DE4033716A1 - Verfahren zur dynamikkompression in roentgenaufnahmen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur dynamikkompression in roentgenaufnahmen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamikkompression
in einer Röntgenaufnahme, deren Bildpunkten
digitale Eingangs-Bildwerte zugeordnet sind, sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die in einer Röntgenaufnahme abgebildeten Bereiche eines
Objekts weisen häufig sehr große Dichteunterschiede auf.
Bei einer Lungenaufnahme beispielsweise besitzen die
Wirbelsäule und das Herz für die Röntgenstrahlung eine
wesentlich höhere Dichte als das Lungengewebe, d. h. sie
absorbieren die Röntgenstrahlung wesentlich stärker.
Diese Dichteunterschiede im Objekt führen in dem vom Röntgenbilddetektor
umzusetzenden Röntgenstrahlenrelief zu
Intensitätsunterschieden bis zu einem Faktor 10 000.
Konventionelle Röntgenfilme können einen solchen Dynamikumfang
nicht ohne Verlust an lokalen Kontrasten verarbeiten.
Da sich das Interesse aber meist auf einen bestimmten
Dynamikbereich beschränkt, bei Lungenaufnahmen
beispielsweise auf das relativ schwach absorbierende Lungengewebe,
werden die Filme konventionell so belichtet und
entwickelt, daß dieser Dynamikteilbereich die Filmdynamik
voll ausschöpft. Die anderen Dynamikbereiche werden auf
dem Film über- oder unterbelichtet wiedergegeben, so daß
die dort vorhandenen Feinkontraste verlorengehen.
Modernere Bilddetektoren haben einen weitaus größeren
Dynamikumfang, so daß damit auch in den mit einem konventionellen
Film nicht erfaßbaren Dynamik-Randbereichen noch
bildmäßig verwertbare Daten geliefert werden können. Dazu
gehören beispielsweise Photoleiterschichten, vorzugsweise
mit Selen, die das Röntgenstrahlenrelief in ein elektrisches
Ladungsmuster umsetzen, das mittels eines Ladungsensors
abgetastet und Bildpunkt für Bildpunkt in digitale
Eingangs-Bildwerte umgesetzt werden kann. Einen vergleichbaren
Dynamikumfang haben auch mit Speicherphosphoren
beschichtete Platten, die das Röntgenstrahlenrelief latent
speichern und die bei Bestrahlung mit einem Laserstrahl
Fluoreszenzlicht erzeugen, das der Intensität der Röntgenstrahlung
bei der Aufnahme proportional ist. Mittels eines
optischen Sensors kann das Fluoreszenzlicht in ein elektrisches
Signal umgesetzt werden, das anschließend digitalisiert
wird.
Führt man indes die auf diese Weise gewonnenen, den
gesamten Dynamikbereich des Objekts erfassenden Eingangs-
Bildwert ohne weitere Verarbeitung einer Wiedergabeeinheit
zu, die daraus ein sichtbares Bild erzeugt, dann geht
ein großer Teil der noch in den Eingangs-Bildwerten enthaltenen
Information verloren, wenn ein Bildcharakter
erreicht werden soll, der dem Charakter einer "konventionellen"
Röntgenaufnahme entspricht. Man kann diese Informationsverluste
in den für die Diagnose weniger relevanten
Bereichen zwar vermeiden, indem man die Kontraste in allen
Bildbereichen reduziert, jedoch ergibt sich durch diese
auch in dem für die Diagnose wichtigen Dichtebereich wirksame
Kontrastverringerung ein von einer konventionellen
Aufnahme abweichender Bildcharakter; die meisten Ärzte
lehnen solchen kontrastarmen ("flauen") Bilder ab.
Aus der EP-A 1 58 382 ist ein Verfahren bekannt, bei dem
die Röntgenstrahlung vor dem Durchsetzen des Untersuchungsbereichs
durch steuerbare Dämpfungselemente so
variiert wird, daß die Intensitätsunterschiede hinter dem
Untersuchungsbereich und vor dem Bilddetektor weitgehend
ausgeglichen sind. In diesem Fall kann auch mit einem
konventionellen Röntgenfilm eine Röntgenaufname erhalten
werden, die (im mittleren Dichtebereich) einerseits den
Charakter einer konventionellen Röntgenaufnahme bewahrt,
andererseits aber in den helleren und in den dunkleren
Bildpartien noch die Wiedergabe von Feinkontrasten ermöglicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß vergleichbare
Ergebnisse erreicht werden können, ohne die
Strahlungsintensität ortsabhängig zu variieren; die
Eingangs-Bildwerte der Röntgenaufnahme haben dabei also
ihren durch die Dichteunterschiede des Aufnahmeobjekts
vorgegebenen Dynamikumfang.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus
den Eingangs-Bildwerten Tiefpaß-Bildwerte gebildet werden,
und daß für jeden Bildpunkt durch Überlagerung des
zugehörigen Eingangs-Bildwerts und eines vom zugehörigen
Tiefpaßbildwert abhängigen Ausgleichswerts ein Ausgangs-
Bildwert derart gebildet wird, daß der Ausgangs-Bildwert
bei kleinen Tiefpaß-Bildwerten größer oder bei großen
Tiefpaß-Bildwerten kleiner ist als der Eingangs-Bildwert.
Die Tiefpaß-Bildwerte unterscheiden sich von den
Eingangs-Bildwerten dadurch, daß die in der Röntgenaufnahme
enthaltene Bildinformation von feinen Strukturen
eliminiert ist, d. h., daß Komponenten mit hoher Raumfrequenz
unterdrückt sind. Durch Überlagerung eines vom
jeweiligen Tiefpaß-Bildwert abhängigen Ausgleichswerts
wird erreicht, daß die Dynamik der großflächigen, eine
niedrige Raumfrequenz aufweisenden (Grob-)Strukturen
erheblich eingeschränkt wird. Führt man die Ausgangs-Bildwerte
einer Wiedergabeeinheit (beispielsweise einem
Laser-Imager) zu, deren Übertragungskennlinie so eingestellt
ist, daß sich bei Verarbeitung der Eingangs-Bildwerte
ein konventioneller Aufnahmecharakter ergeben würde,
dann wird bei geeignetem Verlauf der Ausgleichswerte in
dem für die Diagnose relevanten Dichtebereich ebenfalls
der Charakter einer konventionellen Aufnahme erhalten,
während in dem bzw. den anderen Dichtebereich(en) bei
reduziertem Grobkontrast die Feinstrukturen erhalten
bleiben. Die hellen Bereiche im Eingangsbild, die zu einer
Blendung des Betrachters führen können, werden im so
erzeugten Ausgangsbild in Bereiche von nahezu mittlerer
Schwärzung überführt, in denen Feinkontraste besser
erkennbar sind. Die Erfindung ist nicht nur auf Eingangsbilder
der oben genannten modernen Bilddetektoren anwendbar,
sondern auch auf Röntgenaufnahmen, die auf andere
Weise erzeugt werden, beispielsweise mit einer
Bildverstärker-Fernsehkette.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß aus der
DE-PS 29 52 422 bereits ein Verfahren bekannt ist, bei dem
aus den digitalen Eingangs-Bildwerten einer Röntgenaufname
Tiefpaß-Bildwerte gebildet werden. Diese Tiefpaß-Bildwerte
werden von den Eingangs-Bildwerten subtrahiert, so
daß als Differenz ein Hochpaßbild entsteht. Dieses
Hochpaßbild wird zu dem Originalbild - gegebenenfalls nach
einer Multiplikation mit einem Faktor, der größer ist als
1 - addiert. Der Effekt dieses sogenannten "Unsharp
Masking-Verfahrens" ist eine Kantenanhebung; eine
Dynamikreduktion wird damit weder angestrebt noch
erreicht.
Die eingangs erwähnten Selen- oder Speicherphosphorschichten,
mit deren Hilfe man eine Röntgenaufnahme in digitale
elektrische Signale umsetzen kann, haben die Eigenschaft,
daß die davon erzeugten Bildsignale linear von der Intensität
der Röntgenstrahlung an den verschiedenen Bildpunkten
abhängen. Eine für derartige Detektoren geeignete Weiterbildung
der Erfindung sieht vor, daß die Eingangs-Bildwerte
aus den Bildsignalen durch eine logarithmische
Transformation abgeleitet werden. Die aus den von der
Intensität linear abhängigen Bildsignale durch die
logarithmische Transformation abgeleiteten Eingangs-Bildwerte
hängen in guter Näherung linear von der Dichte des
Objekts in dem betreffenden Bildpunkt ab. Für in dieser
Weise von der Dichte abhängige Eingangs-Bildwerte liefert
das erfindungsgemäße Verfahren bessere Resultate als für
Eingangsbildwerte, die linear von der Intensität abhängen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist
gekennzeichnet durch folgende Komponenten
- a) einen Bilddetektor zur Umsetzung der ortsabhängigen Strahlungsintensität einer Röntgenaufnahme in ein elektrisches Signal
- b) Mittel zum Ableiten der Eingangs-Bildwerte aus dem Signal,
- c) eine Speicheranordnung, deren Speicherkapazität größer ist als zur Speicherung einer Röntgenaufnahme erforderlich,
- d) Mittel zur Erzeugung von Tiefpaß-Bildwerten aus den Eingangs-Bildwerten,
- e) Mittel zum Ableiten von Ausgleichs-Bildwerten aus den Tiefpaß-Bildwerten,
- f) Mittel zum Überlagern der Ausgleichs-Bildwerte und der Eingangs-Bildwerte zur Gewinnung von Ausgangs- Bildwerten,
- g) eine die Röntgenaufnahme entsprechend den Ausgangs- Bildwerten wiedergebenden Wiedergabeeinheit.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens und
Fig. 2 die zeitliche Folge der bei der Bildverarbeitung
durchgeführten Operationen,
Fig. 3 den Ablauf der Dynamikkompression,
Fig. 4 verschiedene Kurven, die geeignete Verläufe des
Ausgleichs-Bildwerts in Abhängigkeit von dem Tiefpaß-
Bildwert zeigen.
Gemäß Fig. 1 emittiert ein Röntgenstrahler ein Röntgenstrahlenbündel
2, das einen Patienten 3 durchsetzt. Das
dabei hinter dem Patienten entstehende Röntgenstrahlenrelief
wird von einem Bilddetektor 4, 5 in ein elektrisches
Signal umgesetzt, dessen zeitlicher Verlauf dem räumlichen
Verlauf der Röntgenstrahlung hinter dem Objekt entspricht.
Der Bilddetektor kann z. B. eine zylinderförmige Trommel 4
umfassen, die um eine Achse 40 drehbar ist und mit einem
Photoleiter - vorzugsweise Selen - beschichtet ist. Das
Röntgenstrahlenbündel 2 muß dann die Form eines Strahlenfächers
haben, in dessen Ebene sich die Drehachse 40
befindet. Während einer Röntgenaufnahme dreht sich einerseits
die Trommel um die Achse 40 und wird andererseits
das fächerförmige Strahlenbündel 2 relativ zum Patienten 3
bewegt, so daß im Laufe einer Röntgenaufnahme ein zweidimensionaler
Bereich des Patienten auf der Trommeloberfläche
abgebildet wird. Durch die Röntgenstrahlung wird
auf der Trommel 4 ein Ladungsmuster erzeugt, das mit Hilfe
eines geeigneten Sensors 5, der parallel zur Drehachse 40
verschiebbar angeordnet ist, in ein elektrisches Signal
umgesetzt wird. Bezüglich weiterer Einzelheiten dieses
Bilddetektors wird auf die EP-PS 2 19 897 verwiesen.
Es können auch andere Bilddetektoren verwendet werden.
Wesentlich ist nur, daß der Bilddetektor ein elektrisches
Signal (oder mehrere elektrische Signale) liefert, dessen
bzw. deren zeitlicher Verlauf von dem räumlichen Verlauf
der Intensität der Röntgenstrahlung hinter dem Objekt in
irgendeiner Weise abhängt.
Das Ausgangssignal des Sensors 5 wird einem Verstärker 6
zugeführt und danach in einem Analog-Digital-Wandler 7 in
eine Folge von z. B. 16 Bit breiten Datenworten umgesetzt.
Diese Daten werden einem Bildprozessor 8 zugeführt, der
einen Bildverarbeitungsrechner 80 umfassen kann, der mit
einem Halbleiterspeicher 81 zusammenwirkt, dessen
Speicherkapazität größer ist als zur Aufnahme einer Röntgenaufnahme
erforderlich. Der Bildprozessor 8 führt eine
Reihe von Verarbeitungsschritten durch, u. a. eine Dynamikkompression
der vom Analog-Digital-Wandler gelieferten
Signale. Dadurch wird es möglich, die Röntgenaufnahme auf
einer Wiedergabeeinheit 9 auszugeben, ohne daß die Feinkontraste
in den dunklen oder hellen Bildpartien verlorengehen.
Die Wiedergabeeinheit kann durch einen Monitor
gebildet werden oder durch einen Laser-Imager, der aus den
Ausgangssignalen des Bildprozessors ein Filmbild erzeugt.
In Fig. 2 ist die zeitliche Folge von verschiedenen Bildverarbeitungsschritten
im Bildprozessor 8 dargestellt.
Nach der Analog-Digital-Wandlung wird zunächst ein
Bildkorrekturverfahren (Block 81) durchgeführt, das dazu
dient, detektorspezifische Fehler zu beseitigen. Solche
Fehler können dadurch bedingt sein, daß schon während der
Abtastung der Ladung auf der Oberfläche der Selentrommel
durch den Sensor 5 eine Selbstentladung stattfindet. Wenn
der Sensor mehrere Elemente enthält, die gleichzeitig und
an verschiedenen Stellen die Trommeloberfläche abtasten,
können durch Empfindlichkeitsunterschiede und Empfindlichkeitsschwankungen
weitere Fehler entstehen. Korrekturverfahren
für derartige Bildfehler sind an sich bekannt, so
daß darauf nicht näher eingegangen werden muß. Bei Verwendung
anderer Bilddetektoren müssen andere Korrekturverfahren
eingesetzt werden. Das Ergebnis dieser Korrekturverfahren
ist ein Datensatz S, der im Idealfall von sämtlichen
Detektorfehlern befreit ist.
Anschließend werden die so gewonnenen Bilddaten einer
Dynamikkompression unterzogen (Block 82), worauf noch in
Verbindung mit Fig. 3 näher eingegangen wird. Die in
dieser Weise in ihrer Dynamik komprimierten Bilddaten A
können dann noch weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen
werden (Block 83), beispielsweise einem Kantenanhebungsverfahren
bzw. einer Anpassung an die Wiedergabeeinheit
9.
Die durch den Block 82 repräsentierte Verarbeitung enthält
gemäß Fig. 3 zunächst eine logarithmische Transformation
(Block 821), durch die die korrigierten Bilddaten S, die
linear von der Intensität der Röntgenstrahlen abhängen, in
Daten E transformiert werden, die zumindest näherungsweise
linear von der Dichte des Objekts an den verschiedenen
Bildpunkten abhängen. Diese Transformation kann entfallen,
wenn der Bilddetektor von sich aus bereits Daten liefert,
die linear mit der Dichte zusammenhängen.
Die logarithmische Transformation erfolgt entsprechend der
Beziehung
E = Emax * log (Smax/S)/log (Smax) (1)
Dabei ist Smax der größt mögliche vom Bilddetektor gelieferte
Wert, beispielsweise 30 000. Emax entspricht dem
größtmöglichen Wert im Dichtebild und wird auf eine sehr
große, im Rechner noch darstellbare ganze Zahl gesetzt,
z. B. 32 000. Gemäß Gleichung 1 ergibt sich für S=Smax der
Wert E=0 und für den kleinsten Wert S=1 der Wert E=Emax.
Bei dieser Wahl der Transformationsparameter findet also
keine Dynamikkompression statt. Zweckmäßigerweise wird die
logarithmische Transformation mit Hilfe eines Tabellenspeichers
(lookup-table) durchgeführt, der die Bilddaten S
als Adressen interpretiert, unter denen die Werte E gemäß
Gleichung 1 gespeichert sind. Die aus den Werten S durch
logarithmische Transformation erzeugten Werte werden nachfolgend
als Eingangs-Bildwerte bezeichnet. Diese Bildwerte
können, wie durch einen Pfeil angedeutet, einem externen
Speicher, z. B. einem Diskettenspeicher, zugeführt werden.
- Grundsätzlich kann die logarithmische Transformation
aber auch erfolgen, bevor die digitalen Bilddaten S
erzeugt werden, also im analogen Bereich. Dazu kann ein
logarithmischer Verstärker dienen; der Block 821 kann dann
entfallen.
Als nächster Schritt erfolgt eine Tiefpaßfilterung
(Block 822). Dabei wird in bekannter Weise die Summe der
Eingangs-Bildwerte E gebildet, die den Bildpunkten zugeordnet
ist, die in einem vorzugsweise quadratischen Teilbereich
der Röntgenaufnahme, dem Kernel, liegen. Die so
gebildete Summe wird durch die Zahl der Bildwerte in dem
Kernel dividiert und dem Bildpunkt in der Mitte des
Kernels als Tiefpaß-Bildwert L zugeordnet. Dieser stellt
somit das arithmetische Mittel der Bildwerte in dem Kernel
um den Bildpunkt dar. Das Verfahren wird für andere Bildpunkte
wiederholt, wobei sich in bekannter Weise der
Tiefpaß-Bildwert für einen in Zeilenrichtung benachbarten
Bildpunkt dadurch ergibt, daß zu dem Kernel auf der einen
Seite eine Spalte von Bildpunkten hinzugenommen und auf
der anderen Seite eine Spalte von Bildpunkten weggenommen
wird. Die Größe des Kernels sollte dabei deutlich größer
sein als die für die medizinische Diagnose relevanten
Feinstrukturen und z. B. einer Fläche von 3×3 cm
entsprechen.
Für jeden Bildpunkt unterscheidet sich der Eingangs-Bildwert
E von dem so gebildeten Tiefpaß-Bildwert L durch
einen Wert H, der von der Intensitätsverteilung der
Röntgenaufnahme in dem betreffenden Bildpunkt und seiner
Umgebund abhängig ist, so daß die Beziehung gilt
E = L + H (2)
Der Wert H repräsentiert die höhere Ortsfrequenzkomponente
des Eingangsbildwerts E, bzw. aus den Werten H aller
Bildpunkte würde sich ein nur die Feinstrukturen
enthaltendes Hochpaßbild ergeben.
Anschließend erfolgt eine Operation (Blöcke 823 . . . 825),
durch die die Dynamik lediglich des Tiefpaßbilds zumindest
in Teilbereichen komprimiert wird. Dabei wird für
jeden Bildpunkt ein vom Tiefpaß-Bildwert L abhängiger Ausgleichswert
C ermittelt und dem Eingangs-Bildwert E überlagert,
wobei die Ausgleichswerte so gewählt werden
sollen, daß in dem Ausgangsbild die Dynamik der großflächigen
Strukturen in dem für die Diagnose wichtigen
Bereich möglichst wenig beeinflußt werden, während sie in
den anderen Dichtebereichen, die für die Diagnosen nur von
sekundärem Interesse sind, komprimiert wird. Zur Erläuterung
sei auf Fig. 4 verweisen, die die Abhängigkeit der
Ausgleichswerte C von den Tiefpaß-Bildwerten L darstellt,
wobei der Abbildungsmaßstab für die C-Werte doppelt so
groß ist wie für die L-Werte.
Es sei angenommen, daß z. B. für Lungenaufnahmen der für
die Diagnose relevante Dichtebereich zwischen den Werten
L1 und L2 liegt. Diese Werte können durch eine
Histogramm-Analyse verschiedener Lungenaufnahmen ermittelt
werden und betragen z. B. L1=5000 und L2=10 000. In
dem Dichtebereich zwischen L1 und L2 soll möglichst keine
Kompression erfolgen. Dies wird dadurch erreicht, daß für
diesen für die Diagnose primär interessierenden Bereich
die Ausgleichswerte C=0 gesetzt werden.
Unterhalb des unteren Grenzwerts L1 soll der Wert C
positiv sein (falls die Ausgangs-Bildwerte durch Addition
von E und C erfolgt). Die Ausgleichswerte sollen dort um so
größer sein, je größer die Differenz zwischen der unteren
Grenze L1 und dem jeweiligen Wert L ist. Jedoch darf die
Differenz L1-L nicht kleiner sein als der zu L gehörige
Wert C, damit nicht die Dichteverhältnisse invertiert
werden. Die in den Punkt L1 einmündende, mit ausgezogener
Linie dargestellte Kurve gibt eine geeignete Abhängigkeit
des Werts C von dem Wert L an. Sie läßt sich durch die
Gleichung beschreiben:
C = x1 * L1 * ((L1 - L)/L1)y1 (3)
x1 ist dabei ein Faktor, der nicht größer sein sollte als
1, während y1 ein Exponent ist, der nicht kleiner sein
sollte als 1. Dem dargestellten Kurvenverlauf liegen die
Werte x1=0,5 und y1=1,2 zugrunde.
Für die Tiefpaß-Bildwerte L, die größer sind als L2, muß C
negativ sein, um in diesem Dichtebereich eine Dynamikkompression
zu erreichen. Auch in diesem Bereich soll die
Kurve einen streng monotonen (fallenden) Verlauf haben,
und die Differenz zwischen L und L2 darf nicht kleiner
sein als der dem jeweiligen Wert von L zugeordnete Wert
von C. Die bei L=L2 beginnende ausgezogene Linie genügt
der Beziehung
C = x2 * (L2 - Emax) * ((L - L2)/(Emax - L2))y2 (4)
Auch hier soll x2 nicht größer als 1 sein und y2 nicht
kleiner als 1. Der in Fig. 4 dargestellten Kurve liegen
die Werte x2=0,5 und y2=1,2 zugrunde.
Vorstehend wurde angenommen, daß für jede Lungenaufnahme
die fest vorgegebenen Werte L1 und L2 den für die Diagnose
wesentlichen Dichtebereich definieren. Diese Annahme gilt
aber nur für in gleicher Weise belichtete Lungenaufnahmen,
wie sie mittels eines Belichtungsautomaten hergestellt
werden.
Jedoch kann man auch unterschiedlich belichtete Lungenaufnahmen
verwenden, wenn die Werte L1 und L2 an die jeweilige
Belichtung angepaßt werden. Da eine Änderung der
Dosis bei einer Lungenaufnahme lediglich bewirkt, daß sich
sämtliche Dichtewerte der Aufnahme um jeweils den gleichen
Betrag ändern, muß den vorgegebenen Werten von L1 und L2
zur Anpassung lediglich dieser Betrag überlagert werden,
so daß die Differenz zwischen L1 und L2 sich auch nach
dieser Anpassung nicht ändert; jedoch kann man L1 und L2
auch unverändert lassen und statt dessen den Betrag mit
umgekehrtem Vorzeichen dem Tiefpaßbildwert überlagern. Der
Betrag, der dabei zur Anpassung an die unterschiedlichen
Belichtungen bzw. unterschiedlichen Patientendicken
addiert oder subtrahiert werden muß, läßt sich leicht
durch Analyse eines Histogramms ermitteln, das die
Häufigkeit der verschiedenen Dichtewerte an den
Bildpunkten der betreffenden Aufnahme repräsentiert. In
der Praxis bedeutet eine solche Histogrammanalyse keinen
zusätzlichen Aufwand, da sie in der Regel aus anderen
Gründen ohnehin erforderlich ist, beispielsweise zur
Anpassung der Bildwerte an die Übertragungskennlinien der
Bildwiedergabeeinheit.
Wenn in den Gleichungen (3) und (4) y1=y2=1 gewählt wird,
ergeben sich die durch die gestrichelten Linien
dargestellten Kurven, bei der der Verlauf von C durch drei
Geradenstücke gebildet wird. Ein gewisser Nachteil dabei
sind die beiden Knicks in der Kurve bei L1 und L2. Wie
durch eine strichpunktierte Linie angedeutet, kann ein
geeigneter Verlauf von C auch durch die Mitte
(bei L0) des für die Diagnose wichtigen Bereichs
verlaufende Geraden mit negativer Steigung erzielt
werden. Diese Gerade ergibt sich, wenn in den Gleichungen
(3) und (4) x1=x2=0,5; y1=y2=1 und L1=L2=L0 gesetzt wird.
Daraus resultiert die Gleichung
C = x * (Lo - L) (5)
wobei beispielsweise x=0,5 ist. Hierbei ergibt sich zwar
auch in dem für die Diagnose relevanten Dichtebereich
zwischen L1 und L2 eine Beeinflussung der Grobkontraste,
doch ist diese verhältnismäßig gering.
Die beschriebene Abhängigkeit des Ausgleichswerts führt
nach einer Überlagerung mit dem Eingangs-Bildwert gemäß
der Beziehung
A = E + C (6)
zu einem aus den Ausgangs-Bildwerten gebildeten Ausgangsbild,
das für Lungenaufnahmen optimal ist. Das für die
Diagnose relevante Lungengewebe wird dabei mit den von
konventionellen Aufnahmen gewohnten Grob- und Feinkontrasten
wiedergegeben. Hingegen werden in den helleren und
dunkleren Bildpartien die großflächigen Grobkontraste
verringert, während die Feinkontraste (H) im Ausgangsbild
auch in diesen Bereich erhalten bleiben. Dies erklärt
dadurch, daß der Ausgangsbildwert A durch eine Summation
aus dem Eingangs-Bildwert E gebildet wird, der gemäß
Gleichung 2 die Komponente H enthält, die die Feinstrukturen
repräsentiert.
Die in Fig. 4 dargestellte Abhängigkeit des Ausgleichswerts
C vom Tiefpaß-Bildwert L ist jedoch nicht für alle
Röntgenaufnahmen in gleicher Weise geeignet. Bei Knochenaufnahmen
beispielsweise sind die Bereiche hoher Dichte
von besonderer diagnostischer Relevanz, während die
Bereiche niedrigerer Dichte von geringerer diagnostischer
Bedeutung sind. Hier muß die Dynamikkompression in dem
niedrigeren Dichtebereich erfolgen, während der höhere
Dichtebereich unverändert bleiben soll. Zu diesem Zweck
muß C zu niedrigeren Dichtewerten hin zunehmen (ähnlich
wie der linke, ausgezogene Kurventeil in Fig. 4, jedoch
bei einem höheren Dichtewert beginnend), während C in
Bereichen hoher Dichte sich nicht wesentlich ändern und -
damit der konventionelle Bilcharakter erhalten bleibt -
möglichst gleich Null sein soll.
Es ist somit erforderlich, für die Aufnahme unterschiedlicher
Organe unterschiedliche Abhängigkeiten der
Ausgleichswerte von den Tiefpaß-Bildwerten vorzusehen. In
allen Fällen hat aber C als Funktion von L einen monotonen
Verlauf, und zwar einen monoton fallenden, wenn nach
Gleichung (6) E und C addiert werden und einen monotonen
steigenden, falls statt dessen C von E subtrahiert wird.
Zur Durchführung der Dynamikkompression wird - vergl.
Block 823 in Fig. 3 - der zu dem jeweiligen Tiefpaß-Bildwert
gehörende Ausgleichswert C bestimmt. Am einfachsten
erfolgt dies mittels eines Tabellenspeichers, in dem für
jede Eingangsadresse - gebildet durch die Tiefpaß-
Bildwerte L - ein zugeordneter Ausgleichs-Bildwert C gespeichert
ist. Da für die Röntgenaufnahmen von verschiedenen
Organen und ggf. auch für unterschiedlich belichtete
bzw. von unterschiedlich dicken Patienten erstellte
Aufnahme des gleichen Organs verschiedene Abhängigkeiten
des Werts C von L vorhanden sein müssen, muß der für das
jeweils aufgenommene Organ zutreffende Verlauf von C zuvor
aus einem Speicher geladen werden - ggf. nach vorheriger
Berechnung (Block 824).
Anschließend werden zur Bildung von Ausgangs-Bildwerten
für jeden Bildpunkt der Eingangs-Bildwert und der
zugehörige Ausgleichswert C gemäß Gleichung 6 überlagert.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, den Wert C von E zu
subtrahieren, wenn der Wert C einen zur Achse C=0 spiegelbildlichen
Verlauf hätte. In dem durch die Ausgangs-
Bildwerte A gebildeten Ausgangsbild sind die großflächigen
Kontraste verringert - zumindest in den Bereichen, die für
die Diagnose nur von sekundärer Bedeutung sind. Da die
Feinkontraste aber auch in diesen Bereichen unbeeinflußt
bleiben, sind sie im Ausgangsbild noch erkennbar.
Wenn man in den Gleichungen (3) bis (5) den Wert L ersetzt
durch F, wobei für F die Beziehung gilt
F = (1 - u) * E + u * L (7)
und u ein vorgebbarer Wert ist, dann ergibt sich in den
Bereichen beiderseits des für die Diagnose wesentlichen
Dichtebereichs eine Anhebung der Feinkontraste, wenn u
größer ist als 1. Für u=1 wird F=L, und die
Feinkontraste werden unverändert beibehalten. Da E
näherungsweise dem Wert L entspricht (die Werte H für die
Hochpaß- bzw. Feinstrukturen sind in der Regel klein im
Vergleich zu den Tiefpaß-Bildwerten L), entspricht F
näherungsweise dem Wert L und ist für u=1 mit diesem
identisch.
Obwohl für jeden Bildpunkt in der Röntgenaufnahme ein
Eingangs-Bildwert E, ein Tiefpaß-Bildwert L und ein
Ausgangs-Bildwert A vorhanden sein muß, ist es nicht
erforderlich, gleichzeitig alle diese Werte zu speichern,
was drei (Halbleiter-)Bildspeicher erfordern würde. Wenn
beispielsweise ein Tiefpaß-Bild mit sämtlichen Werten L
berechnet und gespeichert worden ist, können die
Eingangs-Bildwerte E oder die Tiefpaß-Bildwerte L nach
Ermittlung von C und Addition zu E mit den Ausgangsbildwerten
A überschrieben werden; hierzu wären also nur
zwei Bildspeicher erforderlich. Überschreibt man die Werte
E, die für das Tiefpaßbild nicht erforderlich sind, oder
die bereits berechneten Tiefpaßbildwerte schon vor der
vollständigen Berechnung des Tiefpaßbilds, dann kommt man
mit einer Speicherkapazität von wenig mehr als zum
Speichern eines Bilds erforderlich aus.
Die Ausgangs-Bildwerte können gegebenenfalls noch einer
Exponentialtransformation unterzogen werden (Block 826),
die die logarithmische Transformation (Block 821) wieder
aufhebt; jedoch kann die Exponentialtransformation
entfallen.
Claims (5)
1. Verfahren zur Dynamikkompression in einer Röntgenaufnahme,
deren Bildpunkten digitale Eingangs-Bildwerte zugeordnet
sind,
dadurch gekennzeichnet, daß aus den Eingangs-Bildwerten
(E) Tiefpaß-Bildwerte (L) gebildet werden und daß für
jeden Bildpunkt durch Überlagerung des zugehörigen
Eingangs-Bildwerts (E) und eines vom zugehörigen
Tiefpaß-Bildwert (L) abhängigen Ausgleichswerts (C) ein
Ausgangs-Bildwert (A) derart gebildet wird, daß der
Ausgangs-Bildwert bei kleinen Tiefpaß-Bildwerten (L)
größer oder bei großen Tiefpaß-Bildwerten (L) kleiner ist
als der Eingangs-Bildwert (E).
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit einem Bilddetektor, der
von der Intensität der Röntgenstrahlung linear abhängige
Bildsignale liefert,
dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs-Bildwerte (E) aus
den Bildsignalen (S) durch eine logarithmische Transformation
(821) abgeleitet werden.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs-Bildwerte (A)
einer Exponentialtransformation unterzogen werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1,
gekennzeichnet durch die folgenden Komponenten
- a) einen Bilddetektor (4, 5) zur Umsetzung der ortsabhängigen Strahlungsintensität einer Röntgenaufnahme in ein elektrisches Signal
- b) Mittel (7, 8; 821) zum Ableiten der Eingangs-Bildwerte (E) aus dem Signal,
- c) eine Speicheranordnung (81), deren Speicherkapazität größer ist als zur Speicherung einer Röntgenaufnahme erforderlich,
- d) Mittel (8; 822) zur Erzeugung von Tiefpaß-Bildwerten aus den Eingangs-Bildwerten,
- e) Mittel (8; 823, 824) zum Ableiten von Ausgleichs-Bildwerten aus den Tiefpaßbildwerten,
- f) Mittel (8; 825) zum Überlagern der Ausgleichs-Bildwerte und der Eingangsbildwerte zur Gewinnung von Ausgangs-Bildwerten (A),
- g) eine die Röntgenaufnahme entsprechend den Ausgangs-Bildwerten (A) wiedergebenden Wiedergabeeinheit (9).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ableiten der
Ausgleichs-Bildwerte einen Tabellenspeicher (823)
enthalten, in dem unter den Tiefpaß-Bildwerten (L)
zugeordneten Adressen Ausgleichs-Bildwerte (C) gespeichert
sind.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904033716 DE4033716A1 (de) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | Verfahren zur dynamikkompression in roentgenaufnahmen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
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US4792900A (en) * | 1986-11-26 | 1988-12-20 | Picker International, Inc. | Adaptive filter for dual energy radiographic imaging |
US4847909A (en) * | 1987-04-30 | 1989-07-11 | Shimadzu Corporation | Apparatus for processing an X-ray image |
-
1990
- 1990-10-24 DE DE19904033716 patent/DE4033716A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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