DE102006017097A1

DE102006017097A1 - Verfahren und System zur Behandlung des Rauschens in einem erzeugten Bild

Info

Publication number: DE102006017097A1
Application number: DE102006017097A
Authority: DE
Inventors: Jean Lienard; Vincent Auvray; Régis VAILLANT
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2006-11-02
Also published as: FR2884341A1; JP5072253B2; US20070058880A1; FR2884341B1; US8121192B2; JP2006289094A

Abstract

Ein Verfahren und ein System zur Verbesserung eines durch Pixel gegebenen digitalen Bildes eines Objektes, das zu dem Zeitpunkt 7 akquiriert und von einem Röntgendetektor erzeugt worden ist, der von einer Quelle ausgesandte Röntgenstrahlen empfängt. Das Verfahren enthält: Bestimmung eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der zu den Zeitpunkten t-i akquirierten Bilder des Objektes, wobei i eine positive ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, und der Bewegung jeder der Schichten, die das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild bilden, wobei die Anzahl der Schichten zuvor festgelegt und die Bewegung jeder der Schichten zuvor bestimmt wird, und Erzeugung eines visualisierten Bildes, das einer gewichteten Summe des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht, um das Rauschen in dem zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bild des Objektes zu vermindern.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der radiologischen Bildgebung mit Röntgenstrahlen, die z.B. die Betrachtung der Organe eines Patienten ermöglicht. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verarbeitung von fluoroskopischen Bildern, um das Rauschen der fluoroskopischen Bilder abzuschwächen, um diese klarer zu machen; nichts desto weniger könnte die Erfindung auch allgemein auf die Verarbeitung irgendeines Bildes und speziell eines radiographischen Bildes angewandt werden.

Auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung ist es wohlbekannt, fluoroskopische Bilder zur Führung eines chirurgischen Instrumentes während einer chirurgischen Operation zu verwenden. Diese fluoroskopischen Bilder werden mit einem Bildgebungsgerät akquiriert, das eine Quelle von Strahlung, wie z.B. Röntgenstrahlen, bildende Mittel, die Mitteln zum Empfang eines Bildes und/oder zur Erkennung der Strahlung gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die eine Strahlungsquelle bildende Mittel und der Bildempfänger und/oder der Detektor dazu in der Lage sind, in eine Drehbewegung um wenigstens eine Achse, gewöhnlich um drei Achsen, versetzt zu werden, sowie Mittel zur Steuerung, Mittel zur Akquisition, Mittel zur Bildvisualisierung und Befehlsmittel aufweist. Der Patient ist auf einem Tisch angeordnet, um in den drei möglichen Translationsrichtungen, die zu einem gegebenen Raum gehören, d.h. in Längsrichtung, seitlich und vertikal, bewegt zu werden, so dass der zu untersuchende und/oder zu behandelnde Teil des Körpers des Patienten sich zwischen der Strahlungsquelle und dem Bildempfänger erstreckt. Die Beweglichkeit des Tisches, der Strahlungsquelle und des Bildempfängers ermöglicht es einem Arzt bzw. Bediener, die Bilder von jedem beliebigen Teil des Körpers eines Patienten zu akquirieren, der auf dem Tisch liegt. Daher ist es üblich, fluoroskopische Bilder in zwei Dimensionen zu verwenden, die durch Bestrahlung des Patienten unter Anwendung niedriger Strahlungsdosen gewonnen worden sind, wobei zuvor vorzugsweise ein Kontrastmittel injiziert wird, um während des Eingriffs das Instrument in dem zu behandelnden Organ des Patienten zu führen. Die mit diesen fluoroskopischen Bildern zusammenhängenden Informationen können in Bilder eingefügt werden, die in drei Dimensionen wiederhergestellt werden, um die Führung der chirurgischen Instrumente zu verbessern. Alternativ können in drei Dimensionen akquirierte Bilder während des Eingriffs auf die in zwei Dimensionen akquirierten fluoroskopischen Bilder projiziert werden.

Im Gegensatz zu radiographischen Bildern, die von dem Bildgebungsgerät unter Emission von Strahlung in hohen Dosen akquiriert worden sind, die eine gute Bildqualität mit einem niedrigen Rauschpegel liefern, d.h. einen hohen Rauschabstand zeigen, weisen die mit geringeren Strahlungsdosen gewonnenen fluoroskopischen Bilder einen höheren Rauschpegel auf, d.h. sie zeigen einen geringen Rauschabstand und sind demnach von schlechterer Qualität, was zu einer Störung des Ablaufs des chirurgischen Eingriffs geeignet ist. Tatsächlich ist das von Strahlungsdetektor registrierte und in den Bildern erscheinende Rauschen vom Quantentyp und hängt von der Wurzel der Anzahl der Photonen ab, die pro Pixel erkannt worden sind. Wenn die Strahlungsdosis verringert wird, nimmt das Rauschen weniger schnell als die Dosis ab, so dass das Rausch-/Signalverhältnis ansteigt. Zusätzlich zu dem Quantenrauschen werden die grundlegenden Bewegungen, insbesondere im Zusammenhang mit der Atmung des Patienten, zu der Auslenkung des chirurgischen Instrumentes und den Bewegungen des Tisches, auf dem der Patient angeordnet ist, hinzuaddiert.

Um das Rauschen aus den akquirierten Bildern zu entfernen, könnte unter der Annahme unbeweglicher Bilder ein Zeitfilter angewandt werden, jedoch wird die Anwendung eines einfachen Zeitfilters durch eine verschwommene Bewegung und/oder einen Verlust an Kontrast der beweglichen Objekte abseits einer Rauschspitze übertragen, weil die erfassten Bilder in der Fluoroskopie beweglich sind.

Ein Verfahren zur Bearbeitung von Bildern in der Fluoroskopie beinhaltet die Anwendung eines kompensierten Bewegungsfilters. Die Mehrheit der Filter nach dem Stand der Technik verwendet ein Unterscheidungskriterium zwischen einer Veränderung infolge von Rauschen und einer Veränderung infolge von Bewegung; dennoch ruft ein Stopp der Filterung das Wiederauftreten des Rauschen hervor, welches durch Streifen von Rauschen hinter den beweglichen Objekten auf die Bilder übertragen wird.

Um diese Nachteile zu beseitigen sind bereits Verfahren zur Bearbeitung einer Sequenz fluoroskopischer Bilder entwickelt worden, die die Qualität der sichtbar gemachten Bilder verbessern. Dies ist z.B. in der FR 2 790 123 der Fall, welche ein Verfahren beschreibt, bei dem für jedes akquirierte gegenwärtige Bild die Bewegung des gegenwärtigen Bildes bezogen auf das vorhergehende Bild bestimmt wird, das in der Akquisitionsebene des Bildes akquiriert worden ist, wobei ein vorhergehendes versetztes gefiltertes Bild durch eine räumliche Bewegung des vorhergehenden gefilterten Bildes gebildet wird und das gegenwärtige gefilterte Bild durch eine gewichtete Mittelung zwischen dem gegenwärtig akquirierten Bild und dem vorhergehenden versetzten gefilterten Bild gebildet wird. Dieser Verfahrenstyp hat den Nachteil, keine zufriedenstellenden Ergebnisse zu liefern. Tatsächlich erscheinen die fluoroskopischen Bilder als eine Überlagerung von Schichten transparenter Bilder, so dass es unmöglich ist, die Pixel und die physischen Objekte klar zu erkennen. Selbst wenn die Globalbewegung der Bildsequenz bestimmt werden kann, können die verschiedenen Schichten des Objektes folglich nicht getrennt werden, um sie unabhängig voneinander seitlich zu filtern, was zu einem Kontrastverlust des Bildes und einem Rauschstreifen hinter den beweglichen Objekten führt.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Eine Ausführungsform der Erfindung soll diese Nachteile durch ein Verfahren zur Verbesserung eines Bildes, wie z.B. eines digitalen Bildes, eines Objektes, das von einem Strahlungsdetektor erzeugt worden ist, der von einer Quelle ausgesandte Strahlung empfängt, durch eine wirksame Verminderung bzw. Abschwächung des Rauschens des Bildes überwinden, um ein klareres Bild zu liefern.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung eines digitalen Bildes eines Objektes, das durch Pixel gegeben, zu dem Zeitpunkt t akquiriert und von einem Strahlungsdetektor erzeugt worden ist, der von einer Quelle ausgesandte Strahlung empfängt, wobei das Verfahren wenigstens die Bestimmung eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bilder des Objektes, wobei i eine positive ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, und eine Bewegung jeder der das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild bildenden Schichten enthält, wobei die Anzahl der Schichten zuvor festgelegt wird und die Bewegung jeder der Schichten im voraus bestimmt wird, und die Erzeugung eines visualisierten Bildes enthält, das einer Funktion des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht, wobei die Funktion linear sein kann, z.B. eine gewichtete Summe.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein System zur Verbesserung eines Bildes eines Objektes, wie z.B. eines digitalen Bildes, das durch Pixel gegeben, zu dem Zeitpunkt t akquiriert und von einem Strahlungsdetektor erzeugt worden ist, der die von einer Quelle ausgesandte Strahlung empfängt, wobei das System Mittel zur Erstellung eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bilder des Objektes, wobei i eine positive ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, und zum Bewegen jeder der Schichten, wobei die Anzahl der Schichten, aus denen das zum Zeitpunkt t akquirierte Bild aufgebaut ist, im Voraus festgelegt wird und die Bewegung jeder der Schichten im Voraus bestimmt wird, und Mittel zur Erzeugung des visualisierten Bildes enthält, das der Summe des Vorhersagebildes und des zum Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Eigenschaften werden anhand der folgenden Beschreibung mehrerer verschiedener Ausführungsvarianten deutlicher erkannt, die als nicht beschränkende Beispiel auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen vorgestellt werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt eine schematische Darstellung der Zerlegung eines fluoroskopischen Bildes, das zu dem Zeitpunkt t erfasst worden ist, in zwei Schichten und die Verarbeitung des Bildes gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens, und
3 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bearbeitung eines Bildes, das in zwei Schichten zerlegt worden ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem allgemeinen Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung wird die Anzahl N der Schichten, aus denen das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild aufgebaut ist, für jedes zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild festgelegt, danach wird die Bewegung v_n jeder der N Schichten in den zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bildern bestimmt, danach werden N Primärbilder, die zu den zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bildern gehören, erzeugt, von denen ausgehend die Pixel bei dem zu dem Zeitpunkt t – N akquirierten Bild um die Summe der Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten, bei dem zu dem Zeitpunkt t – 1 – N akquirierten Bild um die Summe von N – 1 Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten, bei dem zu dem Zeitpunkt t – 2 – N akquirierten Bild um die Summe von N – 2 Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten bewegt werden, usw. bis die Pixel bei dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild um jede einzelne Bewegung v_n bewegt werden, danach wird ein Vorhersagebild des Objektes zu dem Zeitpunkt t erzeugt, das der Summe der N Primärbilder mit alternierenden Vorzeichen entspricht, und danach wird das visualisierte Bild erzeugt, das der gewichteten Summe des Vorhersagebildes und des zum Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht.
Die Anzahl N der Schichten, aus denen das zum Zeitpunkt t akquirierte Bild aufgebaut ist, kann auf N = 2 festgelegt werden, wobei das Verbesserungsverfahren dann die Bestimmung der Bewegungen v₁ und v₂ für jede der zwei Schichten aus den zu den Zeitpunkten t – 1 und t – 2 akquirierten Bildern, die Erzeugung von zwei Primärbildern, einem ersten Primärbild, das dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild entspricht, von dem ausgehend die Pixel gemäß der Bewegung v₁ bewegt werden, und einem zweiten Primärbild, das dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild entspricht, von dem ausgehend die Pixel gemäß der Bewegung v₂ bewegt werden, die Erzeugung eines Zwischenbildes, das der Summe der beiden Primärbilder entspricht, die Erzeugung eines dritten Primärbildes, das dem zu dem Zeitpunkt t – 2 akquirierten Bild entspricht, von dem ausgehend die Pixel gemäß der Summe der Bewegungen v₁ und v₂ der einzelnen Schichten bewegt werden, die Erzeugung eines als Vorhersagebild bekannten Bildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t, das dem Zwischenbild entspricht, von dem das dritte Primärbild subtrahiert worden ist, und die Erzeugung des visualisierten Bildes enthält, das der gewichteten Summe des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht.
Unabhängig von der Anzahl der Schichten umfasst das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Anwendung eines Zeitfilters einerseits auf das Vorhersagebild und andererseits auf das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild des Objektes vor der Erzeugung des visualisierten Bildes. Die Erzeugung des visualisierten Bildes kann durch die Addition eines Drittels der Intensität jedes Pixels des Vorhersagebildes und zwei Drittel der Intensität jedes Pixels des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes durchgeführt werden.
Um die Klarheit des visualisierten Bildes weiter zu verbessern, wird jedes zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild in wenigstens zwei Teilbilder unterteilt, und die Schritte zur Bestimmung der Anzahl N der Schichten, zur Bestimmung der Bewegungen v₁ jeder der N Schichten, der Erzeugung von N Primärbildern, der Erzeugung des Vorhersagebildes und der Erzeugung des visualisierten Bildes werden für jedes Teilbild unabhängig durchgeführt. Offensichtlich wird das visualisierte Bild nach der Verarbeitung durch Zusammensetzen der einzelnen Teilbilder erhalten.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die Mittel zur Bestimmung des Vorhersagebildes Mittel zur Bestimmung der Bewegung v_n der einzelnen der N Schichten aus zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bildern, Mittel zur Erzeugung von N Primärbildern, die den zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bildern entsprechen, von denen ausgehend die Pixel bei dem zu dem Zeitpunkt t – N akquirierten Bild um die Summe der N Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten, bei dem zu dem Zeitpunkt t – 1 – N akquirierten Bild um die Summe von n – 1 Bewegungen v_n von einzelnen der N Schichten, bei dem zu dem Zeitpunkt t – 2 – N akquirierten Bild um die Summe von n – 2 Bewegungen v_n von einzelnen der N Schichten bewegt werden, usw. bis die Pixel bei dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild um jede einzelne Bewegung v_n bewegt werden, und Mittel zur Erzeugung des Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t.
Mit Bezug auf 1: Das Bildgebungssystem zur Akquisition von Bildern, wie z.B. eines fluoroskopischen Bildes, enthält Mittel zum Empfang eines Bildes, z.B. einen numerischen Bildempfänger 1, eine Strahlungsquelle bildende Mittel, wie z.B. eine Röntgenstrahlenquelle 2, die Strahlung auf den Bildempfänger 1 aussendet, wobei der Bildempfänger und die Strahlungsquelle 2 jeweils an den Enden eines Arms in der Form eines C oder eines U (nicht gezeigt in der Figur) angeordnet sind, der sich um die drei Achsen dreht. Weiterhin ist das zu bestrahlende Objekt 3, gewöhnlich ein Patient, zwischen der Strahlungsquelle 2 und dem Bildempfänger 1 angeordnet. Weiterhin enthält das Bildgebungssystem einen einstellbaren Kollimator 4, der an dem Austritt der Strahlungsquelle 2 angeordnet ist. Das Bildgebungssystem enthält zusätzlich Mittel 5 zur Verarbeitung des von dem Bildempfänger 1 akquirierten Bildes, wobei die Verarbeitungsmittel 5 wenigstens einen Prozessor 6 enthalten, und Visualisierungsmittel 7, die mit den Verarbeitungsmitteln 5 verbunden sind, um das akquirierte Bild nach der Verarbeitung des Bildes zum Zwecke Verringerung des Rauschens in dem Bild sichtbar zu machen.
Das System zur Verbesserung des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes, des Bildes in der Form eines digitalen Bildes, d.h. das durch Pixel gegeben ist, das an die Verarbeitungsmittel 5 übertragen worden ist, weist einen Speicher auf, in dem die fluoroskopischen Bilder und die Verarbeitungsalgorithmen dieser Bilder gespeichert sind, die in den Prozessor 6 eingegeben worden sind, um ihre Filterung zu ermöglichen. Mit Bezug auf 2: das System zur Verbesserung des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes enthält Mittel 101 zur Verarbeitung des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes, das als I_acq (t) bezeichnet wird, die Mittel 102 zur Bestimmung der Bewegungen v₁ und v₂ jeder der beiden Schichten, die das Bild bilden, und Mittel 103 zur Bestimmung eines Vorhersagebildes I_pred des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der Bilder des Objektes, die zu den Zeitpunkten t – 1 und t – 2 akquiriert worden sind, und der Bewegungen v₁ und v₂ jeder der Schichten enthalten. Das System enthält auch Mittel 104 zur Erzeugung des visualisierten Bildes, das der gewichteten Summe des vorhergesagten Bildes I_pred (t) und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes I_acq (t) entspricht.
Die Mittel 103 zur Bestimmung eines Vorhersagebildes I_pred des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der Bilder des Objektes, die zu den Zeitpunkten t – 1 und t – 2 akquiriert worden sind, und die Mittel 102 zur Bestimmung der Bewegungen v₁ und v₂ der Schichten brauchen nicht die Bilder jeder der Schichten zu erzeugen. Wenn ein Bild I aus zwei Schichten I₁ und I₂ aufgebaut ist, die sich jeweils gemäß den Bewegungen v₁ und v₂ bewegen, kann die Differenz D in der folgenden Form beschrieben werden: D = I(p, t) – I(p + v1, t – 1) – I(p + v2, t – 1) + I(p + v1 + v2, t – 2),wobei p der Position des Pixels und t der gegenwärtigen Zeit entspricht.
Durch eine Zerlegung des Bildes I in zwei Schichten I₁ und I₂ erhalten wir dann die folgende Beziehung: D = I1(p, t) – I1(p + v1, t – 1) – I1(p + v2, t – 1) + I1(p + v1 + v2, t – 2) + I2(p, t) – I2(p + v1, t – 1) – I2(p + v2, t – 1) + I2(p + v1 + v2, t – 2)oder D = (I1(p, t) – I1(p + v1, t – 1)) – (I1((p + v2), t – 1) – I1((p + v2) + v1, t – 2)) + (I2(p, t) – I2(p + v2, t – 1)) – (I2(p + v1, t – 1) – I2((p + v1) + v2, t – 2))
Die Schichten I₁ und I₂ bewegen sich jeweils gemäß den Bewegungen v₁ und v₂, wobei jeder der vier Terme in Klammern in der vorhergehenden Gleichung Null beträgt und die Differenz D Null beträgt.
Folglich erhalten wir aus der ersten Gleichung: I(p, t) = I(p + v1, t – 1) + I(p + v2, t – 1) – I(p + v1 + v2, t – 2)
Es ergibt sich demnach, dass I_pred (t) als eine Funktion der zu den Zeitpunkten t – 1 und t – 2 akquirierten Bilder und der Bewegungen v₁ und v₂ der beiden Schichten bestimmt werden kann, ohne dass eine Erzeugung der Bilder der Schichten notwendig ist.
Die Mittel 102 zur Bestimmung der Bewegungen v₁ und v₂ der Schichten enthalten einen Algorithmus, wie er z.B. von Stuke und anderen, in „Estimation of multiple motions using block-matching and Markov random fields", Proceedings of the SPIE, Band 5308, Nr. 1, 2004, Seiten 486-496, und in Visual Communications and Image Processing 2004 von S. Panchanathan und B. Vasudev, Herausgeber IS&T/SPIE am 16. jährlichen Symposium der elektronischen Bildgebung in San Jose, Kalifornien, USA, 18.-22. Januar 2004, beschrieben worden sind. Bei diesem Algorithmus werden die Bewegungen v₁ und v₂ der Schichten als eine Konstante über der Zeit angesehen, die nicht den anatomischen Bewegungen des Herzens, des Zwerchfells etc. entspricht.
Gemäß eine Ausführungsvariante des Systems zur Verarbeitung eines Bildes enthalten die Mittel zur Bestimmung der Bewegung einen Algorithmus, der die Bewegung der Schichten gemäß einer affinen Funktion mit sechs Parametern, d.h. zwei Translationen, zwei Rotationen und zwei Homothetien, pro Schicht bestimmt. Demnach kann der Bewegungsvektor für die Schicht i an jedem Punkt (x, y) in der folgenden Form beschrieben werden: vix(x, y) = ci,1 + ai,1·x + ai,2·y und viy(x, y) = ci,2 + ai,3·x + ai,4·y
Demnach sollten wir für die Gesamtheit des Bildes die folgende Funktion von 12 Parametern minimieren:
in der I das Teilbild des Bildes bezeichnet, und r(x, y, v₁(x, y), v₂(x, y)) gegeben ist durch: r(x, y, v1, v2) = I(x + v1x + V2x, y + V1y + V2y, t – 1) + I(x, y, t + 1) – I(x + v1x, y + V1y, t) – I(x + V2x, y + V2y, t) = 0
Die Minimierung der Funktion mit 12 Parametern wird durch eine Anwendung des Verfahrens der konjugierten Gradienten auf die linearisierte Funktion erreicht, die auf drei aufeinanderfolgende Bilder angewandt wird, die in eine Gaußsche Pyramide zerlegt worden sind. Die linearen Inkremente der Parameter werden dann auf jeder Stufe der Auflösung der Pyramide nach dem Gauß-Newton-Verfahren bestimmt, indem mit der Stufe der niedrigsten Auflösung begonnen wird und die gewonnenen Parameter auf die Stufe der höheren Auflösung ausgeweitet werden.
Zusätzlich enthalten die Mittel 103 zur Bestimmung eines Vorhersagebildes I_pred des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der Bilder des Objektes, die zu den Zeitpunkten t – 1 und t – 2 akquiriert worden sind, unter Bezug auf 3 Mittel 105 zur Erzeugung zweier Primärbilder I_prim1 und I_prim2, die dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild entsprechen, von dem ausgehend die Pixel jeweils um die Bewegung v₁ bzw. die Bewegung v₂ jeder einzelnen der Schichten verschoben werden, und Mittel 106 zur Erzeugung eines Zwischenbildes I_inter, das der Summe der beiden Primärbilder I_prim1 und I_prim2 entspricht. Die Mittel 101 zur Bestimmung eines Vorhersagebildes I_pred des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der Bilder des Objektes, die zu den Zeitpunkten t – 1 und t – 2 akquiriert worden sind, enthalten zusätzlich Mittel 107 zur Erzeugung eines dritten Primärbildes I_prim3, das dem zu dem Zeitpunkt t – 2 akquirierten Bild entspricht, von dem ausgehend die Pixel um die Summe v₁ + v₂ der Bewegungen v₁ und v₂ der einzelnen Schichten verschoben werden, und Mittel 108 zur Erzeugung des Vorhersagebildes I_pred (t) des Objektes zu dem Zeitpunkt t, das dem Zwischenbild I_inter entspricht, von dem das dritte Primärbild I_prim3 subtrahiert wird.
Die Mittel 104 zur Erzeugung des visualisierten Bildes I_vis enthalten zwei Multiplizierer 109 und 109', einen ersten Multiplizierer 109 zur Gewichtung des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes I_acq (t) mit einem Faktor von vorzugsweise 1/3 und einen zweiten Multiplizierer 109' zum Multiplizieren des Vorhersagebildes I_pred mit dem Komplement des zuvor genannten Faktors, d.h. 2/3, um die auf diese Weise gewichtete Intensität jedes Pixels des Vorhersagebildes I_pred ZU der gewichteten Intensität jedes Pixels des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes I_acq des Objektes zu addieren. Das visualisierte Bild I_vis zeigt folglich ein abgeschwächtes Rauschen, wodurch sich die Qualität des Bildes verbessert.
In einer Ausführungsvariante des Systems enthält das System Mittel zum Unterteilen jedes akquirierten Bildes in wenigstens zwei verschiedene Teilbilder, wobei die Bilder jedes Teilbildes unabhängig voneinander in der gleichen Weise wie zuvor verarbeitet werden.
Um eine stärkere Verminderung des Rauschens zu erreichen, sind die Teilbilder vorzugsweise kleine regelmäßige Teilbilder, die nach dem Abschluss der Verarbeitung jedes Teilbildes zusammengesetzt werden, um das visualisierte Bild I_vis wiederherzustellen.
Es wird erkannt, dass die Zerlegung des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes auch in mehr als zwei Schichten durchgeführt werden kann. Tatsächlich kann die Gleichung I(p, t) = I(p + v1, t – 1) + I(p + v2, t – 1) – I(p + v1 + v2, t – 2)nach den Lehren von Stuke und anderen für N Schichten in der folgenden Weise verallgemeinert werden:
Die Ausführungsform des Systems kann demnach für die Zerlegung des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes I_acq (t) in N Schichten verallgemeinert werden. Das System enthält Mittel zur Bestimmung eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der Bilder des Objektes, die zu den Zeitpunkten t – i akquiriert worden sind, wobei i eine positive ganze Zahl größer oder gleich N ist, und der Bewegung jeder der Schichten und Mittel zur Erzeugung des visualisierten Bildes, das der gewichteten Summe des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht. Die Mittel zur Bestimmung des Vorhersagebildes enthalten Mittel zur Bestimmung der Bewegung v_n jeder der N Schichten aus Bildern, die zu den Zeitpunkten t – i akquiriert worden sind, Mittel zur Erzeugung von N Primärbildern, die den zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bildern entsprechen, von denen ausgehend die Pixel um verschiedene Kombinationen von Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten bewegt worden sind, und Mittel zur Erzeugung eines Vorhersagebildes, das der Summe mit alternierenden Vorzeichen von N Primärbildern entspricht.
Ein Verfahren und ein System zur Verbesserung eines durch Pixel gegebenen digitalen Bildes eines Objektes, das zu dem Zeitpunkt t akquiriert und von einem Röntgendetektor erzeugt worden ist, der von einer Quelle ausgesandte Röntgenstrahlen empfängt. Das Verfahren enthält: Bestimmung eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bilder des Objektes, wobei i eine positive ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, und der Bewegung jeder der Schichten, die das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild bilden, wobei die Anzahl der Schichten zuvor festgelegt und die Bewegung jeder der Schichten zuvor bestimmt wird, und Erzeugung eines visualisierten Bildes, das einer gewichteten Summe des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht, um das Rauschen in dem zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bild des Objektes zu vermindern.
Während ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird von Fachleuten weiterhin erkannt, dass vielfältige Änderungen an der Funktion und/oder dem Weg und/oder dem Ergebnis vorgenommen und Äquivalente für die Elemente derselben eingesetzt werden können, ohne von dem Bereich und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Bereich abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt ist, die als die zur Ausführung der Erfindung als am besten angesehene Art offenbart ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen. Darüber hinaus bezeichnet die Verwendung der Ausdrücke erster, zweiter etc. oder von Schritten keine Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern die Ausdrücke erster, zweiter etc. oder die Schritte werden verwendet, um ein Element oder Merkmal von einem anderen zu unterscheiden. Darüber hinaus bezeichnet die Verwendung der Ausdrücke ein, eine etc. keine Beschränkung der Anzahl, sondern vielmehr das Vorhandensein von wenigstens einem der bezeichneten Elemente oder Merkmale.

1: Numerischer Bildempfänger
2: Röntgenstrahlenquelle
3: Objekt
4: Kollimator
5: Verarbeitungsmittel
6: Prozessor
7: Visualisierungsmittel
101: Mittel zur Verarbeitung des zu dem Zeitpunkt t
: akquirierten Bildes
102: Mittel zur Bestimmung der Bewegungen v₁ und v₂
103: Mittel zur Bestimmung eines Vorhersagebildes
: I_pred (t)
104: Mittel zur Bestimmung des visualisierten Bildes
105: Mittel zur Erzeugung von zwei Primärbildern I_prim1
: und I_primm2
106: Mittel zur Erzeugung eines Zwischenbildes I_inter
107: Mittel zur Erzeugung eines dritten Primärbildes
: I_prim3
108: Mittel zur Erzeugung des Vorhersagebildes
: I_pred (t)
109: Multiplizierer
109': Multiplizierer

Claims

Verfahren zur Verarbeitung eines durch Pixel gegebenen Bildes eines Objektes, wobei das Bild zu einem Zeitpunkt t akquiriert wird, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion der zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bilder des Objektes, wobei i eine positive ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, Bewegen jeder der Schichten, die das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild bilden, wobei die Anzahl der Schichten zuvor festgelegt wird und die Bewegung jeder der Schichten zuvor bestimmt wird, und Erzeugen des visualisierten Bildes, das einer Funktion des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht, um das Rauschen des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes zu vermindern.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Funktion linear ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Funktion eine gewichtete Summe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das enthält: Festlegen der Anzahl N der Schichten, aus denen das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild aufgebaut ist, Bestimmen der Bewegung v_n jeder der N Schichten aus Bildern, die zu den Zeitpunkten t – i akquiriert werden, Erzeugen von N Primärbildern, die den zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bildern entsprechen, von denen ausgehend die Pixel jeweils bei dem zu dem Zeitpunkt t – N akquirierten Bild um die Summe der N Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten bewegt werden, bei dem zu dem Zeitpunkt t – 1 – N akquirierten Bild um die Summe von N – 1 Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten bewegt werden, bei dem zu dem Zeitpunkt t – 2 – N akquirierten Bild um die Summe von N – 2 Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten bewegt werden, und so weiter einschließlich jeder einzelnen Bewegung v_n bei dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild, Erzeugen eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t, das der Summe mit alternierenden Vorzeichen der N Primärbilder entspricht, und Erzeugen des visualisierten Bildes, das der Funktion des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das aufweist: Festlegen der Anzahl N der Schichten, aus denen das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild aufgebaut ist, auf N = 2, Bestimmen der Bewegungen v₁ und v₂ jeder der beiden Schichten aus den zu den Zeitpunkten t – 1 und t – 2 akquirierten Bildern, Erzeugen von zwei Primärbildern, wobei ein erstes Primärbild dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild entspricht, von dem ausgehend die Pixel um die Bewegung v₁ bewegt werden, und ein zweites Primärbild dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild entspricht, von dem ausgehend die Pixel um die Bewegung v₂ bewegt werden, Erzeugen eines Zwischenbildes, das der Summe der beiden Primärbilder entspricht, Erzeugen eines dritten Primärbildes, das dem zu dem Zeitpunkt t – 2 akquirierten Bild entspricht, von dem ausgehend die Pixel um die Summe der Bewegungen v₁ und v₂ der einzelnen Schichten bewegt werden, Erzeugen eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t, das dem Zwischenbild entspricht, von dem das dritte Primärbild subtrahiert wird, und Erzeugen des visualisierten Bildes, das der Funktion des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das die Anwendung eines Zeitfilters auf das visualisierte Bild enthält, das sich aus der Funktion des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes ergibt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das visualisierte Bild durch die Addition von einem Drittel der Intensität jedes Pixels des Vorhersagebildes und zwei Dritteln der Intensität jedes Pixels des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem jedes akquirierte Bild in wenigstens zwei Teilbilder unterteilt wird und die Bestimmung der Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten, die Erzeugung der N Primärbilder, die Erzeugung des Vorhersagebildes und die Erzeugung des visualisierten Bildes für jedes Teilbild unabhängig durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem die Schichten gemäß einer affinen Funktion mit sechs Parametern pro Schicht bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die affine Funktion zwölf Parameter aufweist.
System zur Bearbeitung eines durch Pixel gegebenen Bildes eines Objektes, wobei das Bild zu einem Zeitpunkt t akquiriert wird, wobei das System aufweist: eine Strahlungsquelle bildende Mittel (2), Mittel (1) zum Empfang eines Bildes und/oder zur Erkennung der Strahlung, Mittel (103) zur Bestimmung eines Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t als einer Funktion von Bildern des Objektes, die zu den Zeitpunkten t – i akquiriert werden, wobei i eine positive ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, Mittel (102) zur Bestimmung der Bewegung jeder der Schichten, die das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild bilden, wobei die Anzahl der Schichten, aus denen das zu dem Zeitpunkt t akquirierte Bild gebildet wird, zuvor festgelegt wird, und die Bewegungen jeder der Schichten zuvor bestimmt werden, und Mittel (104) zur Erzeugung des visualisierten Bildes, das einer Funktion des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes entspricht.
System nach Anspruch 11, bei dem die Funktion linear ist.
System nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem die Funktion eine gewichtete Summe ist.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem: die Mittel (103) zur Bestimmung des Vorhersagebildes Mittel (105, 106, 107) zur Erzeugung von N Primärbildern enthalten, die den zu den Zeitpunkten t – i akquirierten Bildern entsprechen, von denen ausgehend die Pixel jeweils bei dem zu dem Zeitpunkt t – N akquirierten Bild um die Summe der N Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten bewegt werden, bei dem zu dem Zeitpunkt t – 1 – N akquirierten Bild um die Summe von N – 1 Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten bewegt werden, bei dem zu dem Zeitpunkt t – 2 – N akquirierten Bild um die Summe von N – 2 Bewegungen v_n der einzelnen der N Schichten bewegt werden, und so weiter einschließlich jeder einzelnen Bewegung v_n bei dem zu dem Zeitpunkt t – 1 akquirierten Bild, und Mittel (108) zur Erzeugung des Vorhersagebildes des Objektes zu dem Zeitpunkt t.
System nach Anspruch 14, bei dem die Mittel (104) zur Erzeugung des visualisierten Bildes Mittel (109, 109') zur Addition von einem Drittel der Intensität jedes Pixels des Vorhersagebildes und zwei Dritteln der Intensität jedes Pixels des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes enthalten.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, das weiterhin Mittel zur Unterteilung jedes akquirierten Bildes in wenigstens zwei Teilbilder enthält.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, das ein Zeitfilter aufweist, das auf das visualisierte Bild angewandt wird, das sich aus der Funktion des Vorhersagebildes und des zu dem Zeitpunkt t akquirierten Bildes des Objektes ergibt.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf die Verarbeitung von fluoroskopischen Bildern.
Computerprogramm, das Programmcodemittel zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist, wenn das Programm auf einem Computer läuft.
Computerprogrammprodukt, das ein computernutzbares Medium aufweist, das in dem Medium verkörperte computerlesbare Programmcodemittel enthält, wobei die computerlesbaren Programmcodemittel das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 implementieren.
Erzeugnis zur Verwendung mit einem Computersystem, wobei das Erzeugnis ein computerlesbares Medium aufweist, das in dem Medium verkörperte computerlesbare Programmcodemittel enthält, wobei die Programmcodemittel das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 implementieren.
Programmspeichervorrichtung, die von einer Maschine lesbar ist und greifbar ein Programm von Anweisungen verkörpert, das von der Maschine ausführbar ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.