DE102007013417A1

DE102007013417A1 - Nachbearbeitung von medizinischen Schichtbilddaten

Info

Publication number: DE102007013417A1
Application number: DE102007013417A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Plodeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-09-25

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Nachbearbeitung eines digitalen medizinischen Schichtbildes (B) angegeben, das eine signifikante Verbesserung der Bildqualität ermöglicht. Verfahrensgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt ein zweidimensionaler Glättungsfilter auf die Bildpunkte des ursprünglichen Schichtbildes (B) angewendet. In einem zweiten Verfahrensschritt wird auf ein hieraus resultierendes geglättetes Schichtbild (G) ein Kantendetektionsfilter angewendet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Nachbearbeitung von medizinischen Schichtbilddaten. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Nachbearbeitungsmodul zur Durchführung des Verfahrens und eine medizinische Bildgebungsvorrichtung mit einem solchen Nachbearbeitungsmodul.
Als Schichtbild wird in der bildgebenden Medizintechnik eine zweidimensionale Bilddarstellung bezeichnet, die das Körperinnere eines Patienten entlang einer Schnittebene durch den Patientenkörper zeigt. Ein Schichtbild ist das Endprodukt eines tomographischen Bildaufnahmeverfahrens, insbesondere der Computertomographie (CT), Rotationsangiographie oder Magnetresonanztomographie.
Die moderne Computertomographie ist geprägt von dem Wunsch nach einer möglichst großen räumlichen Auflösung anatomischer Strukturen, die zudem mitunter einen nur schwach verschiedenen Röntgenkontrast aufweisen und daher von Haus aus nur schwer unterscheidbar sind. Insbesondere für Untersuchungen von Weichteilgewebe, z. B. des Gehirns, und sehr kleiner Strukturen, z. B. des Innenohrs, ist die von den meisten heutigen Computertomographen gelieferte Bildqualität noch unbefriedigend. Selbst in Fällen, in denen die räumliche Auflösung an sich hinreichend groß wäre, sind die gewünschten anatomischen Strukturen häufig aufgrund des Bildrauschens oder aufgrund von Artefakten des Rekonstruktionsprozesses "verschleiert", also nicht oder nur ansatzweise erkennbar.
Eine Verbesserung der Bildqualität wurde bisher vor allem über eine Weiterentwicklung der elektromechanischen Bildaufnahmetechnik angestrebt, insbesondere durch Entwicklung präziserer und hoch auflösenderer Röntgendetektoren, leistungsfähigerer Röntgenstrahler, etc.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die bei einem medizinischen Schichtbild, insbesondere einem computertomographischen Schichtbild, eine Verbesserung der Bildqualität ermöglicht.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach wird ein Verfahren zur Nachbearbeitung eines digitalen medizinischen Schichtbildes angegeben. Verfahrensgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt ein zweidimensionaler Glättungsfilter auf das ursprüngliche Schichtbild angewendet. In einem darauf folgenden zweiten Verfahrensschritt wird auf das aus dem ersten Verfahrensschritt resultierende geglättete Schichtbild dann ein Kantendetektionsfilter angewendet.
Erfindungsgemäß wird also die Bildqualität durch eine nachträgliche Bearbeitung des an sich bereits fertigen Schichtbildes, d. h. der finalen Bildmatrix des Tomographieverfahrens mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung verbessert. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch die spezielle Kombination zweier an sich gängiger Bildbearbeitungsschritte, nämlich einer zweidimensionalen Glättung und einer nachfolgenden Kantendetektion, die Bildqualität medizinischer Schichtbilder in entscheidender Weise verbessert werden kann, so dass feine und schwach kontrastierende anatomische Strukturen, wie das menschliche Innenohr oder Details des Hirngewebes vergleichsweise deutlich sichtbar werden, ohne dass hierfür für das eigentliche Bildaufnahmeverfahren besondere Vorkehrungen getroffen werden müssten. Das Verfahren erlaubt damit insbesondere auch eine Verbesserung der mittels herkömmlicher Tomographietechnik erzielbaren Bildqualität oder die Aufbereitung bereits bestehender Schichtbilder, die mit herkömmlichen Tomographen aufgenommen wurden.
Das Verfahren hat sich insbesondere als vorteilhaft zur Anwendung auf computertomographische Schichtbilder herausgestellt. Das Verfahren ist darüber hinaus aber grundsätzlich auch auf Schichtbilder anwendbar, die mittels anderer tomographischer Aufnahmeverfahren, beispielsweise der Rotationsangiographie oder Magnetresonanztomographie, erzeugt wurden.
Der Anwendung des Glättungsfilters liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Zuge des Rekonstruktionsschritts, in dem bei einem Tomographieverfahren aus den aufgenommenen Rohdaten das Schichtbild berechnet wird, aus numerischen Gründen viele Bildpunkte mitunter stark über- oder unterbewertet werden. Solche Bildpunkte weisen also einen Farbwert auf, der von der Standardfarbe des Körperstoffes, dem dieser Bildpunkt entspricht, mehr oder weniger stark abweicht. Die Begriffe "Farbe" und "Farbwert" sind im Falle eines monochromen Tomographieverfahrens im Sinne eines Helligkeitsgrades bzw. Grauwertes zu verstehen. Als Standardfarbe eines Körperstoffes wird der Farbwert bezeichnet, der für diesen Körperstoff – z. B. Knochen, Blut, Fettgewebe, etc. – unter gegebenen Aufnahmebedingungen zu erwarten wäre.
In der Computertomographie wird beispielsweise zur Kennzeichnung bestimmter Körperstoffe die so genannte Hounsfield-Skala verwendet, im Rahmen derer jedem Körperstoff entsprechend dem zugehörigen Röntgenschwächungskoeffizienten ein Wert in so genannten Hounsfield-Einheiten (HU) zugewiesen ist. Beispielsweise ist im Rahmen der Hounsfield-Skala Wasser ein Wert von 0 HU, Blut ein Wert von ca. 50 HU Knochenmaterial ein Wert von ca. 2000 HU und Metall Werte von ca. 2500 HU bis 3075 HU zugewiesen. Das untere Ende der Hounsfield-Skala bildet ein Wert von –1024 HU, der Luft entspricht. Diese Werte schlagen sich in der bildlichen Darstellung in einer materialspezifischen Standardfarbe wieder. Ein Bildpunkt eines computertomographischen Schichtbildes ist also insbesondere dann über- oder unterbewertet, wenn sein Farbwert signifikant von dem Wert des dem Bildpunkt zugeordneten Gewebes auf der Hounsfield-Skala abweicht.
Die Über- und Unterbewertung von Bildpunkten in einem Schichtbild führt erkanntermaßen zu einem numerischen Bild rauschen, in dem filigrane und schwach kontrastierende Details des Schichtbildes leicht verschleiert werden.
Als Glättungsfilter wird hierbei bevorzugt ein Mittelwertfilter herangezogen, der bezüglich eines vorgegebenen Filterkerns den arithmetischen Mittelwert berechnet und diesen Mittelwert einem zu glättenden Bildpunkt als Farbwert zuweist. Als Filterkern ist dabei eine vorgegebene Menge von Bildpunkten in der Umgebung des zu glättenden Bildpunktes bezeichnet.
Insbesondere in der Anwendung auf computertomographische Schichtbilder hat sich hierbei ein Filterkern in Form einer den zu glättenden Bildpunkt umgebenden 3 × 3-Matrix von Bildpunkten als besonders effektiv zur Beseitigung des numerischen Bildrauschens herausgestellt.
Der Kantendetektionsfilter dient zur optischen Verdeutlichung der in dem Schichtbild enthaltenen Grenzen zwischen verschiedenen kontrastierenden Farbflächen, die verschiedenen anatomischen Strukturen entsprechen. Die Effizienz des Kantendetektionsfilters, d. h. seine Fähigkeit, die Grenzen zwischen verschiedenen anatomischen Strukturen realitätsgetreu herauszuarbeiten, werden dabei erkanntermaßen durch den vorausgehenden Glättungsschritt in entscheidender Weise verbessert. In Anwendung auf das ursprüngliche, d. h. ungeglättete Schichtbild würde der Kantendetektionsfilter erkanntermaßen durch das Bildrauschen derart gestört, dass das aus der Kantendetektion resultierende Kantenbild mitunter erheblich von den zugrunde liegenden anatomischen Strukturen abweichen würde.
Insbesondere in Anwendung auf computertomographische Schichtbilder hat sich die Verwendung eines so genannten Sobel-Filters als Kantendetektionsfilter als besonders effektiv herausgestellt. Bei dem Sobel-Filter handelt es sich um einen an sich bekannten Algorithmus der digitalen Bildverarbeitung, der im Wesentlichen den Farbgradienten, d. h. die räumliche Änderung des Farbwertes zwischen verschiedenen Bildpunkten entlang einer Bildkoordinate berechnet.
Der Sobel-Filter wird zweckmäßigerweise sowohl in horizontaler Bildrichtung (oder Zeilenrichtung) als auch in vertikaler Bildrichtung (oder Spaltenrichtung) auf die Bildpunkte des geglätteten Schichtbildes "angewendet. Aus der horizontalen und vertikalen Anwendung des Sobel-Filters resultieren verschiedene Zwischenbilder, die anschließend zur Erzeugung eines Kantenbildes einander überlagert werden. Diese Überlagerung erfolgt insbesondere durch eine bildpunktweise quadratische Mittelwertbildung der Zwischenbilder.
Um bestimmte Körperstoffe visuell besonders gut herauszuarbeiten, und somit eine organselektive Darstellung zu ermöglichen, wird der Anwendung des Kantendetektionsfilters zweckmäßigerweise ein Auswahlschritt vorgeschaltet, in dem aus dem geglätteten Schichtbild diejenigen Bildpunkte ausgewählt werden, deren Farbwert innerhalb eines vorgegebenen Farbbereichs liegt. Hierbei wird der Kantendetektionsfilter nur auf die ausgewählten Bildpunkte angewendet. Farbkontraste im Bereich der nicht ausgewählten Bildpunkte werden mit anderen Worten ignoriert. Der der Auswahl zugrundeliegende Farbbereich kann vorteilhafter von einem Benutzer unterschiedlich gewählt werden, um – je nach Wunsch – verschiedene organische Strukturen selektiv zu visualisieren.
Im Sinne einer besonders realitätsnahen Darstellung des nachbearbeiteten Schichtbildes ist in bevorzugten Varianten des Verfahrens vorgesehen, dass in einem dritten Verfahrensschritt das aus der Kantendetektion resultierende Kantenbild entweder dem ursprünglichen Schichtbild oder dem geglätteten Schichtbild überlagert wird. Diese Überlagerung erfolgt bevorzugt derart, dass den (zum Zweck der Kantenglättung hinsichtlich ihrer Koordinaten) ausgewählten Bildpunkten die korrespondierenden Farbwerte des Kantenbildes zugewiesen werden, während in die nicht-ausgewählten Bildpunkte, die bei der Kantenglättung nicht berücksichtigt wurden, die Farbwerte des ursprünglichen bzw. geglätteten Schichtbildes zurückgeschrieben werden. Alternativ hierzu kann die Überlagerung des Kantenbildes mit dem ursprünglichen bzw. geglätteten Schichtbildes auch derart erfolgen, dass das Kantenbild dem ursprünglichen bzw. geglätteten Schichtbild halb transparent, d. h. durch eine bildpunktweise gewichtete Summe, überlagert wird.
Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 11. Danach wird ein Nachbearbeitungsmodul angegeben, das dazu ausgebildet ist, ein digitales medizinisches Schichtbild nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren nachzubearbeiten. Das Nachbearbeitungsmodul ist bevorzugt in Form eines Softwaremoduls realisiert, in dem das vorstehend beschriebene Verfahren programmtechnisch implementiert ist. In dieser Ausführung ist das Nachbearbeitungsmodul bevorzugt Teil einer bildgebenden Betriebssoftware eines medizinischen Tomographen, insbesondere Computertomographen. Das Nachbearbeitungsmodul kann aber auch als eigenständiges Programm oder Programmzusatz – z. B. in Form eines Flug-in's oder dergleichen – ausgebildet sein. Wiederum alternativ hierzu kann das Nachbearbeitungsmodul auch in Form eines Hardware-Bausteins oder als Kombination von Hardware und Software – insbesondere in Form einer Steckkarte oder dergleichen – realisiert sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in schematischer Darstellung einen Computertomographen mit einer Gantry und einer Steuereinheit, die ein Nachbearbeitungsmodul zur Nachbearbeitung von medizinischen Schichtbildern umfasst,
2 in einem schematischen Blockschaltbild das Nachbearbeitungsmodul gemäß 1, und
3 in Darstellung gemäß 2 eine alternative Ausführung des Nachbearbeitungsmoduls.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in 1 dargestellte Computertomograph 1 umfasst zur Bildaufnahme eine Gantry 2, an der (in nicht dargestellter Weise) ein Röntgenstrahler und ein Röntgendetektor in Gegenüberstellung zueinander um eine isozentrische Achse 3 drehbar aufgehängt sind.
Der Computertomograph 1 umfasst weiter eine Steuereinheit 4, die sowohl zur Steuerung der Gantryrotation und des aus Röntgenstrahler und Röntgendetektor gebildeten Aufnahmesystems als auch zur Berechnung der von dem Computertomographen 1 aufgenommenen Bilder dient. Die Steuereinheit 4 ist mit Ein- und Ausgabemitteln 5, insbesondere Bildschirm, Tastatur, Maus, Drucker, etc. ausgestattet.
Der Computertomograph 1 umfasst ferner einen Patiententisch 6, auf dem ein (nicht dargestellter) Patient in eine zentrale Öffnung 7 der Gantry 2 eingeschoben werden kann.
Im Zuge einer computertomographischen Aufnahme werden der Röntgenstrahler und der Röntgendetektor durch Rotation der Gantry 2 um die isozentrische Achse 3 rotiert, wobei der auf dem Patiententisch 6 gelagerte und in die zentrale Öffnung 7 der Gantry 2 eingeschobene Patient aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen senkrecht zu der isozentrischen Achse 3 mit Röntgenstrahlung durchleuchtet wird.
Solchermaßen erstellte Projektionsbilder des Patienten werden als Rohdaten der Steuereinheit 4 zugeleitet. Die Steuereinheit 4 berechnet in einem Rekonstruktionsprozess aus diesen Rohdaten mittels an sich gängiger numerischer Methoden ein zweidimensionales digitales Bild einer Körperschicht des Patienten. Dieses Bild wird nachfolgend als (ursprüngliches) Schichtbild B bezeichnet.
Zur Nachbearbeitung eines Schichtbildes B umfasst die Steuereinheit 4 ein Nachbearbeitungsmodul 8, das in Form eines Softwaremoduls ausgeführt ist und das als Teil einer bildgebenden Betriebssoftware in der Steuereinheit implementiert ist. Das Nachbearbeitungsmodul 8 ist dazu ausgebildet, aus dem ursprünglichen Schichtbild B mittels Methoden der digitalen Bildverarbeitung ein nachbearbeitetes Schichtbild, nachfolgend als Endbild E bezeichnet, mit gegenüber dem ursprünglichen Schichtbild B verbesserter Bildqualität zu erzeugen. Das Endbild E kann zusätzlich oder anstelle des ursprünglichen Schichtbildes B archiviert oder über die Ein- und Ausgabemittel 5 ausgegeben werden.
Der funktionelle Aufbau einer ersten Variante des Nachbearbeitungsmoduls 8 ist in 2 in einem schematischen Blockschaltbild dargestellt. Danach wird das ursprüngliche Schichtbild B zunächst einem Glättungsmodul 9 zugeführt. Durch das Glättungsmodul 9 wird auf das ursprüngliche Schichtbild B in einem ersten Verfahrensschritt ein zweidimensionaler Glättungsfilter angewendet. Das Glättungsmodul 9 gibt ein geglättetes Schichtbild G an ein Auswahlmodul 10 weiter, das für die weitere Bearbeitung diejenigen Bildpunkte des geglätteten Schichtbildes G auswählt, deren Farbwert innerhalb eines vorgegebenen Farbbereiches liegt.
Das Auswahlmodul 10 gibt als Resultat dieses Auswahlprozesses ein modifiziertes Schichtbild G' an ein Kantendetektionsmodul 11 weiter.
Das Kantendetektionsmodul 11 wendet auf das modifizierte Schichtbild G' in einem zweiten Verfahrensschritt einen so genannten Sobel-Filter an. Mittels des Sobel-Filters wird aus dem Schichtbild G' ein als Kantenbild K bezeichnetes Gradienten-Bild erzeugt, in dem die Änderung der Farbwerte entlang einer Bildkoordinate, d. h. einer Reihe oder Zeile von Bildpunkten, durch unterschiedliche Grauwerte quantitativ dargestellt ist.
Das resultierende Kantenbild K wird in einem abschließenden dritten Verfahrensschritt in einem Kombinationsmodul 12 mit dem ursprünglichen Schichtbild B überlagert.
3 zeigt in gleicher Darstellung eine Variante des Nachbearbeitungsmoduls 8. Diese Variante gleicht im Wesentlichen der vorstehend beschriebenen Variante des Nachbearbeitungsmoduls 8, unterscheidet sich von der letzteren aber dadurch, dass das Kantenbild K in dem Kombinationsmodul 12 mit dem geglätteten Schichtbild G (anstelle des ursprünglichen Schichtbildes B) überlagert ist.
Die in den 2 und 3 dargestellten Module 9 bis 12 stellen lediglich funktionale Untereinheiten des Nachbearbeitungsmoduls 8 dar und können insbesondere auch in einem zusammenhängenden Programmablauf zusammengefasst sein.
Ein Beispiel für eine solche programmtechnische Implementierung des Nachbearbeitungsmoduls 8 ist nachfolgend aufgeführt. Dieses Programmbeispiel ist in Form eines zur Ausführung in der Mathematik-Software "Matlab" der Fa. "The MathWorks" geeigneten Matlab-Skripts kodiert. Die Zeilennummerierungen bilden hierbei keinen Teil des Programmcodes, sondern sind lediglich zur Ermöglichung einer eindeutigen Bezugnahme hinzugefügt. Die Nummerierung der einzelnen Programmteile ist im Übrigen willkürlich gewählt.
Im Rahmen des Programmbeispiels enthält eine Variable XX das ursprüngliche Schichtbild B. Die Variable XX hat die Form einer Matrix, d. h. eines zweidimensionalen Zahlenfeldes mit einer Anordnung von 512 × 512 Elementen XX(i, j) mit i, j ∊ 1,2, ..., 512. Jedes Element XX(i, j) entspricht hierbei einem Bildpunkt des ursprünglichen Schichtbildes B und hat einen Farbwert in Form einer natürlichen Zahl im Intervall [0,4095]. Dieses Intervall stellt eine lineare Abbildung der Hounsfield-Skala dar, wobei ein Farbwert von 0 einem Wert von –1024 HU (Luft), ein Farbwert von 1024 einem Wert von 0 HU (Wasser) und ein Farbwert von 4095 einem Wert von 3071 HU (Knochen/Metall) entspricht.
Nachfolgend aufgeführt ist die beispielhafte Implementierung des von dem Glättungsmodul 9 angewendeten Glättungsfilters:
In den Zeilen 100 bis 104 wird zu jedem Bildpunkt XX(i, j), der den Mittelpunkt eines Filterkerns von 3 × 3 umgebenden Bildpunkten bildet, der zweidimensionale arithmetische Mittelwert XX1(i, j) über dem Filterkern gebildet. XX1 enthält somit das geglättete Schichtbild G. Durch die Zeilen 106 bis 109 wird XX1 mit einem zwei Bildpunkte breiten Rahmen mit dem Farbwert 1024 (entsprechend 0 HU) versehen. Dies dient der numerischen Stabilisierung des Kantendetektionsfilters.
Nachfolgend aufgeführt ist der durch das Auswahlmodul 10 durchgeführte Auswahlprozess:
Der Auswahlprozess wird vorgenommen, indem in Zeile 202 zunächst diejenigen Bildpunkte des geglätteten Schichtbildes G bestimmt werden, deren Farbwerte außerhalb des Bereichs [1074, 30243 liegen, und indem diese Bildpunkte in Zeile 203 anschließend auf den undefinierten Zahlwert "NaN" (= Not a Number) gesetzt werden. Die in Zeile 202 angegebenen Grenzwerte für die Bereichsauswahl können je nach dem angestrebten medizinischen Verwendungszweck unterschiedlich gewählt werden. Der oben angegebene Bereich [1074, 3024] ist besonders vorteilhaft zur Darstellung von Blutgefäßen und Gewebe höherer Dichte, z. B. Tumoren, sowie von Knochen und Metall (z. B. nach chirurgischen Eingriffen am Herz nach Verschließen des Brustkorbs oder Herzschrittmachern). Zur Darstellung wassergefüllter Ventrikel (Liquor) im Hirngewebe wird dagegen z. B. bevorzugt ein Bereich von [924, 1073] ausgewählt.
Nachfolgend aufgeführt ist die beispielhafte Implementierung des durch das Kantendetektionsmodul 11 angewendeten Kantenfilters:
Die in Zeile 300 definierte Variable s definiert einen Filterkern des Sobel-Filters, der diesen Filterkern mit dem geglätteten Bild mathematisch faltet. Die Faltung wird in den Zeilen 302, 305, 320 und 323 von der Matlab-Funktion ,conv2' durchgeführt. Die Faltung wird hier zunächst in horizontaler Bildrichtung (Zeilenrichtung) von links nach rechts (Zeile 302) und von rechts nach links (Zeile 305), anschließend in vertikaler Bildrichtung (Spaltenrichtung) von oben nach unten (Zeile 320) und von unten nach oben (Zeile 323) durchgeführt.
Die aus diesen Einzelfaltungen jeweils resultierenden Zwischenbilder (Variablen HH1, lr11, VV1 und ud11) werden jeweils durch bildpunktweise quadratische Mittelwertbildung (Zeilen 309, 327 und 338) einander überlagert.
Im Anschluss an diese Überlagerung wird in den Zeilen 312/313, 330/331 und 340/341 jeweils der Farbkontrast der re sultierenden Zwischenbilder durch Verschiebung der Farbskala verbessert.
Das aus der Kantendetektion resultierende Kantenbild K (Variable SgrtHVkorr) wird anschließend durch einen dem Kombinationsmodul 12 entsprechenden Algorithmus mit dem ursprünglichen Schichtbild B (Variable XX) überlagert:
Diese Überlagerung erfolgt in Zeile 401, indem in dem Kanntenbild K (Variable SgrtHVkorr) diejenigen Bildpunkte, die vor der Kantenbildung nicht ausgewählt wurden, und die infolgedessen mit dem undefinierten Zahlwert "NaN" belegt sind, mit den Farbwerten der korrespondierenden Bildpunkte des ursprünglichen Schichtbildes (Variable XX) überschrieben werden. Für die ausgewählten Bildpunkte werden die Werte des Kantenbildes K (Variable SgrtHVkorr) beibehalten.
Abschließend werden in den Zeilen 403 bis 417 Korrekturen vorgenommen, im Zuge derer Bildpunkte, die infolge der Kan tendetektion zu große Farbwerte oberhalb von 4080 und negative Farbwerte angenommen haben, auf definierte Werte von 4090 bzw. 0 gesetzt werden. Hierdurch werden insbesondere in dem resultierenden Endbild E (Variable d4) knöcherne Bildbereiche und leere Bildbereiche farblich homogenisiert und eine etwaige Fehlinterpretation der Bilddaten durch Bildanzeigeprogramme vermieden.
Durch das vorstehend beschriebene Nachbearbeitungsverfahren wird bei computertomographischen Schichtbildern die Detailauflösung, entsprechend der kleinsten Längenskala, auf der im Schichtbild anatomische Strukturen klar zu identifizieren sind, von ca. 0,33 mm auf bis zu 0,1 mm verbessert. Das Nachbearbeitungsverfahren ermöglicht zusätzlich eine wesentlich verbesserte Organselektivität der Darstellung.
Die mittels des Nachbearbeitungsverfahrens erzeugten Endbilder E sind zudem vorteilhaft als Eingangsdaten für Volume-Rendering-Algorithmen (VRT) einsetzbar. Insbesondere kann der für das Volume-Rendering zu berücksichtigende Farbbereich auf bis zu +/– 1 HU eingegrenzt werden, was eine gegenüber herkömmlicher Technik wesentlich verbesserte 3D-Darstellung und 3D-Animation (Fly-Through-Technik) ermöglicht.
Das Nachbearbeitungsverfahren ermöglicht aus medizinischer Sicht insbesondere

– die selektive Darstellung von Stenosen, Kalkablagerungen und Fettgewebe im Bereich der Blutgefäße sowie eine Messung und Anzeige der Gefäßwandstärke (Im Bereich der Herzkranzgefäße ist die Darstellung aller Stenosen, Kalkablagerungen und Fettgewebe in einer Darstellung möglich, was für den Mediziner die Übersichtlichkeit bei der Diagnosestellung erheblich vereinfacht),
– eine bildgebungstechnische Extraktion der Blutgefäße im Kopf ohne unterstützende Maßnahmen wie z. B. DSA (Digitale Substraktionsangiographie),
– die Darstellung von Lungenknötchen bis zu einer Größe von ca. 1 mm,
– die Auflösung einer signifikant erhöhten Anzahl von Läsionen im Bereich des Colon,
– die Darstellung von Aortenklappen,
– einen Fly-Through durch die gesamte Wirbelsäule,
– eine klare 3D-Darstellung der Gyri (Hirnwindungen) des Gehirns
– eine Darstellung der Cochlea und der Bogengänge im Innenohr

Zudem werden Artefakte (insbesondere Ring- und Streifenartefakte) des Rekonstruktionsprozesses durch das Nachbearbeitungsverfahren reduziert.

Claims

Verfahren zur Nachbearbeitung eines digitalen medizinischen Schichtbildes (B), – bei welchem in einem ersten Verfahrensschritt ein zweidimensionaler Glättungsfilter auf das Schichtbild (B) angewendet wird, – bei welchem in einem zweiten Verfahrensschritt auf ein aus dem ersten Verfahrensschritt resultierendes geglättetes Schichtbild (G) ein Kantendetektionsfilter angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Glättungsfilter ein Mittelwertfilter herangezogen wird, der bezüglich eines vorgegebenen Filterkerns den arithmetischen Mittelwert berechnet und einem zu glättenden Bildpunkt als Farbwert zuweist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem als Filterkern eine 3 × 3-Matrix von Bildpunkten herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem als Kantendetektionsfilter ein Sobel-Filter herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Sobel-Filter sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Bildrichtung auf die Bildpunkte des geglätteten Schichtbildes angewendet wird, wobei die aus der horizontalen bzw. vertikalen Anwendung des Kantendetektionsfilters resultierenden Zwischenbilder einander überlagert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem vor Anwendung des Kantendetektionsfilters diejenigen Bildpunkte des geglätteten Schichtbildes (G) ausgewählt werden, deren Farbwert innerhalb eines vorge gebenen Farbbereichs liegt, und bei welchem der Kantendetektionsfilter nur auf die ausgewählten Bildpunkte (G') angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem in einem dritten Verfahrensschritt ein aus dem zweiten Verfahrensschritt resultierendes Kantenbild (K) dem ursprünglichen Schichtbild (B) überlagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem in einem dritten Verfahrensschritt ein aus dem zweiten Verfahrensschritt resultierendes Kantenbild (K) dem geglätteten Schichtbild (G) überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 7 oder 8, bei welchem das Kantenbild (K) dem ursprünglichen Schichtbild (B) bzw. dem geglätteten Schichtbild (G) derart überlagert wird, dass den ausgewählten Bildpunkten die korrespondierenden Farbwerte des Kantenbildes (K), und den nicht-ausgewählten Bildpunkten die korrespondierenden Farbwerte des ursprünglichen Schichtbildes (B) bzw. des geglätteten Schichtbildes (G) zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das ursprüngliche Schichtbild (B) ein computertomographisches Schichtbild ist.
Nachbearbeitungsmodul (8), das zur Nachbearbeitung eines digitalen medizinischen Schichtbildes (B) nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Bildgebungsvorrichtung zur Erzeugung eines medizinischen Schichtbildes (B, E), insbesondere Computertomograph, mit einem Nachbearbeitungsmodul (8) gemäß Anspruch 11.