DE102006017098A1

DE102006017098A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von Bildern zur Subtraktionsangiographie

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Publication number: DE102006017098A1
Application number: DE102006017098A
Authority: DE
Inventors: Jean Lienard; Julien Haddad
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2006-10-12
Also published as: US20070036269A1; US7702138B2; FR2884340B1; FR2884340A1

Abstract

Ein erstes Verfahren zur Be- oder Verarbeitung eines radiologischen Bildes, das als Maskenbild in der Subtraktionsangiographie verwendet wird, wendet eine Rauschreduktionsverarbeitung auf das Maskenbild an, die dazu eingerichtet ist, das Aussehen des Rauschens in dem Maskenbild zu bewahren. Ein zweites Verfahren zur Be- oder Verarbeitung einer Sequenz von Subtraktionsbildern (J¶n¶), die durch Subtraktion eines Maskenbilds von den Bildern einer Sequenz von Bildern (I¶n¶) erhalten worden ist, die bei der Angiographie von Blutgefäßen in einem interessierenden Bereich (104) eines Patienten (200) akquiriert werden sind, nutzt eine Rauschreduktionsverarbeitung des in den Subtraktionsbildern (J¶n¶) vorhandenen Rauschens, die dazu geeignet ist, das Aussehen der Gefäße (80) in den Subtraktionsbildern zu bewahren. Eine radiographische Einrichtung ist vorgeschlagen, die ein Verfahren gemäß des ersten und/oder des zweiten Verfahrens implementiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gegenstand der Erfindung ist die Bildgebung und insbesondere die medizinische Röntgenbildgebung. Speziell befasst sich die vorliegende Erfindung mit einem Verfahren und einer Einrichtung zur Verarbeitung radiologischer Bilder und insbesondere Bilder, die beispielsweise zur vaskularen Untersuchung durch die digitale Subtraktionsangiographie (Digital Subtracted Angiography – DSA) verwendet wird.

Angiographie ist eine medizinische bildgebende Technik, die zu diagnostischen oder therapeutischen Zwecken genutzt wird, bei der ein Arzt oder eine sonstige Person unter Nutzung von Röntgenstrahlen eine Untersuchung der Blutgefäße eines Patienten vornimmt. Diese Technik gestattet eine präzisere Visualisierung von Blutgefäßen durch Injektion eines Kontrastmittels (typischerweise auf Jodbasis), das sich mit dem Blut mischt und es vorübergehend röntgenopak macht.

Das Kontrastmittel kann entweder intravenös oder intraarteriell injiziert werden, wobei ein in das Lumen der Arterien eingeführter Katheter verwendet wird. Die Einführung des Katheters und die Führung desselben in der interessierenden Arterie gestatten es dem Arzt lediglich, das Kontrastmittel lokal zu injizieren. Bei einer Untersuchung, die invasiver ist als eine intravenöse Injektion, ist die Menge des verabreichten Kontrastmittels geringer und die Bildqualität ist besser, weil das Bild nicht durch Opazifizierung nahegelegener Arterien und/oder Venen gestört wird, und weil das Kontrastmittel in dem Blut wenige verdünnt wird.

Bei der Angiographie ist ein Injektionsbild ein Bild, das aufgenommen wird, wenn in dem Patientenkörper ein Kontrastmittel vorhanden ist. Im umgekehrten Sinn ist ein Nichtinjektionsbild ein Bild, das ohne Kontrastmittel aufgenommen worden ist.

Weil sich das Interesse des Arztes primär auf das opazifierte (getrübte) Gefäß richtet, ist es zu wünschen, die übrige Patientenanatomie zu eliminieren (mit anderen Worten, Hintergrundstrukturen, wie beispielsweise Muskeln, Knochen usw.), die Teile der Blutgefäße durch Röntgenstrahlenabsorption verdecken. Die Hintergrundstrukturen werden typischerweise beseitigt bzw. ausgeblendet, indem von einem Injektionsbild ein unter gleichen Bedingungen aufgenommenes, Nichtinjektionsbild subtrahiert wird. Dieses Nichtinjektionsbild wird dann als Maskenbild bezeichnet und das sich ergebende Bild wird Subtraktionsbild genannt. Alle in dem resultierenden Bild verbleibenden Teile sind dann die Arterien, die das Kontrastmittel enthalten.

Im Allgemeinen wird ein Versuch unternommen, die dem Patienten bei der Aufnahme oder Akquisition der radiographischen Bilder verabreichte Röntgenstrahlendosis zu minimieren. Das Ergebnis ist, dass die Bilder typischerweise durch ein Quantenrauschen gestört sind. Dieses Rauschen wird durch den Subtraktionsvorgang jedoch verstärkt und wird dann auf einem gleichmäßigen Hintergrund noch mehr sichtbar. Es sind Rauschreduktionstechniken vorgeschlagen worden, die eine Spatial filterung (Raumfilterung) innerhalb des Bildes nutzen. Jedoch verursachen diese Techniken üblicherweise eine Unschärfe und eine Verschmierung der Blutgefäßkanten. Weil die spatiale Filterung außerdem die Form des Rauschleistungsspektrums ändert, neigen diese Techniken dazu, Rauschcluster mit einem körnigem Aussehen zu erzeugen, was der Arzt nicht akzeptiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es liegt deshalb ein Bedarf nach verbesserter Bildverarbeitung, insbesondere verbesserter Verarbeitung angiographischer Bilder vor, die in der Lage ist, das Rauschen zu reduzieren, ohne den Kontrast der Gefäße zu verändern oder zum Verschmieren der Kanten der Blutgefäße beizutragen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines radiologischen Bilds vorgeschlagen, das bei der Subtraktionsangiographie als Maskenbild verwendet wird, wobei das Verfahren die Rauschreduktionsverarbeitung für das Rauschen beinhaltet, das in dem Maskenbild vorhanden ist, wobei das Verfahren darauf eingerichtet ist, das Aussehen des Rauschens in dem Maskenbild zu bewahren. Beispielsweise kann diese Verarbeitung durch Anwendung eines bilateralen Filters auf das Maskenbild durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält ein Verfahren und eine Erfindung zur Verarbeitung einer Sequenz subtrahierter Bilder, die durch Subtraktion eines Maskenbilds von jedem Bild einer Sequenz von Bildern erhalten worden ist, die bei der Angiographie von Blutgefäßen in einem interessierenden Bereich eines Patienten akquiriert worden sind, eine Rauschreduktionsverarbeitung für das in den subtrahierten Bildern vorhandene Rauschen, die dazu geeignet ist, das Aussehen der Gefäße in den Subtraktionsbildern zu bewahren.

Andere Aspekte, Zwecke und Vorzüge der Erfindung werden aus dem Studium der detaillierten Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung klarer, die nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen als nicht beschränkende Beispiele angegeben sind, in denen:
1 ein Prinzipdiagramm einer radiographischen Einrichtung veranschaulicht, an der das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsform implementiert werden kann,
2 eine Bildsequenz eines interessierenden Bereiches veranschaulicht, die nach Injektion eines Kontrastmittels akquiriert worden ist,
3 Subtraktionsbilder in der DSA-Sequenz veranschaulicht, die aus der Sequenz nach 2 erhalten worden ist,
4 zusammen mit einem Bereich von vaskularen Punkten oder Pixeln ein Subtraktionsbild in einer DSA-Sequenz veranschaulicht, in der ein Bereich von Hintergrundpunkten oder Pixeln markiert worden ist,
5 eine zeitabhängige Variation der Intensität eines Hintergrundpunkts oder -pixels und eines vaskularen Punkts oder Pixels veranschaulicht,
6 Selbst- oder Autokorrelationsfuntionen der Signale in 5 veranschaulicht,
7 eine Ermittlung der Ankunftszeit t_a des Kontrastmittels an einem vaskularen Punkt oder Pixel veranschaulicht,
8 ein Flussbild einer Ausführungsform veranschaulicht, mit der erste und zweite Ausführungsformen der Erfindung kombiniert sind und
9 eine Einschätzung oder Evaluation der Leistungen einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht eine radiographische Einrichtung 100, die Mittel zur Aufnahme radiographischer Bilder 102 und Mittel zum Aussenden von Strahlung 103 in Form einer Röntgenstrahlungsquelle aufweist. Die Röntgenstrahlungsquelle 103 und das Mittel zur Aufnahme radiographischer Bilder sind an Enden eines Tragarms 107 fixiert, der als Positioniereinrichtung dient und in diesem Fall an einen Halbkreis erinnert. Der halbkreisförmige Arm 107 ist zu einem zweiten Arm 108 verschiebbar angeordnet. Der zweite Arm 108 ist seinerseits drehbar mit der Basisplatte 109 der radiographischen Einrichtung 100 verbunden. Die Basisplatte 109 ist so angebracht, dass sie in Bezug auf den Boden frei rotieren kann (siehe Achse 112).
Der Arm 108 ist im Wesentlichen in der Lage, Rotationsbewegungen um seine eigene Achse zu vollführen (Bewegungsach se 106). Der halbkreisförmige Arm 107 kann in Bezug auf den Arm 108 verschoben werden, so dass der halbkreisförmige Arm eine Drehbewegung in Bezug auf das Zentrum des Halbkreises ausführen kann, der den Arm bildet.
In Gebrauch wird der Körper des Patienten 200 zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 103 und dem Mittel zur Aufnahme radiographischer Bilder 102 auf einem (nicht veranschaulichten) Träger oder einer Liege so positioniert, dass ein interessierender Bereich 104 des Patienten 102 in dem Feld 110 der Einrichtung zu liegen kommt.
Die radiographische Einrichtung 100 weist außerdem eine Be- oder Verarbeitungseinrichtung 113 einschließlich eines Mittels auf, das Daten aufnimmt, die durch das Bildaufnahmemittel 102 geliefert worden sind, und das in der Lage ist, die Emissionseinrichtung 103 zu steuern. Die Verarbeitungseinrichtung 113 ist so programmiert, dass sie das eine Ausführungsform der Erfindung entsprechende Verfahren nutzen kann. Die Einrichtung 100 kann außerdem eine Interfaceeinheit 114 aufweisen, die mit der Verarbeitungseinrichtung 113 gekoppelt ist und z.B. eine Displayeinrichtung umfasst, wie beispielsweise einen Schirm, sowie Steuermittel, wie beispielsweise eine Maus.
2 veranschaulicht eine Sequenz aufeinander folgender Bilder I_n des interessierenden Bereichs 104 des Patienten 102, die aufgenommen werden, wenn in die Blutgefäße des interessierenden Bereichs ein Kontrastmittel injiziert worden ist. 2 veranschaulicht eine Serie von fünf aufeinander folgenden Bildern, die von I₀ bis I₄ durchnummeriert sind, die den Fortschritt des Kontrastmittels in dem Gefäßnetzwerk 20 durch die Wirkung der Blutzirkulation in dem Patienten 200 veranschaulichen. Außerdem veranschaulichen die Bilder in der Sequenz einen Satz so genannter Hintergrundstrukturen 10, die allen Geweben des interessierenden Bereichs des Patienten außer den Blutgefäßen entsprechen. Bei diesem illustrativen Beispiel sind von allen so genannten Hintergrundstrukturen nur die Knochen 10 veranschaulicht.
Wie oben erwähnt, wird von jedem Bild I_n der Sequenz von Injektionsbildern ein Maskenbild 104 subtrahiert, das akquiriert worden ist, ohne dass Kontrastmittel in dem Gefäßnetzwerk 20 des Patienten zirkuliert hat. Das Ergebnis ist somit eine Sequenz subtrahierter Bilder, die als DSA-Sequenz bezeichnet werden.
3 veranschaulicht die DSA-Sequenz subtrahierter Bildern J_n, die nach Subtraktion eines Maskenbilds (nicht veranschaulicht) von Bildern I_n gemäß 2 erhalten worden sind. In diesen subtrahierten Bildern J_n sind die durch die Subtraktion eliminierten Hintergrundstrukturen 10 nicht länger sichtbar und alles was verbleibt ist die vaskulare Information, die durch die Zirkulation des Kontrastmittels aufgedeckt worden ist.
Der Satz subtrahierter Bilder J_n in der DSA-Sequenz ist nicht perfekt und enthält Rauschen, das korrigiert werden muss. Wie oben erwähnt worden ist, enthält das Maskenbild ebenfalls Rauschen und eine Subtraktion dieses Maskenbilds von jedem der Bilder I_n hebt das Rauschen in den Bildern J_n der DSA-Sequenz noch hervor. Mit anderen Worten, das in dem Maskenbild vorhandene Rauschen ist eine Rauschquelle in jedem der subtrahierten Bilder J_n.
Eine Ausführungsform der Erfindung liegt in einem Verfahren und einer Einrichtung zur Verarbeitung zur Reduktion des Rauschens in einer DSA-Sequenz subtrahierter Bilder ohne Modifikation der vaskularen Information (Gefäßkontrast, Gefäßkante).
Eine erste mögliche Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Durchführung eines Rauschreduktionsverarbeitungsprozesses an dem Rauschen, das in dem Maskenbild vorhanden ist, was dazu geeignet ist, das Rauschaussehen in dem Maskenbild zu bewahren. Deshalb ist diese Verarbeitung der spatialen Verarbeitung des Maskenbilds entgegen gesetzt (die beispielsweise ein Tiefpassfilter nutzt) und die die zu beobachtenden Kanten in dem Maskenbild glätten und in die subtrahierten Bilder Artefakte einführen könnte.
Ein Beispiel der rauschreduzierenden Verarbeitung des Maskenbilds, die geeignet ist, das Rauschaussehen in dem Maskenbild zu bewahren, beinhaltet ein Medianfilter oder ein bilaterales Filter (beispielsweise ein 3x3-Filter), das insbesondere dazu geeignet ist, die Kanten zu erhalten. Ein bilaterales Filter ist in C. Tomasi und R. Manducchi „Bilateral Filtering for Gray and Color Images" [Bilaterale Filterung für Grau- und Farbbilder] Proceedings of the 1998 IEEE, Internation Conference on Computer Vision, Bombay, Indien, beschrieben. Weil das Rauschaussehen in dem Maskenbild nicht verändert wird, werden in den Subtraktionsbildern keine Artefakte erzeugt. Die Verwendung eines solchen Filters (und insbesondere des bilateralen Filters) für das Maskenbild kann eine signifikante Rauschreduktion erbringen, typischerweise ungefähr 8,6 %. Offensichtlich wird diese Maskenbildbearbeitung vor dem Subtraktionsschritt ausgeführt, so dass die Rauschreduktion in jedem der Subtraktionsbilder J_n der DSA-Sequenz beobachtet werden kann.
Eine zweite mögliche Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Rauschreduktion in den Bildern J_n der DSA-Sequenz, die Verarbeitung der Bilder J_n zur Reduktion des Rauschens ohne Veränderung der vaskularen Information. Diese Verarbeitung basiert auf einer temporalen (zeitlichen) Zwischenbildfilterung, die, anders als die innerbildliche spatiale Filterung (intra-image spatial filtering), den Vorteil der Rauschreduktion unter Beibehaltung der Unabhängigkeit der Pixel aufweist, die ein Bild bilden. Somit wird durch diese Verarbeitung das Aussehen und insbesondere das Aussehen des in diesen Bildern vorhandenen Rauschens in den Bildern der DSA-Sequenz bewahrt.
Man betrachtet die DSA-Sequenz der Subtraktionsbilder J_n in 3. Ein Punkt (oder Pixel) in jedem dieser subtrahierten Bilder kann entweder: (a) ein „vaskularer Punkt", mit anderen Worten, ein Bildpunkt sein, der in einem speziellen Zeitpunkt der Akquisition durch das Kontrastmittel erreicht wird, weil er einem Punkt entspricht, der innerhalb des vaskularen Gefäßes liegt (Arterien, Venen, Kapillaren, weiche Gewebe oder Infusion) oder (b) ein „Hintergrundpunkt" sein, der außerhalb des vaskularen Gefäßes angeordnet ist (und Knochen oder Weichgewebe entspricht, das von dem Infusionsbereich weit abliegen). Als ein Beispiel ist der Punkt oder Pixel (i, j) in 3 ein vaskularer Punkt oder Pixel, der zu dem Zeitpunkt t₃ bei der Akquisition des Bilds I₃, das dem Subtraktionsbild J₃ entspricht, von Kontrastmittel erreicht worden ist. Der Punkt oder Pixel (k, j) ist ein Hintergrundpunkt oder -pixel, der außerhalb des vaskularen Gefäßes ange ordnet und folglich von dem Kontrastmittel nicht erreicht worden ist.
4 veranschaulicht ein Subtraktionsbild in einer DSA-Sequenz, in der das folgende markiert worden ist: ein Bereich A, der nur Hintergrundstrukturen enthält und ein Bereich B, in dem das Kontrastmittel verteilt worden ist und der Punkte oder Pixel einhüllt, die vaskulare Information enthalten.
Eine zweite Ausführungsform beinhaltet die Unterscheidung, ob ein Bildpunkt oder -pixel (i, j), (k, j) in der DSA-Sequenz der Subtraktionsbilder J_n ein Punkt oder Pixel (k, j) einer Hintergrundstruktur (Bereich A in 4) oder ein Punkt oder Pixel (i, j) des vaskularen Gefäßes (Bereich B in 4) ist.
Eine mögliche Ausführungsform dieser Punkte oder Pixelunterscheidung liegt darin, sie in zwei Kategorien einzuteilen, wie nachstehend beschrieben. Die Information wird durch eine Auto- oder Selbstkorrelationsfunktion des Signals geliefert, das die Intensitätsvariation an einem Punkt oder Pixel (i, j), (k, j) der Bilder J_n über der Zeit repräsentiert. Die Autokorrelation R eines eindimensionalen Signals X mit der Größe N als eine Funktion der Verzögerung L wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:
wobei X den Mittelwert der Population (X₀, X₁, ..., X_N-1) repräsentiert.
In der Theorie ist die Selbst- oder Autokorrelation weißen Rauschens abhängig von der Abweichung von der Zeitverzögerung Null und entspricht Null für jede von Null verschiedene Zeitverzögerung L. In der Realität reduziert sich in Folge der Übertragungsfunktion des bildgebenden Systems die Rausch-Autokorrelation graduell auf Null, wenn die Verzögerung von Null abweicht. Außerdem reduziert sich die Auto- oder Selbstkorrelation eines Signals, das einem vaskularen Punkt oder Pixel (i, j) entspricht, ebenfalls auf Null hin, jedoch mit einer viel niedrigeren Rate als für einen Hintergrundpunkt oder -pixel (k, j) gemessen. Eine Ausführungsform der Erfindung zieht entweder den Abfall oder den Wert der Auto- oder Selbstkorrelationsfunktion für eine spezielle Verzögerung in Betracht, um zwischen einem Hintergrundpunkt oder -pixel und einem vaskularen Punkt oder Pixel zu unterscheiden.
Es kann somit der Abfall oder die Auto- oder Selbstkorrelationsfunktion um einen zentralen Auto- oder Selbstkorrelationsfunktionswert analysiert werden und sein Absolutwert kann mit einem Schwellwert verglichen werden, so dass ein Punkt oder Pixel als Hintergrundpunkt oder -pixel angesehen wird, wenn der Absolutwert größer als der Schwellwert ist oder alternativ als vaskularer Punkt oder Pixel angesehen werden, wenn der Absolutwert kleiner als die Schwelle ist.
Wie oben erwähnt, ist es außerdem möglich, die ersten Werte der Auto- oder Selbstkorrelationsfunktion zu berechnen und den letzten dieser ersten Werte (beispielsweise den zweiten oder dritten Wert mit einem Schwellwert zu vergleichen, so dass ein Punkt oder Pixel als vaskularer Punkt oder Pixel angesehen wird, wenn der letzte Wert größer als der Schwellwert ist, oder als Hintergrundpunkt oder -pixel, wenn der letzte Wert kleiner als der Schwellwert ist.
5 veranschaulicht die Variation des die Graustufe eines Hintergrundpunkts oder -pixels bzw. eines vaskularen Punkts oder Pixels repräsentierenden Signals über der Zeit. Es ist ersichtlich, dass das einem Hintergrundpunkt oder – pixel entsprechende Signal praktisch von der Zeit unabhängig ist. Andererseits variiert das einem vaskularen Punkt oder Pixel entsprechende Signal über das Zeit und reflektiert die Verdünnung des Kontrastmittels an diesem Punkt oder Pixel.
6 veranschaulicht Auto- oder Selbstkorrelationsfunktionen der Signale in 5. Es ist ersichtlich, dass das dem Hintergrundpunkt oder -pixel entsprechende Signal mit Zunahme des Abstands vom Zentralwert (Nullverschiebung) sich die Auto- oder Selbstkorrelation des Signals schnell reduziert, während die Auto- oder Selbstkorrelation des dem vaskularen Punkt oder Pixel entsprechenden Signal gleichmäßiger reduziert.
Sobald diese Hintergrundpunkt- oder -pixelunterscheidung ausgeführt ist, führt der der zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung entsprechende Vorgang eine Inter-Bild-Zeitfilterung von Hintergrundpunkten oder -pixeln (k, j) aus, wobei im Speziellen ein Tiefpassfilter verwendet werden kann, das Zufallsrauschabweichungen reduzieren kann. Spezieller kann ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit unendlicher Impulsantwort verwendet werden, dessen Stärke durch die Anordnung seiner Nullstelle und seines Pols kontrolliert bzw. gesteuert werden kann.
Die Z-transformierte der Übertragungsfunktion H(z) des Filters ist gegeben durch
wobei die Null stelle bei der Nyquistfrequenz (z = –1) liegt und die Polstelle bei z = p real ist.
Die entsprechende rekursive Zeitgleichung ist gegeben durch
wobei X das originale Signal und Y das gefilterte Signal ist sowie n die Anzahl der Abtastwerte repräsentierten.
Weil arg(H(z)) ≠ 0 führt dieses Filter eine Phasenverschiebung in das Ausgangssignal ein, die beseitigt werden kann, indem zunächst während einer Vorwärtsfilterung in der gleichen Zeitrichtung und dann das Ergebnis in einer Rückwärtsfilterung in entgegen gesetzter Richtung gefiltert wird.
Bei einer ersten abweichenden Ausführungsform werden vaskulare Punkte oder Pixel nicht verarbeitet. Dieses verhindert jede Veränderung vaskularer Information. Bei einer zweiten abweichenden Ausführungsform wird eine temporale Filterung von vaskularen Punkten oder Pixeln durchgeführt, deren Stärke beschränkt ist, um jede Veränderung vaskularer Information zu verhindern.
Das temporale Signal ist an einem vaskularen Punkt oder Pixel dem temporalen Signal eines Hintergrundpunkts oder -pixels, bevor der Bolus des Kontrastmittels an diesem Punkt oder Pixel ankommt, nahezu identisch. Somit ist das Signal an dem vaskularen Punkt oder Pixel (i, j) mit Bezug auf 3 ähnlich dem Signal an einem Hintergrundpunkt oder -pixel (k, j) während der Periode [t₀, t₂] bevor das Kontrastmittel den Punkt oder Pixel (i, j) bei t₃ erreicht.
In der zweiten Variante wird das temporale Signal des vaskularen Punkts oder Pixels (i, j) lediglich während derjenigen Periode gefiltert, in der der Punkt oder Pixel nicht opazifiert (getrübt) ist, mit anderen Worten, vor Ankunft des Kontrastmittels. In diesem Fall ist die Filterung identisch der auf die Hintergrundpunkte angewendeten Filterung. Andererseits wird das Signal an dem vaskularen Punkt oder Pixel nicht länger ausgehend von dem Zeitpunkt t_a gefiltert, der dem Moment entspricht, an dem das Kontrastmittel den Ort des Punkts oder Pixels (i, j) erreicht.
Das Verhalten der Verdünnungskurve wird analysiert, um die Ankunftszeit t_a des Kontrastmittels an dem vaskularen Punkt oder Pixel (i, j) zu erfassen. Sobald das Kontrastmittel ankommt, wechselt die Verdünnungskurve üblicherweise von Null auf ein minimales Opazifizierungsniveau (Trübungsniveau). Folglich wird angenommen, dass das Kontrastmittel an dem Punkt oder Pixel (i, j) angekommen ist, wenn die Verdünnungskurve an diesem Punkt oder Pixel über einen Schwellwert geht, der einen Bruchteil der Minimalopazifizierung darstellt.
Um die Ankunftszeit t_a präziser zu bestimmen, ohne durch das Rauschen übermäßig beeinträchtigt zu werden, ist es möglich, das Signal zunächst unter Anwendung von temporaler Filterung zu glätten, wozu die Gleichung oben in der Beschreibung der Bearbeitung von Hintergrundspunkten angegeben worden ist, wobei jedoch eine geringere Stärke p angewendet wird. Das Maximum (max) und Minimum (min) des Signals wird dann für jeden vaskularen Punkt oder Pixel bestimmt, um den Schwellwert S zu berechnen, der einen bestimmten Prozentsatz (pc) der Amplitude der Verdünnungskurve entsprechend S = max – pc(max-min) entspricht. Die Zeit t_a kann dann als derjenige Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem Signal (ausgedrückt in Graustufen) kleiner wird als diese Schwelle S.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Schwellwert S eingestellt, indem eine bessere Schätzung des Maximalwerts max bestimmt wird. An Stelle der Betrachtung eines Einzelwertes ist es möglich, den Durchschnittswert für die Zeit (0 ... t_a] zu nutzen und die Schwelle und den entsprechenden Ankunftswert neu zu berechnen.
7 veranschaulicht die Ermittlung des Zeitpunkts t_a an dem geglätteten Signal entsprechend dem Signal für den vaskularen Punkt oder Pixel in 5. Aus Initialisierungsgründen kann an den Anfang der DSA-Sequenz ein konstantes Bild gesetzt werden, wobei die Intensität dieses konstanten Bilds beispielsweise der Durchschnittswert des ersten Bild J₀ in der DSA-Sequenz ist. Wenn es zur Berechnung von t_a zweckmäßig ist, dieses konstante Bild zu Beginn der Sequenz einzuführen, kann es für eine gute Initialisierung des Temporalfilters nicht gut verwendet werden, das dazu verwendet wird, zunächst die Hintergrundpunkte oder -pixel und dann die vaskularen Punkte oder Pixel zu filtern, bevor das Kontrastmittel eintrifft. Die Initialisierung kann dann für die Hintergrundpunkte oder -pixel und für die vaskularen Punkte oder Pixel unterschiedlich durchgeführt werden.
Somit kann das Filter für Hintergrundpunkte oder -pixel unter Nutzung des Durchschnittszeitwerts des Signals initialisiert werden. Die Vorwärts- und Rückwärtsfilterung wird dann beispielsweise unter Nutzung eines Werts p durchgeführt, der gleich 0,7 ist. Für vaskulare Punkte oder Pixel kann das Filter mit dem Durchschnittswert des Signals zwischen dem ersten Bild und dem Bild durchgeführt werden, das der An kunftszeit t_a der Verdünnung entspricht. Dies ist außerdem Teil des Signals das in der gleichen Weise gefiltert wird, wie die Hintergrundpunkte oder -pixel. Andererseits wird, wie bereits erwähnt, an dem Signal zwischen der Ankunftszeit der Verdünnung und dem Ende der DSA-Sequenz keine Verarbeitung durchgeführt.
Die erste und die zweite oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung können miteinander kombiniert werden, um eine optimale Rauschreduktion zu erhalten. In diesem Fall wird, wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, das korrigierte Maskenbild zur Bildung der DSA-Sequenzen benutzt, die dann entsprechend der zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung bearbeitet wird.
8 veranschaulicht ein Flussbild, das die Operationenfolge veranschaulicht, die durchgeführt wird, wenn die erste und die zweite Ausführungsform miteinander kombiniert werden. In 8 veranschaulicht Block 10 die Akquisition des Maskenbildes M und Bilder I_n. Block 20 veranschaulicht die (beispielsweise bilaterale) Filterung des Maskenbildes M. Der Operator 30 veranschaulicht die Subtraktionsoperation zum Erhalt von Subtraktionsbildern J_n, die die DSA Sequenz bilden. Block 40 veranschaulicht die Unterscheidung der Bildpunkte zwischen Hintergrundpunkten oder Pixeln P_f und vaskularen Punkten oder Pixeln P_v. Block 50 veranschaulicht die Zeitfilterung, die auf die Hintergrundpunkte oder Pixel P_f (über die gesamte Sequenz) und vaskularen Punkte oder Pixel P_v (nur während der der Ankunft des Kontrastmittels an jedem dieser Punkte P_v vorausgehenden Zeitspanne) angewandten Filterung.
Die qualitative Performance einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist an einer Sequenz von 20 Bildern analysiert worden. Der Rauschreduktionseffekt wurde anhand des zehnten Bildes der DSA Sequenz eingeschätzt, wobei die Rauschreduktion im Sinne einer Standardabweichung gemessen worden ist, die an einem homogenen Bereich gemessen wurde und wobei der Kontrasterhalt an einem speziellen Gefäß gemessen worden ist. Die folgende Tabelle fasst die Performance zusammen:
9 veranschaulicht ein Verfahren zur Einschätzung der Leistungsfähigkeit von Ausführungsformen dieser Erfindung, gemäß dessen die Rauschreduktion im Sinne einer Standardabweichung (Zoom 1) in einem homogenen Bereich gemessen und der Kontrasterhalt an einem speziellen Gefäß (Zoom 2) gemessen worden ist. Die Verwendung eines Filters der Stärke p = 0,7 kann eine signifikante Rauschreduktion erbringen, während das Aussehen des Rauschens und deshalb der Kontrast des Gefäßes beibehalten wird.
Einige Aspekte der Ausführungsformen des Verfahrens sind, obwohl diese Liste nicht beschränkend, abschließend oder ausschließend ist, wie folgt.
Zur Rauschreduktionsverarbeitung gehört: Für jeden Bildpunkt in der Sequenz der Subtraktionsbilder wird ermittelt, ob der Punkt ein Hintergrundpunkt (oder Pixel) oder ein vaskularer Punkt (oder Pixel) ist; auf jeden Hintergrundpunkt (oder Pixel) wird eine Inter-Bildzeitfilterung vom Tiefpasstyp in jedem Bild der Sequenz angewandt; die Filterübertragungsfunktion wird ausgedrückt durch
in der der Pol bei z = p die Stärke des Filters steuert; es wird bestimmt, ob ein Punkt (oder Pixel) ein Hintergrundpunkt (oder Pixel) oder ein vaskularer Punkt (oder Pixel) ist, wobei dies die Berechnung der Auto- oder Selbstkorrelationsfunktion des Zeitsignals beinhaltet, das den Werten dieses Punkts (oder Pixels) in der Sequenz der Subtraktionsbilder entspricht und die Variationen der Autokorrelationsfunktion um ihren maximalen Zentralwert analysiert wird; wobei die Analyse der Variationen der Auto- oder Selbstkorrelationsfunktionen die Berechnung der ersten Werte der Funktion, den Vergleich der letzten dieser ersten Werte mit einer Schwelle und die Unterscheidung beinhaltet, dass der Punkt (oder Pixel) ein Hintergrundpunkt (oder Pixel) ist, wenn der Wert kleiner ist als die Schwelle oder ein vaskularer Punkt (oder Pixel), wenn der Wert größer als die Schwelle ist; die Analyse dieser Variationen der Auto- oder Selbstkorrelationsfunktion beinhaltet die Analyse des Abfalls der Funktion um ihren Zentralwert, den Vergleich des Absolutwerts des Abfalls (der Steigung) mit einer Schwelle und die Einschätzung, dass der Punkt (oder Pixel) ein Hintergrundpunkt (oder Pixel) ist, wenn der Absolutwert größer als die Schwelle ist, oder ein vaskularer Punkt (oder Pixel), wenn der Absolutwert kleiner als die Schwelle ist; die temporale Interbildfilterung wird außerdem auf jeden vaskularen Punkt (oder Pixel) angewandt, wobei diese Anwendung auf Subtraktionsbilder beschränkt wird, die Akquisitionszeiten entsprechen, die früher sind als der Zeitpunkt, zu dem das Kontrastmittel den vaskularen Punkt erreicht; die Zeit, zu der das Kontrastmittel den vaskularen Punkt (oder Pixel) erreicht, wird auf der Basis der Änderung der Opazifizierung dieses Punktes (oder Pixels) bestimmt.
Ein erstes Verfahren zur Be- oder Verarbeitung eines radiologischen Bildes, das als Maskenbild in der Subtraktionsangiographie verwendet wird, wendet eine Rauschreduktionsverarbeitung auf das Maskenbild an, die dazu eingerichtet ist, das Aussehen des Rauschens in dem Maskenbild zu bewahren. Ein zweites Verfahren zur Be- oder Verarbeitung einer Sequenz von Subtraktionsbildern (J_n), die durch Subtraktion eines Maskenbilds von den Bildern einer Sequenz von Bildern (I_n) erhalten worden ist, die bei der Angiographie von Blutgefäßen in einem interessierenden Bereich (104) eines Patienten (200) akquiriert worden sind, nutzt eine Rauschreduktionsverarbeitung des in den Subtraktionsbildern (J_n) vorhandenen Rauschens, die dazu geeignet ist, das Aussehen der Gefäße (80) in den Subtraktionsbildern zu bewahren. Eine radiographische Einrichtung ist vorgeschlagen, die ein Verfahren gemäß des ersten und/oder des zweiten Verfahrens implementiert.
Zusätzlich versteht sich für den Fachmann dass, obwohl die Erfindung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben worden ist, an der Funktion und/oder der Ausführungsweise und/oder den Ergebnissen Veränderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente der Erfindung eingesetzt werden können, ohne den Schutzbereich und das Gebiet der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um Anpassungen an eine spezielle Situation oder ein Material vorzunehmen, ohne den wesentlichen Bereich der Erfindung zu verlassen. Deshalb wird es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle hier geoffenbarte Ausführungsform beschränkt ist, die als beste Art zur Ausführung der Erfindung angesehen wird; vielmehr soll die Erfindung alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche fallen. Außerdem impliziert die Verwendung der Begriffe erster, zweiter und so weiter oder Schritte keine Rangordnung, sondern diese Begriffe werden lediglich genutzt, um ein Element oder ein Merkmal von einem anderen zu unterscheiden. Außerdem impliziert die Verwendung der Begriffe ein, eine und so weiter keine Quantitätsbeschränkung, sondern bezeichnet lediglich das Vorhandensein von wenigstens einem dieser Elemente oder Merkmale.

Claims

Verfahren zur Verarbeitung eines radiologischen Bildes, das als Maskenbild bei der Subtraktionsangiographie verwendet wird, wobei das Verfahren eine zum Erhalt des Aussehens des Rauschens in dem Maskenbild geeignete Bearbeitung zur Reduktion des in dem Maskenbild vorhandenen Rauschens enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitung durch Anwendung einer bilateralen Filterung vorgenommen wird.
Verfahren zur Bearbeitung einer Folge von Subtraktionsbildern (J_n), die durch Subtraktion eines Maskenbildes von jedem Bild einer Sequenz von Bildern (I_n) erhalten worden sind, die bei der Angiographie von Blutgefäßen in einem interessierenden Bereich (104) eines Patienten (102) akquiriert worden sind, wobei zu dem Verfahren eine zum Erhalt des Aussehens der Gefäße in den Subtraktionsbildern geeignete Bearbeitung zur Reduktion des Rauschens gehört, das in den Subtraktionsbildern J_n vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Rauschreduktionsbearbeitung enthält: Für jeden Bildpunkt der Sequenz der Subtraktionsbilder (J_n) wird bestimmt, ob der Punkt ein Hintergrundspunkt (k, j) oder ein vaskularer Punkt (i, j) ist; und für jeden Hintergrundpunkt (k, j) wird in jedem Bild der Sequenz eine temporale Interbildfilterung vom Tiefpasstyp angewandt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Filter eine Übertragungsfunktion gemäß dem Ausdruck
hat, wobei der bei z = p liegende Pol die Stärke des Filters steuert.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem: bestimmt wird, ob ein Punkt ein Hintergrundpunkt (k, j) oder ein vasuklarer Punkt (i, j) ist, in dem die Autokorrelationsfunktion des Zeitsignals berechnet wird, die den Werten dieses Punkts in der Sequenz der Subtraktionsbilder entspricht; und in dem Variationen der Autokorrelationsfunktion um ihren maximalen Zentralwert herum analysiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei zu der Analyse der Variationen der Autokorrelationsfunktion gehört: die Berechnung der ersten Werte dieser Funktion; Vergleich des letzten dieser ersten Werte mit einer Schwelle; und Festlegung, dass der Punkt ein Hintergrundpunkt (k, j) ist, wenn der Wert kleiner als die Schwelle ist, oder ein vaskularer Punkt (i, j), wenn der Wert größer als die Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Analyse der Variationen der Autokorrelationsfunktion beinhaltet: das Analysieren des Anstiegs oder Abfalls der Funktion um ihren Zentralwert; der Vergleich des Absolutwertes des Anstiegs oder Abfalls mit einer Schwelle; und die Festlegung, dass der Punkt ein Hintergrundpunkt (k, j) ist, wenn der Absolutwert größer als die Schwelle ist und dass er ein vaskulärer Punkt (i, j) ist, wenn der Absolutwert kleiner als die Schwelle ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das temporale Interbildfilter außerdem auf jeden vaskularen Punkt (i, j) angewandt ist, wobei diese Anwendung auf Subtraktionsbilder (j, n) beschränkt bleibt, die Akquisitionszeiten entsprechen, die früher sind als der Zeit (t_a), zu dem das Kontrastmittel den vaskularen Punkt reicht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Zeit (t_a), zu der das Kontrastmittel einen vaskularen Punkt erreicht, auf Basis einer Endung der Opazifikation an diesem Punkt bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei das Maskenbild, das zur Bildung der Subtraktionsbildsequenz genutzt wird, einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 unterworfen wird.
Radiographieeinrichtung (100) mit einem: Mittel (103) zur Aussendung von Strahlung, Mittel (102) zur Aufnahme radiographischer Bilder, Mittel (113) zur Verarbeitung von Daten, die von dem Mittel zur Aufnahme der radiographischen Bilder geliefert worden sind und zur Steuerung des Mittels zur Strahlungsaussendung, wobei das Verarbeitungsmittel so programmiert ist, dass es ein radiologisches Bild, das bei der Subtraktionsangiographie als Maskenbild zu verwenden ist, verarbeitet, wobei zur Verarbeitung eine zur Bewahrung des Aussehens des Rauschens in dem Maskenbild geeignete Verarbeitung zur Reduktion des in dem Maskenbildes vorhandenen Rauschens gehört.
Einrichtung nach Anspruch 12, bei der die Verarbeitung durch Anwendung eines bilateralen Filters erfolgt.
Radiographische Einrichtung (100) mit einem: Mittel (103) zur Strahlungsemission, Mittel (102) zur Aufnahme radiographischer Bilder, Mittel (113) zur Verarbeitung einer Sequenz von Subtraktionsbildern (J_n), die durch Subtraktion eines Maskenbildes von jedem Bild einer Sequenz von Bildern (I_n) erhalten worden sind, die bei der Angiographie von Blutgefäßen in einen interessierenden Bereich (104) eines Patienten (200) akquiriert worden sind, mit einer zur Bewahrung des Aussehens der Blutgefäße in den Subtraktionsbildern geeigneten Verarbeitung zur Reduktion des in den Subtraktionsbildern (J_n) vorhandenen Rauschens.
Einrichtung gemäß Anspruch 14, bei der die Rauschreduktionsverarbeitung beinhaltet: für jeden Bildpunkt der Sequenz von Subtraktionsbildern (J_n) wird bestimmt, ob der Punkt ein Hintergrundpunkt (k, j) oder ein vaskularer Punkt (i, j) ist, und für jeden Hintergrundpunkt (k, j) wird eine temporale Interbildfilterung vom Tiefpasstyp in jedem Bild der Sequenz angewandt.
Einrichtung nach Anspruch 14, bei der für das zur Bildung der Subtraktionsbildsequenz verwendete Maskenbild ein zur Bewahrung des Aussehens des Rauschens in dem Maskenbild geeignetes Verarbeitungsmittel zur Reduktion des Rauschens in dem Maskenbild vorhanden ist.
Computerprogramm mit einem Computerprogrammcode auf einem computerlesbaren Medium zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
Computerprogramm mit einem Programmcode auf einem computerlesbaren Medium zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 11.
Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Medium mit computerlesbarem Programmcode, der auf dem Medium verkörpert ist, wobei der computerlesbare Programmcode das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 verwirklicht.
Computerprodukt mit einem vom Computer nutzbarem Medium mit computerlesbarem Programmcode, der auf dem Medium verkörpert ist, wobei der computerlesbare Programmcode das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11 implementiert.
Zur Verwendung mit einem Computersystem geeignete Artikel, wobei der Artikel ein computerlesbares Medium mit computerlesbarem Programmcode enthält, der auf dem Medium verkörpert ist, wobei der Programmcode das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 implementiert.
Zur Verwendung mit einem Computersystem geeignete Artikel, wobei der Artikel ein computerlesbares Medium mit computerlesbarem Programmcode enthält, der auf dem Medium verkörpert ist, wobei der Programmcode das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11 implementiert.
Maschinenlesbares Speichermittel, das ein aus durch eine Maschine ausführbare Instruktionen bestehendes Programm zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 materiell verkörpert.
Maschinenlesbares Speichermittel, das ein aus durch eine Maschine ausführbare Instruktionen bestehendes Programm zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 11 materiell verkörpert.