DE19615595A1 - Verfahren zum Betrieb eines digitalen Bildsystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines digi­ talen Bildsystems einer Diagnostikeinrichtung zur Bildverar­ beitung mit einer Einheit zur Erzeugung von Bildern, mit ei­ nem digitalen Bildwandler zur Erfassung von diagnostischen Bildern mit matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Bildpunkten und mit einer Wiedergabevorrichtung für die von dem digitalen Bildsystem verarbeiteten Bilder.

Digitale bildgebende Systeme, wie sie beispielsweise in der MedizintechnikVerwendung finden, liefern oftmals Bilder bei denen der Detailkontrast zu gering ist, so daß eine Ortsfre­ quenzfilterung zur Kantenbetonung sinnvoll sein kann. Bei an­ deren Problemstellungen in der Diagnostik wird auch ein un­ schärferes Bild für gewisse Fragestellungen in Betracht gezo­ gen.

In der DE 29 52 426 C ist ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung beschreiben, bei der durch Unsharp Mas­ king des Originalbildes und nachfolgender Arithmetik zwischen Originalbild und Unsharp Mask ein kantenbetontes (Hochpaß) oder unscharfes (Tiefpaß) Bild aus dem Originalbild erzeugt wird. Derartige Lösungen sind von einem bestimmten Medium, beispielsweise einem Speicherleuchtstoff abhängig und darauf­ hin parametriert.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine einheitliche Bildverarbeitung für die aSi-, CCD-Detektoren und Speicher­ folien für Digitale Lumineszens Radiographie (DLR) und Digi­ tale Fluoreszens Radiographie (DFR) ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bildverarbeitung des digitalen Bildsystems über definierte objektabhängige Parameter für jedes Bild durch Stellmittel individuell einstellbar ist. Durch eine einheitliche Bildver­ arbeitungsmethode für verschiedene Detektoren wird eine über zu definierte organabhängige Parameter bildindividuell adap­ tive Bildverarbeitung ermöglicht.

Die Bildverarbeitung läßt sich bei medizinischen Durchleuch­ tungsszenen sowie bei Multimedia Anwendungen vorteilhaft ein­ setzen, wenn die Bildverarbeitung des digitalen Bildsystems über eine Szene aufeinanderfolgender Bilder veränderlich ist.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Parameter zweidimensionale Kurven darstellen. Diese Kurven beliebiger Gestalt mit Kurvendominanten können zur Anpassung an ver­ schiedene Detektoren und Ausgabemedien erfindungsgemäß er­ stellt werden, wenn die Parameter über Setup-Prograiiune ein­ stellbar und somit an den Bildwandler sowie die Wiedergabe­ vorrichtung anpaßbar sind.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Parameter ma­ thematisch transformiert werden.

Erfindungsgemäß kann die Bildverarbeitung des digitalen Bild­ systems derart ausgebildet sein, daß sie nach dem Prinzip des Unsharp Masking und/oder selektiv erfolgt. Weiterhin kann sie eine Kantenbetonung bewirken oder ein organabhängiges Windo­ wing sein.

Als digitale Bildwandler zur Erfassung von diagnostischen Bildern eignen sich insbesondere aSi-Detektoren, aber auch CCD-Bildwandler und Speicherfoliensysteme.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Bildverarbei­ tung in Hardware realisiert ist oder die Bildverarbeitung ei­ nen Rechner aufweist, in dem die Bildverarbeitung in Software realisiert ist. Dabei kann die Bildverarbeitung des digitalen Bildsystems derart ausgebildet sein, daß ihre Kernalgorithmen softwaremäßig durch eine Formel-Optimierung laufzeitoptimiert sind.

Das Verfahren läßt sich vorteilhaft bei einer Röntgendiagno­ stikeinrichtung zur Erzeugung von Röntgenbildern, mit einem digitalen Röntgenbildwandler zur Erfassung der Röntgenbilder mit matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Bildpunk­ ten und mit einer Wiedergabevorrichtung für die von dem digi­ talen Bildsystem verarbeiteten Röntgenbilder einsetzen, wenn das digitale Bildsystem Stellmittel aufweist, durch die die Bildverarbeitung des digitalen Bildsystems über definierte organabhängige Parameter für jedes Röntgenbild individuell einstellbar ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Figur ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Hochspannungsgene­ rator 2 betrieben wird. Die Röntgenröhre 1 sendet ein Rönt­ genstrahlenbündel 3 aus, das einen Patienten 4 durchdringt und auf einen Röntgenbildwandler 5 entsprechend der Transpa­ renz des Patienten 4 geschwächt als Röntgenstrahlenbild fällt. Der Röntgenbildwandler 5 ist mit einem digitalen Bild­ system 6 und einer daran angeschlossenen Wiedergabevorrich­ tung, beispielsweise einem Monitor 7 zur Wiedergabe des Rönt­ genstrahlenbildes verbunden. Das digitale Bildsystem 6 kann in bekannter Weise eine Verarbeitungsschaltung, Wandler, Dif­ ferenzstufen, Bildspeicher und Bildrechner aufweisen.

Bei einer derartigen Röntgendiagnostikeinrichtung kann der Röntgenbildwandler 5 aus einer Photodioden-Matrix oder aus einem oder mehreren CCD-Bildsensoren bestehen, die mit einem Röntgenbildverstärker oder einer Szintillatorschicht aus ei­ nem gegenüber Röntgenstrahlen empfindlichen Leuchtstoff ge­ koppelt sind. Der Röntgenbildwandler 5 kann auch aus wasser­ stoffhaltigem amorphem Silizium (aSi:H) bestehen.

Als Wiedergabevorrichtungen können anstelle des Monitors 7 oder parallel zum Monitor 7 auch Laser-Imager oder Postscript-Printer wahlweise eingesetzt werden.

Um eine einheitliche Bildverarbeitung für die unterschiedli­ chen Detektoren und Wiedergabevorrichtungen sowie für unter­ schiedliche Anforderungen in der Digitalen Lumineszens Radio­ graphie (DLR) und Digitalen Fluoreszens Radiographie (DFR) zu ermöglichen, ist die Bildverarbeitung des digitalen Bildsy­ stems über zu definierende organabhängige Parameter bildindi­ viduell einstellbar. Dies kann durch mechanische Stellmittel, softwaremäßig durch Eingabe der Parameter über eine Tastatur 8 oder externe Rechner- oder Speichermittel erfolgen.

Im folgenden wird eine der möglichen Lösungen kurz beschrie­ ben:
In einer erste Phase wird die Eichung eines Detektors für die Bildverarbeitung einmal ausgeführt. Sie ist nicht Bestandteil der ONLINE-Bildverarbeitung.

Als Ziel wird mit einem Setup-Programm ein Kurventyp gene­ riert, wobei die Kurve aus nichtäquidistanten Stützstellen in den Dimensionen x und y beschrieben wird. Darüberhinaus wird der Eingangs(x)- und Ausgangs (y) Wertebereich angegeben, um verschiedenen Eingangsmedien (Detektoren) und Ausgangsmedien (Printer, Monitor, Laser-Imager) individuell für jeden Kur­ ventyp gerecht zu werden.

Diese Kurven können dann mit der Information über die Pixel­ tiefe der digital gewandelten Bilder in digitale Pixelwerte konzertiert werden, um so schneller digital verarbeitbar zu sein. Die Kurventypen werden dann numeriert und können so in­ nerhalb ihrer semantischen Kategorie (z. B. Kontrastkurve) einem bestimmten Organ zugeordnet werden (z. B. Kopf) und des­ weiteren mit einem Ausgabemedium, beispielsweise dem Monitor 7 in Verbindung gebracht werden.

Als Eingangssignal werden dem Bildsystem originäre, geeichte, nicht äquidistante Kurventypen mit xy-Werte des Domains (F1n . . . F4n) des Detektors d, bzw. andere Domains wie Sequencing s bei Szenen zugeführt, das daraus als Ausgangssignal äquiva­ lente äquidistante detektortypische Kurventypen in der Pixel-Domain aus der digitalen Pixeltiefe des Detektors, bzw. ande­ rer Domains f1n . . . f4n gewinnt.

In einer zweiten Phase der ONLINE-Bildverarbeitung erfolgt eine Auswahl der geräte-, organ- und szenenabhängigen Kurven­ typen. Hierzu wird der Detektortyp d, der Kurventyp k und die Szenennummer s eingegeben.

Output-
Set f1 . . . f4 der Kurventypen wie in Phase 1 beschrieben.

In der dritten Phase erfolgt als ONLINE-Bildverarbeitung das Unsharp Masking, bei dem das Originalbild O des Detektors ei­ ner Tiefpaß-Filterung unterzogen wird
Input:.
Originalbild O vom Detektor und Parameter p0 (PixeL-xdim des Filterkernels), p1 (Pixel-ydim des Filterkernels), sowie Pa­ rameter p2 (Typ des Filterkernels (Rechteck, Dreieck,Gauss).

Als Ausgangssignal erhält man ein unscharfes, nach folgender Formel bearbeitetes Bild:

Unsharp Mask U = O(p0,p1,p2).

In der vierten Phase kann optional als ONLINE-Bildverarbei­ tung eine Kantenmanipulation mit dem Ziel erfolgen, das Un­ scharfe Bild U zur Kantenanhebung oder Kantenabschwächung mit der Original O arithmetisch, über Kurven f1 und f2 gesteuert, wie folgt zu verknüpfen.
E = (f1(p3,p4,p5) [O]<op1< ((f3(s)<op2< f2(p6,p7,p8,p9))<op2< (O<cp3<U)))

Als Eingangssignal wird der Bildverarbeitung das Originalbild O, Unsharp Mask U, <op1<=[+|-), <op2<=*, <op3<=[+|-], Origi­ nal-Manipulationsfunktion f1, Kanten-Manipulationsfunktion f2, Szenen-Manipulationsfunktion f3, Szenennummer s, Trans­ formations-Parameter (p3,p4,p5) für f1 und (p6,p7,p8,p9) für f2 zugeführt, die daraus ein kantenmanipuliertes Bild E be­ stimmt.

In der fünften Phase kann optional als ONLINE-Bildverarbei­ tung ein Windowing für ein Output Medium erfolgen. Zur Gewin­ nung eines Ausgabemedium abhängig gefensterten Bildes W wird das kantenmanipulierte Bild E über Kurve f3 gesteuert:

W = (f4(p10,p11,p12) [E]

Dem Eingang des digitalen Bildsystems wird hierzu ein kanten­ manipuliertes Bild E, die Ausgabemedium-Window-Funktion f4 und die Transformations-Parameter (p10,p11,p12) für f4 zuge­ führt, so daß man ein gefenstertes kantenmanipuliertes Bild E erhält.

In einer sechsten Phase wird die Lookup-Table (LUT) des Aus­ gabemediums (keine Bildverarbeitung) mit center=2**Pixeltiefe Detektor/2 und width=Pixeltiefe des Detektors eingestellt.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren läßt sich

• a) eine einheitliche Bildverarbeitungsmethode für die Detek­ toren aSi,CCD,Speicherfolien für DLR und DFR ermöglichen,
• b) die Bildverarbeitung über zu definierte Organabhängige Parameter bildindividuell adaptiv anpassen,
• c) die Bildverarbeitung über eine Szene variabel gestalten, so daß sie für Multimedia Anwendungen einsetzbar ist,
• d) die Parameterschar durch zweidimensionale Kurven darstel­ len,
• e) die Generierung der zweidimensionalen Kurven beliebiger Gestalt über Setup-Programme komfortabel erstellen (Kurvendominante), um somit auf die zitierten Detektoren und auf verschiedene Ausgabemedien adaptieren zu können (MonitorLaser-ImagerPostscript-Printer). Diese Kurven können jeweils über Parameter mathematisch transformiert werden.
• f) eine Formel-Optimierung der Kernalgorithmen softwaremäßig durchführen, so daß sie laufzeitoptimiert sind und sich auch in Hardware realisieren lassen,
• g) das Prinzip des Unsharp Masking in Zusammenhang mit aSi- Detektoren bei der Bildverarbeitung verwenden,
• h) der Algorithmus selektiv sowohl zur reinen Kantenbetonung als auch zum reinen organabhängigen Windowing oder beides gleichzeitig einsetzen, und
• i) der Algorithmus ganz bzw. teilweise in Hardware, ebenso wie als reine Software-Lösung realisieren.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb eines digitalen Bildsystems (6) einer Diagnostikeinrichtung zur Bildverarbeitung mit einer Einheit (1, 2) zur Erzeugung von Bildern, mit einem digitalen Bildwandler (5) zur Erfassung der Bilder mit matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Bildpunkten und mit einer Wiedergabevorrichtung (7) für die von dem digitalen Bildsy­ stem (6) verarbeiteten Bilder, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bildverarbeitung des di­ gitalen Bildsystems (6) über definierte objektabhängige Para­ meter für jedes Bild durch Stellmittel (8) individuell ein­ stellbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bildverarbeitung des di­ gitalen Bildsystems (6) über eine Szene aufeinanderfolgender Bilder veränderlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Parameter zweidimensio­ nale Kurven darstellen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Parame­ ter über Setup-Programme einstellbar und somit an den Bild­ wandler (5) sowie die Wiedergabevorrichtung (7) anpaßbar sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Parame­ ter mathematisch transformiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bild­ verarbeitung des digitalen Bildsystems (6) derart ausgebildet ist, daß sie nach dem Prinzip des Unsharp Masking erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bild­ verarbeitung des digitalen Bildsystems (6) derart ausgebildet ist, daß sie selektiv erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bild­ verarbeitung des digitalen Bildsystems (6) derart ausgebildet ist, daß sie eine Kantenbetonung bewirkt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bild­ verarbeitung des digitalen Bildsystems (6) derart ausgebildet ist, daß sie eine organabhängige Windowing ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß als digita­ le Bildwandler (5) zur Erfassung von diagnostischen Bildern aSi-Detektoren Verwendung finden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bild­ verarbeitung in Hardware realisiert ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bild­ verarbeitung einen Rechner aufweist, in dem die Bildverarbei­ tung in Software realisiert ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bild­ verarbeitung des digitalen Bildsystems derart ausgebildet ist, daß ihre Kernalgorithmen softwaremäßig durch eine For­ mel-Optimierung laufzeitoptimiert sind.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Röntgendiagnostikeinrich­ tung (1, 2) zur Erzeugung von Röntgenbildern, mit einem digi­ talen Röntgenbildwandler (5) zur Erfassung der Röntgenbilder mit matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Bildpunk­ ten und mit einer Wiedergabevorrichtung (7) für die von dem digitalen Bildsystem (6) verarbeiteten Röntgenbilder, da­ durch gekennzeichnet, daß das digita­ le Bildsystem (6) Stellmittel aufweist, durch die die Bild­ verarbeitung des digitalen Bildsystems (6) über definierte organabhängige Parameter für jedes Röntgenbild individuell einstellbar ist.