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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren für ein zweidimensionales
Projektionsbild eines Untersuchungsobjekts, wobei das Projektionsbild
eine Vielzahl von Pixeln aufweist, die ihrerseits jeweils einen
Pixeldatenwert aufweisen, wobei ein Rechner das Projektionsbild
entgegen nimmt und auswertet.
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Derartige
Bearbeitungsverfahren sind allgemein bekannt. Sie werden – oftmals
in der Form von DSA-Bildern – unter
anderem zur Perfusionsanalyse eingesetzt.
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Bei
der Perfusionsanalyse wird in der Regel nicht mit einzelnen Projektionsbildern
gearbeitet, sondern mit Sequenzen von Projektionsbildern. Die mit
der Erfassung von nur zweidimensionalen Projektionsbildern verbundene
reduzierte Ortsauflösung (gegenüber einem
dreidimensional ortsaufgelösten Volumendatensatz)
wird in Kauf genommen, da die Erfassung der Daten für einen
dreidimensionalen Volumendatensatz erheblich mehr Zeit benötigt als
die Erfassung eines einzelnen Projektionsbildes.
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Bei
Perfusionsanalysen ist die medizinisch relevante Aussage die Durchblutung
des Gewebes, also der Blutfluss in den Kapillargefäßen, die
in den Projektionsbildern nicht mehr als solche erkennbar sind.
In den Projektionsbildern treten jedoch als dominante Strukturen
die größeren Blutgefäße hervor. Es
wäre daher
von Vorteil, die größeren – im Rahmen der
angestrebten Untersuchung eher störenden – Gefäße aus dem jeweiligen Projektionsbild
eliminieren zu können.
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Weiterhin
hängt auf
Grund der projektiven Natur der zweidimensionalen Projektionsbilder
die Intensität
eines Pixels von der gesamten Absorption entlang des Projektionspfades
von einer Strahlungsquelle (beispielsweise einer Röntgenquelle)
zum Detektorort ab. Es ist daher schwierig oder nahezu unmöglich, anhand
des Pixeldatenwertes eines jeweiligen Pixels zu unterscheiden, ob
der jeweilige Pixeldatenwert von einem dünnen Gefäß oder von einer relativ langen
Absorptionsstrecke durchbluteten Gewebes hervorgerufen ist. Auch
aus diesem Grund wäre
es von Vorteil, die Gefäße aus dem
jeweiligen Projektionsbild eliminieren zu können. Dies gilt hierbei insbesondere
für die
gerade noch auflösbaren Blutgefäße.
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Im
Dreidimensionalen stellen sich die oben genannten Problematiken
nicht. Denn im Dreidimensionalen sind die einzelnen Voxel eines
Volumendatensatzes relativ einfach anhand ihrer Voxeldatenwerte
in die Kategorie Blutgefäß und Gewebe
(sowie gegebenenfalls Hintergrund) einsortierbar.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten
zu schaffen, mittels derer eine Beurteilung der Perfusion in zweidimensionalen Projektionsbildern
ohne die störenden
Blutgefäße möglich ist.
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Die
Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch ein Bearbeitungsverfahren
für ein
zweidimensionales Projektionsbild mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bearbeitungsverfahrens sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche 2 bis
5.
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Erfindungsgemäß nimmt
der Rechner das Projektionsbild entgegen. Weiterhin bildet der Rechner
einen Volumendatensatz des Untersuchungsobjekts, in dem ein Gefäßsystem
des Untersuchungsobjekts segmentiert ist, in das Projektionsbild
ab. Der Rechner ermittelt, auf welche Pixel des Projektionsbildes
er das im Volumendatensatz segmentierte Gefäßsystem abbildet. Sodann wertet
der Rechner nur die Pixeldatenwerte derjenigen Pixel aus, auf die
er das im Volumendatensatz segmentierte Gefäßsystem nicht abbildet. Alternativ
oder zusätzlich
zum Auswerten nur dieser Pixel ist es möglich, dass der Rechner die
Pixeldatenwerte derjenigen Pixel, auf die er das im Volu mendatensatz
segmentierte Gefäßsystem
abbildet, modifiziert und das so modifizierte Projektionsbild zur
Auswertung über
ein Sichtgerät an
einen Bediener des Rechners ausgibt.
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Im
Falle des Modifizierens von Pixeldatenwerten ist bevorzugt, dass
der Rechner die Pixeldatenwerte derjenigen Pixel, auf die er das
im Volumendatensatz segmentierte Gefäßsystem abbildet, anhand der
Pixeldatenwerte von Pixeln modifiziert, auf die er das im Volumendatensatz
segmentierte Gefäßsystem
nicht abbildet und die in der Nähe
des jeweiligen zu modifizierenden Pixels liegen.
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In
einer weiter bevorzugten Ausgestaltung fügt der Rechner den modifizierten
Pixeldatenwerten zusätzlich
einen Rauschanteil hinzu. Diese Darstellung führt zu einer noch einfacheren
Auswertung durch den Bediener. Der Rechner kann hierbei einen Maximalwert
des Rauschanteils anhand einer statistischen Streuung ermitteln,
welche die Pixeldatenwerte der Pixel aufweisen, die in einem homogenen Bereich
des Projektionsbildes angeordnet sind.
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Es
ist möglich,
das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren
mit Nativbildern auszuführen.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Projektionsbildern jedoch um
DSA-Bilder.
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Die
Aufgabe wird weiterhin programmtechnisch durch ein Computerprogramm
gelöst,
das Maschinencode umfasst, der von einem Rechner unmittelbar abarbeitbar
ist und dessen Abarbeitung durch den Rechner bewirkt, dass der Rechner
ein derartiges Bearbeitungsverfahren ausführt.
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Es
ist möglich,
dass das Computerprogramm auf einem Datenträger in ausschließlich maschinenlesbarer
Form gespeichert ist. Weiterhin kann ein Rechner mit einem derartigen
Computerprogramm programmiert sein, so dass er im Betrieb ein derartiges
Bearbeitungsverfahren ausführt.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 ein Übersichtsbild,
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2 schematisch
eine perspektivische Darstellung eines Volumendatensatzes,
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3 schematisch
eine Darstellung eines Projektionsbildes und
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4 bis 6 Ablaufdiagramme.
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Gemäß 1 wird
mittels einer Röntgenanlage 1 eine
Sequenz von zweidimensionalen Projektionsbildern B eines Untersuchungsobjekts 2 erfasst. Die
Projektionsbilder B werden hierbei in der Regel in einer einmal
eingestellten und während
der gesamten Sequenz von Projektionsbildern B nicht mehr veränderten
Angulation erfasst. Ausgewertet wird der zeitliche Verlauf der Absorption.
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Die
Projektionsbilder B werden einem Rechner 3 zugeführt, der
sie entgegen nimmt. In Verbindung mit den dem Rechner 3 zugeführten Projektionsbildern
B wird die vorliegende Erfindung nachfolgend erläutert. Die Erläuterung
erfolgt hierbei in Verbindung mit der Sequenz von Projektionsbildern
B, weil die vorliegende Erfindung insbesondere in diesem Zusammenhang
von Bedeutung ist. Prinzipiell ist die vorliegende Erfindung jedoch
auch anwendbar, wenn nur ein einzelnes Projektionsbild B bearbeitet
werden soll oder wenn zwar mehrere Projektionsbilder B bearbeitet
werden sollen, es sich jedoch nicht um eine Sequenz von Projektionsbildern
B handelt.
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Der
Rechner 3 ist mit einem Computerprogramm 4 programmiert,
das innerhalb des Rechners 3 – beispielsweise auf dessen
Festplatte – gespeichert
ist. Mit dem Computerprogramm 4 ist der Rechner 3 programmiert.
Das Computerprogramm 4 kann dem Rechner 3 beispielsweise über eine
Rechner-Rechner-Verbindung 5 (beispielsweise das World
Wide Web oder ein LAN) oder über
einen mobilen Datenträger 6 zugeführt werden,
auf dem das Computerprogramm 4 in (ausschließlich) maschinenlesbarer – in der
Regel digitaler – Form
gespeichert ist. Dargestellt ist hierbei als Datenträger 6 in 1 eine
CD-ROM. Diese Darstellung ist jedoch rein beispielhaft. Der Datenträger 6 könnte ebenso
andersartig ausgebildet sein, beispielsweise als USB-Memorystick
oder als SD-Speicherkarte.
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Das
Computerprogramm 4 weist Maschinencode 7 auf,
der von dem Rechner 3 unmittelbar abarbeitbar ist. Die
Abarbeitung des Maschinencodes 7 durch den Rechner 3 bewirkt,
dass der Rechner 3 selbsttätig ein Auswertungsverfahren
für die
Projektionsbilder B durchführt,
das nachfolgend in Verbindung mit den weiteren FIG detailliert erläutert werden wird.
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Zum
Auswerten der Projektionsbilder B sind im Rahmen der vorliegenden
Erfindung nicht nur die Projektionsbilder B erforderlich, sondern
es ist zusätzlich
auch ein Volumendatensatz V des Untersuchungsobjekts 2 erforderlich.
Das Akquirieren der Daten für
den Volumendatensatz V und das Erstellen des Volumendatensatzes
V sind als solches nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist lediglich erforderlich, dass
der Volumendatensatz V dem Rechner 3 zur Verfügung steht.
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Gemäß 2 weist
der Volumendatensatz V eine Vielzahl von Voxeln 8 auf.
Der Volumendatensatz V erstreckt sich beispielsweise in jeder von
Koordinatenrichtungen x, y, z über
256, 512 oder 1024 Voxel 8, so dass der Volumendatensatz
V insgesamt beispielsweise 2563, 5123 oder 10243 Voxel 8 umfasst.
Auch nicht kubische Dimensionierungen – beispielsweise 400 × 500 × 300 Voxel 8 – sind denkbar und
möglich.
Im Volumendatensatz V ist ein Gefäßsystem 9 des Untersuchungsobjekts 2 segmentiert, siehe
schematisch 2.
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Jedes
der Projektionsbilder B weist eine Vielzahl von Pixeln 10 auf.
Beispielsweise weist jedes Projektionsbild B gemäß 3 in zwei
Koordinatenrichtungen x',
y' jeweils 512 oder
1024 Pixel 10 auf, so dass jedes Projektionsbild B insgesamt
5122 oder 10242 Pixel 10 umfasst.
Auch nicht quadratische Dimensionierungen – beispielsweise 1280 × 960 Pixel 10 – sind denkbar
und möglich.
Jedes Pixel 10 weist einen Pixeldatenwert auf, der zwischen
Null und einem Maximalwert liegt, beispielsweise zwischen 0 und
255. Je größer der
Pixeldatenwert ist, desto stärker
ist die Absorption entlang eines jeweiligen Projektionsstrahls 11 von
einer Strahlungsquelle 12 (beispielsweise einer Röntgenquelle 12)
zum jeweiligen Pixel 10.
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Eine
Abbildungsgeometrie der Projektionsbilder B relativ zum Volumendatensatz
V ist bekannt. Es ist also – siehe 2 – relativ
zum Volumendatensatz V bekannt, wo eine Bildebene 13 der
Projektionsbilder B relativ zum Volumendatensatz V angeordnet ist
und wie die einzelnen Strahlengänge
von der Strahlungsquelle 12 zu den einzelnen Pixeln 10 der
Projektionsbilder B verlaufen.
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Die
Projektionsbilder B zeigen vom Ansatz her dasselbe Gefäßsystem 9,
das im Volumendatensatz V segmentiert ist. Zum Zeitpunkt der Erfassung der
Projektionsbilder B befindet sich im tatsächlichen Gefäßsystem 9 des
Untersuchungsobjekts 2 und im das Gefäßsystem 9 umgebenden
Gewebe ein Kontrastmittel im Stadium der Ausbreitung. Das Ausmaß dieser
Ausbreitung im Gewebe des Untersuchungsobjekts 2, also
in der Umgebung des Gefäßsystems 9,
soll beurteilt werden. Zu diesem Zweck wird so vorgegangen, wie
dies nachfolgend in Verbindung mit 4 näher erläutert wird.
Im Rahmen von 4 wird hierbei auch auf das
Entgegennehmen des Volumendatensatzes V durch den Rechner 3 eingegangen.
Das Entgegennehmen des Volumendatensatzes V ist jedoch nicht mehr
Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Entscheidend ist lediglich,
dass der Volumendatensatz V dem Rechner 3 bekannt ist.
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In
einem Schritt S1 nimmt der Rechner 3, wie bereits erwähnt, den
Volumendatensatz V entgegen. Weiterhin nimmt der Rechner 3 in
einem Schritt S2 mindestens ein Projektionsbild B – in der
Regel mehrere Projektionsbilder B – entgegen. In einem Schritt S3
selektiert der Rechner 3 eines der Projektionsbilder B.
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In
einem Schritt S4 bildet der Rechner 3 den Volumendatensatz
V in das selektierte Projektionsbild B ab. Das Abbilden des Volumendatensatzes
V in das Projektionsbild B ist hierbei möglich, da die Abbildungsgeometrie,
wie bereits erwähnt,
bekannt ist.
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In
einem Schritt S5 ermittelt der Rechner 3, auf welche Pixel 10 des
selektierten Projektionsbildes B er das Gefäßsystem 9 abbildet.
Diese Pixel 10 werden nachfolgend als Gefäßpixel bezeichnet
und zur Unterscheidung von anderen Pixeln 10 mit dem Bezugszeichen 10' versehen. Ebenfalls
im Schritt S5 stuft der Rechner 3 die anderen Pixel 10,
auf die er das Gefäßsystem 9 nicht
abbildet, als Auswertungspixel ein. Diese Pixel 10 werden
nachfolgend als Auswertungspixel bezeichnet und zur Unterscheidung von
anderen Pixeln 10 mit dem Bezugszeichen 10'' versehen.
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In
einem Schritt S6 wertet der Rechner 3 das selektierte Projektionsbild
B aus. Im Rahmen des Schrittes S6 wertet der Rechner 3 hierbei
nur die Pixeldatenwerte der Auswertungspixel 10'' aus. Im Rahmen des Schrittes S6
lässt der
Rechner 3 somit die Gefäßpixel 10' unberücksichtigt.
In einem Schritt S7 stellt der Rechner 3 das Auswertungsergebnis des
Schrittes S6 dar. Beispielsweise kann der Rechner 3 ein
entsprechend codiertes Bild über
ein Sichtgerät 14 (siehe 1)
an einen Bediener 15 ausgeben.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu den Schritten S6 und S7 können
Schritte S8 und S9 vorhanden sein. Im Schritt S8 modifiziert der
Rechner 3 die Pixeldatenwerte der Gefäßpixel 10'. Im Schritt
S9 gibt der Rechner 3 das so modifizierte Projekti onsbild
B über
das Sichtgerät 14 an
den Bediener 15 aus. Dadurch ist der Bediener 15 in
der Lage, die Perfusion im Gewebe des Untersuchungsobjekts 2 leichter
und zuverlässiger
zu ermitteln, da die Pixeldatenwerte der störenden Gefäßpixel 10' modifiziert
sind.
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In
einem Schritt S10 prüft
der Rechner 3, ob er bereits alle Projektionsbilder B bearbeitet
hat. Wenn dies nicht der Fall ist, geht der Rechner 3 zu
einem Schritt S11 über,
in dem er das nächste
Projektionsbild B selektiert. Sodann geht der Rechner 3 zum
Schritt S4 zurück.
Wenn hingegen bereits alle Projektionsbilder B bearbeitet sind,
ist das Verfahren von 4 beendet.
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Zur
Ausgestaltung des Schrittes S8 von 4 existieren
verschiedene Möglichkeiten.
Beispielsweise ist es möglich,
den Gefäßpixeln 10' einen festen
Datenwert zuzuweisen. Alternativ ist es beispielsweise möglich, die
Auswertungspixel 10'' farbcodiert
darzustellen und die Gefäßpixel 10' mit einem Grauwert
darzustellen. Bevorzugt ist jedoch eine einheitliche Darstellung,
da auch an den Orten der Gefäßpixel 10' eine Perfusion
vorliegt, auch wenn das Ausmaß dieser
Perfusion nicht ohne weiteres messbar ist.
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Zum
Erzielen einer möglichst
homogenen Darstellung wird vorzugsweise so vorgegangen, wie dies
nachfolgend in Verbindung mit 5 näher erläutert wird. 5 zeigt
hierbei eine mögliche
Ausgestaltung des Schrittes S8 von 4.
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Gemäß 5 selektiert
der Rechner 3 in einem Schritt S21 eines der Gefäßpixel 10'. In einem Schritt
S22 ermittelt der Rechner 3 diejenigen Auswertungspixel 10'', die in der Nähe des selektierten Gefäßpixels 10' sind. Beispielsweise
kann der Rechner 3 alle Auswertungspixel 10'' selektieren, deren Abstand a von
dem selektierten Gefäßpixel 10' kleiner als
ein Maximalabstand A ist. Alternativ kann der Rechner 3 beispielsweise
alle Auswertungspixel 10'' selektieren,
bei denen eine Verbindungslinie 16 von dem jeweiligen Auswertungspixel 10'' zu dem selektierten Gefäßpixel 10' ausschließlich Gefäßpixel 10' enthält. In diesem
Fall werden also diejenigen Auswertungspixel 10'' selektiert, welche an das abgebildete
Gefäßsystem 9 angrenzen.
Alternativ kann ein Teil der obenstehend erwähnten Auswertungspixel 10'' selektiert werden, beispielsweise
entlang der Gefäßgrenze
jedes fünfte
oder zehnte Auswertungspixel 10''.
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In
einem Schritt S23 ermittelt der Rechner 3 anhand der Pixeldatenwerte
der im Schritt S22 selektierten Auswertungspixel 10'' einen neuen Datenwert für das selektierte
Gefäßpixel 10'. Den neuen
Datenwert weist der Rechner 3 dem selektierten Gefäßpixel 10' zu und modifiziert
so dessen Pixeldatenwert. Beispielsweise kann der Rechner 3 dem
selektierten Gefäßpixel 10' den gewichteten
oder ungewichteten Mittelwert der Pixeldatenwerte der im Schritt
S22 selektierten Auswertungspixel 10'' zuweisen.
Im Falle einer gewichteten Mittelwertbildung gehen vorzugsweise
die Pixeldatenwerte von näher
am selektierten Gefäßpixel 10' liegenden Auswertungspixeln 10'' stärker ein als die Pixeldatenwerte
von vom selektierten Gefäßpixel 10' weiter entfernten
Auswertungspixeln 10''.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorgehensweise von 5 ist
weiterhin ein Schritt S24 vorgesehen. Der Schritt S24 ist nur optional.
Er kann gegebenenfalls entfallen. Wenn der Schritt S24 vorhanden
ist, fügt
der Rechner 3 dem jeweiligen modifizierten Pixeldatenwert
einen Rauschanteil hinzu. Der Rauschanteil ist selbstverständlich nicht
für alle Gefäßpixel 10' derselbe, sondern
variiert von Gefäßpixel 10' zu Gefäßpixel 10'.
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In
einem Schritt S25 prüft
der Rechner 3, ob er bereits allen Gefäßpixeln 10' einen modifizierten Pixeldatenwert
zugewiesen hat. Wenn dies nicht der Fall ist, geht der Rechner 3 zu
einem Schritt S26 über,
in dem er ein anderes Gefäßpixel 10' selektiert. Sodann
geht der Rechner 3 zum Schritt S22 zurück. Anderenfalls ist die Vorgehensweise
von 5 beendet.
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Ein
Maximalwert des Rauschanteils, der den Gefäßpixeln 10' gegebenenfalls
im Schritt S24 hinzugefügt
wird, kann nach Bedarf festgelegt sein. Beispielsweise kann der
Maximalwert dem Rechner 3 fest vorgegeben sein. Weiterhin
ist es möglich,
dass der Maximalwert dem Rechner 3 vom Bediener 15 vorgegeben
wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ermittelt der Rechner 3 den Maximalwert selbsttätig. Wenn
der Rechner 3 den Maximalwert selbsttätig ermittelt, geschieht dies
vorzugsweise so, wie dies nachfolgend in Verbindung mit 6 näher erläutert wird.
Ergänzend
ist hierbei erneut 3 hinzuzuziehen.
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Gemäß 6 sind
dem Schritt S21 von 5 Schritte S31 bis S33 vorgeordnet.
Im Schritt S31 wird ein Bereich 17 des jeweiligen Projektionsbildes
B festgelegt. Beispielsweise kann zu diesem Zweck eine entsprechende
Eingabe des Bedieners 15 erfolgen. Alternativ kann der
Rechner 3 beispielsweise den Bereich 17 selbsttätig dadurch
ermitteln, dass er verschiedene Bereiche 17 probehalber
definiert und jeweils die sich innerhalb des probeweise definierten
Bereichs 17 ergebende statistische Streuung der Pixeldatenwerte
der Pixel 10 ermittelt, die in diesem vorläufig definierten
Bereich 17 liegen. Der Rechner 3 kann sodann endgültig als
Bereich 17 denjenigen vorläufig definierten Bereich 17 bestimmen,
bei dem die Streuung minimal ist. In beiden Fällen sind die Pixeldatenwerte
der Pixel 10 in dem Bereich 17 des Projektionsbildes
B (im Wesentlichen) homogen.
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Im
Schritt S32 ermittelt der Rechner 3, soweit dies nicht
bereits im Rahmen des Schrittes S31 erfolgt ist, die statistische
Streuung, welche die Pixeldatenwerte der Pixel 10 in dem
im Schritt S31 festgelegten Bereichs 17 aufweisen. Im Schritt
S33 ermittelt der Rechner 3 anhand der statistischen Streuung
den Maximalwert des Rauschanteils. Beispielsweise kann er die statistische
Streuung mit einem vorbestimmten Faktor skalieren.
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Prinzipiell
ist das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren
mit allen Arten von Projektionsbildern B durchführbar. Vorzugsweise jedoch
handelt es sich bei den Projektionsbildern B um DSA-Bilder B.
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Die
vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist
mittels des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens
auch die Eliminierung von Gefäßen des
Gefäßsystems 9 möglich, die
relativ klein sind, so dass sie zwar im Volumendatensatz V segmentiert
werden können,
in den einzelnen Projektionsbildern B jedoch nicht mehr ohne weiteres
mit Sicherheit von perfundiertem Gewebe unterscheidbar sind.
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Die
obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
soll hingegen ausschließlich
durch die beigefügten
Ansprüche bestimmt
sein.