bis 14 ausführt.
Tomographiesystem mit einer Recheneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Computerprogramm oder Programm-Module auf diesem gespeichert ist/sind, welche/welches bei einer Ausführung auf der Recheneinheit eines Tomographiesystems das Verfahren gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüche 1 bis 14 ausführt.