DE60037852T2

DE60037852T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung der Auflösung von Röntgenbildern

Info

Publication number: DE60037852T2
Application number: DE60037852T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Scott Waukesha Kump; Jeffry Alan Waukesha Kautzer; Richard Wauwatosa Aufrichting
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2020-06-24
Also published as: JP2001076129A; JP4727022B2; DE60037852D1; EP1064880A1; US6460003B1; EP1064880B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen medizinisch diagnostische Bildgebungssysteme und betrifft insbesondere die Kalibrierung der Auflösung in medizinischen Bildgebungssystemen, die digitale Detektoren nutzen.
Die Röntgenbildgebung ist seit langem ein akzeptiertes medizinisch diagnostisches Werkzeug. Röntgenbildgebungssysteme werden üblicherweise eingesetzt, um beispielsweise thorakale, zervikale, spinale, kraniale und abdominale Bilder zu erfassen, welche oft die für den Arzt erforderliche Information enthalten, um eine genaue Diagnose zu stellen. Wenn beispielsweise ein thorakales Röntgenbild aufgenommen werden muss, steht der Patient mit seiner Brust vor einem Röntgensensor, während ein Röntgentechniker den Röntgensensor und eine Röntgenquelle in einer geeigneten Höhe einstellt. Der Röntgensensor detektiert dann die von der Quelle erzeugte und in unterschiedlichen Graden durch verschiedene Teile des Körpers abgeschwächte Röntgenenergie. Ein zugeordnetes Steuersystem (wenn der Röntgensensor ein digitaler Festkörper-Bilddetektor ist) scannt die detektierte Röntgenenergie ab und erzeugt ein entsprechendes diagnostisches Bild auf einer Anzeigeeinrichtung. Wenn der Röntgensensor ein herkömmlicher Film ist, wird der Film anschließend entwickelt und unter Verwendung einer Hintergrundbeleuchtung dargestellt.
In jedem Bildgebungssystem, einem Röntgensystem oder einem anderem, ist die Bildqualität von primärer Bedeutung. Diesbezüglich stehen Röntgenbildgebungssysteme, die digitale Bilddetektoren verwenden ("digitale Röntgensysteme"), bestimmten einzigartigen Schwierigkeiten gegenüber. Insbesondere müssen digitale Röntgensysteme die strengen Anforderungen von qualitätskritischen (CTQ – Critical to Quality) Messwerten erfüllen, die Bildauflösung (sowohl in einem absoluten Sinne als auch in der Gleichförmigkeit über einem Bild), Bildauflösungskonsistenz (z. B. von System zu System und über der Zeit) und Bildrauschen beinhalten. In der Vergangenheit waren jedoch digitale Röntgensysteme oft nicht in der Lage, CTQ-Parameter zu erfüllen oder Detektoren mit konsistenter Bildqualität teilweise aufgrund von Prozessschwankungen in den zum Herstellen von digitaler Festkörper-Bilddetektoren eingesetzten Halbleiterherstellungstechniken, oder von Natur aus wegen der Bildgebungstechnologie zu liefern.
Somit können beispielsweise zwei unterschiedliche digitale Röntgensysteme an einer einzigen Einsatzstelle eine wahrnehmbare Abweichung in der wahrgenommenen Bildqualität haben, obwohl beide Systeme die CTQ-Messungen bestehen. Ärzte oder Techniker können dann unnötigerweise eine Maschine schlechter als eine andere betrachten, von der Verwendung einer oder mehrerer verfügbarer Maschinen absehen, oder Zeit damit verbringen, die Bilddifferenzen zwischen den zwei digitalen Röntgensystemen aufzulösen. Ferner kann der Lieferant des digitalen Röntgensystems Zeit und Kosten für die Reaktion auf Wartungsanforderungen aufwenden, um auf die wahrgenommene Abweichung des digitalen Röntgensystems zu reagieren, um nur herauszufinden, dass beide digitalen Röntgensysteme innerhalb der Spezifikation liegen (oder viel Zeit und Geld aufwenden, um einen digitalen Bilddetektor für die als schlechter wahrgenommene Maschine zu finden, der dem als besser wahrgenommenen System entspricht).
Wie vorstehend erwähnt, variieren die Eigenschaften digitaler Bilddetektoren von Natur aus. Obwohl ein Bedarf für die Bereitstellung einer konsistenten Bildqualität (und insbesondere Bildauflösung) über mehrere digitale Bildgebungssystem hinweg besteht, gab es in der Vergangenheit keine automatisierte Technik für die Bereitstellung einer derartigen Konsistenz. Ferner können die strengen CTQ-Messungen zu niedrigen akzeptablen Ausbeuten für digitale Bilddetektoren führen, welche dann zerstört werden oder bestenfalls für medizinische Diagnosesysteme nicht verwendbar sind. Demzufolge werden Zeit, Geld und Ressourcen verschwendet.
US 5,760,403 offenbart einen ladungsgekoppelten Röntgensensor und eine Kamera, welche ein Verfahren zum gleichzeitigen Messen der Modulationsübertragungsfunktionen von Röntgenbildern und sichtbaren Bildern bei einer Bildgebung eines Ziels oder einer Szene einsetzen. Dann werden unter Einsatz der Punktverwaschungsfunktion und gemessener MTFs bei verschiedenen räumlichen bzw. Raumfrequenzen eine Raumfrequenz-abhängige Korrekturtabelle oder Korrekturparameter berechnet
Es bestand in der Industrie seit langem ein Bedarf nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bereitstellen einer Steuerung der Auflösung in digitalen Bildgebungssystemen, die die vorstehend erwähnten Probleme und weitere früher erkannte überwinden.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren der Auflösung eines digitalen Bildgebungssystems gemäß Definition in den unabhängigen An sprüchen 1 bzw. 3. Das Verfahren und die Vorrichtung beinhalten die Messung eines nicht angepassten Verhaltens eines in dem Bildgebungssystem eingesetzten ersten digitalen Bilddetektors. Das Verfahren und die Vorrichtung bestimmen dann einen Gewichtungskoeffizienten für ein durch das medizinische Bildgebungssystem verarbeitetes erstes Raumfrequenzband. Jedes verarbeitete Raumfrequenzband kann beispielsweise unter Anwendung einer Mehrfachauflösungszerlegungstechnik, wie z. B. einer Burt-Pyramidenzerlegung erzeugt werden. Der Gewichtungskoeffizient basiert auf einem gewünschten Verhalten des digitalen Bilddetektors und dem gemessenen Verhalten des digitalen Bilddetektors. Der Gewichtungskoeffizient kann auch auf einem Sollverhalten oder auf einer Sollauflösung basieren. Der Gewichtungsfaktor wird zur anschließenden Anwendung auf das Raumfrequenzband durch das medizinische Bildgebungssystem gespeichert. Identische oder unterschiedliche Gewichtungskoeffizienten können bei mehreren räumlichen Auflösungspegeln verwendet werden. Ein einziger Gewichtungskoeffizient kann auf alle Pixel bei einer vorgegebenen räumlichen Auflösung angewendet werden, oder zahlreiche Variationskompensationskoeffizienten der räumlichen Auflösung können in unterschiedlichen Bereichen für jedes Raumfrequenzband verwendet werden. Die Kalibrierung kann auf zusammenhängende Zeitsysteme unter Verwendung eines Kalibrierungsfaktors anstelle diskreter Gewichtungskoeffizienten verallgemeinert werden.
Die bevorzugte Ausführungsform stellt auch ein Auflösungskalibrierungssubsystem für ein digitales Bildgebungssystem unter Einsatz eines digitalen Bilddetektors dar. Das Auflösungskalibrierungssubsystem enthält einen digitale Bilddaten speichernden Speicher (z. B. Bilddaten, die aus einem digitalen Bilddetektor wie z. B. einem Festkörper- Röntgendetektor erfasst wurden) und einen mit dem Speicher verbundenen Prozessor. Der Prozessor ermittelt mittels spezieller Hardware oder Hardware/Software-Kombination ein erstes Raumfrequenzband der Bilddaten und wendet einen Gewichtungskoeffizienten auf das ersts Raumfrequenzband an. Der Gewichtungskoeffizient basiert auf einer vordefinierten gewünschten Auflösung (beispielsweise in Form einer vordefinierten gewünschten Modulationsübertragungsfunktion) des digitalen Bilddetektors und einer gemessenen Auflösung (beispielsweise in Form einer gemessenen Modulationsübertragungsfunktion) des digitalen Bilddetektors. Wiederum kann die Kalibrierung auf zusammenhängende Zeitsysteme unter Verwendung eines Filters mit einer durch den Kalibrierungsfaktor gekennzeichneten Frequenzantwort verallgemeinert werden.
Die Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 ein medizinisches Bildgebungssystem darstellt, welches ein Auflösungskalibrierungssubsystem enthält.
2 ein Flussdiagramm zum Kalibrieren der Auflösung eines digitalen medizinischen Bildgebungssystems darstellt.
3 eine Mehrfachauflösungs-Bildzerlegung darstellt, die ein digitales Bild bei einem speziellen Raumfrequenzband enthält.
4 ein Beispielergebnis der Auflösungsanpassung eines digitalen Bilddetektors darstellt.
1 stellt ein medizinisches Bildgebungssystem 100 dar, das ein Auflösungskalibrierungssubsystem 102 enthält. Das Auflösungskalibrierungssubsystem 102 umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 104, eine CPU 106 und ein Programm/Daten-Speichersystem 108. Mit der Kommunikationsschnittstelle 104 ist ein digitaler Bilddetektor 109 verbunden, der in 1 als ein Röntgensensor 110 (mit zugeordneter Auslöseelektronik 112) dargestellt ist. Eine Energiequelle ist in 1 als eine Röntgenquelle 114 mit zugeordneter Steuerelektronik 116 dargestellt. Die Röntgenquelle 114 erzeugt Röntgenenergie 118, die der Röntgensensor 110 detektiert.
In dem Speicher 108 werden von dem digitalen Bilddetektor 109 erfasste Bilddaten 120 (z. B. einen Bildpegel repräsentierende Pixelwerte) gespeichert. Der Speicher 108 speichert ferner eine Mehrfachauflösungszerlegung 122 der Bilddaten 120. Ferner sind in 1 ein flaches Phantom 124, ein Strichmusterphantom 126 und ein gleichmäßiges Gitter 128 dargestellt.
Der Röntgensensor 110 ist bevorzugt ein Festkörper-Röntgendetektor. Die Röntgenquelle 114 und Steuerelektronik 116 sind in kommerziell erhältlichen Röntgenröhrenbaugruppen zu finden.
Das Auflösungskalibrierungssubsystem 102 verwendet die Kommunikationsschnittstelle 104, um digitale Bilddaten 120 aus dem digitalen Bilddetektor 109 zu erfassen. Die Kommunikationsschnittstelle 104 kann eine allgemeine Kommunikationsschnittstelle einschließlich einer seriellen, parallelen, industriellen oder Netzwerkschnittstelle sein. Die CPU 106 kann beispielsweise eine allgemeine CPU, ein DSP, oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung sein, die ein in dem Speichersystem 108 gespeichertes Kalibrierungsprogramm ausführt. Das Kalibrierungsprogramm kann dem in 2 dargestellten Flussdiagrammschritten folgen.
Die CPU 106 ermittelt eine Mehrfachauflösungszerlegung 122 beispielsweise unter Anwendung einer Burt-Pyramidenzerlegung der Bilddaten 120 oder mittels einer anderen Mehrfachauflösungszerlegungstechnik. Ein Beispiel einer Mehrfachauflösungszerlegungstechnik ist detailliert in "Multiresolution Image Processing and Analysis", Ed. A. Rosenfield, Springer Series in Information Sciences, Springer Verlag, pp. 10-14 (1984) dargestellt. Die sich ergebende Mehrfachauflösungszerlegung 122 weist zahlreiche Raumfrequenzbänder auf, die Bildinhalt über eine Reihe von Auflösungspegeln repräsentieren.
Eine Mehrfachauflösungszerlegung ist eine Serie von Bildern, wovon jedes eine tiefpassgefilterte Kopie seines Vorgängers ist. Das Ursprungsbild kann das erste aus der Serie der Bilder bilden, und jedes nachfolgende Bild enthält, da es eine tiefpassgefilterte Kopie seines Vorgängers ist, räumliche Frequenzinformation in zunehmend kleineren Frequenzbändern. Mit anderen Worten, es liegt ein abnehmender Frequenzinhalt in jedem Bild in der Serie der Bilder vor.
Der digitale Bilddetektor 109 kann durch seine Auflösung gekennzeichnet sein. Typischerweise ist die Auflösung in Form einer Modulationsübertragungsfunktion (MTF) gegeben, welche die Amplitudenantwort des digitalen Bilddetektors 109 auf unterschiedliche räumliche Frequenzen (d. h., eine Anzahl von Linienpaaren pro mm) quantifiziert. Sobald die Raumfrequenz zunimmt, nimmt die MTF des digitalen Bilddetektors 109 aufgrund seiner begrenzten Auflösung ab. Mit anderen Worten, der digitale Bilddetektor 109 ist nur in der Lage, die Linien und Räume von räumlichen Frequenzen bis zu einem gewissen Punkt (z. B. mehreren Linienpaaren/mm) zu unterscheiden, wonach der digitale Bilddetektor 109 keine Linie von Zwischenräumen unterscheiden kann.
Als eine Hilfe zur Ermittlung der MTF des digitalen Bilddetektors 109 kann das digitale Bildgebungssystem 100 ein Bildgebungsphantom verwenden. Ein Bildgebungsphantom ist ein Materialstück, das ein bekanntes Kalibrierungsmuster trägt, wie z. B. eine Reihe von Bleistangen, die durch Zwischenräume getrennt sind. Die Dicke und der Abstand bestimmen die zu messenden räumlichen Frequenzen. Das Blei hat eine starke Abschwächung, die Zwischenräume eine geringe Abschwächung. Die räumliche Variation dieser Sprungantworten wird zum Ermitteln der MTF wie nachstehend beschrieben verwendet.
Insbesondere ist das Stangenmusterphantom 126 ein Beispiel von vielen Arten von Phantomen, die zum Ermitteln einer MTF verwendet werden können, die die Auflösung eines digitalen Bilddetektors angibt. Das Stangenmusterphantom 126 stellt eine Reihe von Bleistreifen bereit, die voneinander bevorzugt mit 0,5-2,5 Linienpaaren/mm (im Wesentlichen angepasst an die unter Verwendung des digitalen Bilddetektors zu detektierende Merkmalsgröße) in Abstand angeordnet sind. Die MTF für jedes räumliche Frequenzband wird abhängig davon ermittelt, wie gut die Pixel in dem Band eine durch die Bleistreifen auf dem Stangenmusterphantom 126 erzeugte Sprungantwort erfassen. Die MTF kann beispielsweise bei zwölf den nachstehenden Linienpaargruppen 0,50, 0,55, 0,60, 0,70, 0,80, 0,90, 1,0, 1,1, 1,2, 1,4, 1,6, 1,8 lp/mm entsprechenden räumlichen Frequenzen ermittelt abhängig von: MTF = (Pi·sqrt(2))/((4·Mean0)·sqrt(VarFreq))ermittelt werden, wobei: VarFreq = |VarROI – VarNoise| VarROI = Varianz in dem ROI ist VarNoise = (VarBlack + VarWhite)/2 Mean0 = (MeanWhite – MeanBlack)/2
Jeder interessierende Bereich (ROI) kann beispielsweise als in der Mitte jeder vorstehend erwähnten Auflösungsgruppe befindlich definiert sein. Die Größe jedes ROIs wird bevorzugt so eingestellt, dass der ROI n – 2 Linienpaare überdeckt, wobei n die Gesamtanzahl der Linienpaare in der aktuellen Gruppe ist. Beispielsweise überdeckt für Gruppen, mit insgesamt 5 Linienpaaren der ROI drei Linienpaare. Man beachte, dass die vorstehende Formel für die MTF den Mittelwert (Mean) und die Varianz (Var) der weißen (White) und schwarzen (Black) Pegel in dem ROI sowie das Rauschen (Noise) des Hintergrundes unter Verwendung des Terms VarNoise berücksichtigt.
Weitere Phantomtypen sind jedoch ebenfalls für die Ermittlung der MTF geeignet. Als ein Beispiel kann ein Phantom mit einer steil definierten Kante (z. B. ein Wolfram- oder Kupferkantenphantom) ein Kantenbild auf dem Detektor liefern. Das Kantenbild geht von einem schwarzen auf einen weißen über einen grauen Bereich über. Die Fourier-Transformierte der Ableitung der Kantenantwort (Linienver waschungsfunktion) kann zum Berechnen der MTF verwendet werden.
Eine absolute MTF ist die in einem vorgewählten Bereich auf dem digitalen Bilddetektor, wie z. B. in der Mitte ermittelte MTF. Die räumliche Variation in der MTF-Auflösungsgleichmäßigkeit kann dann auf die absolute MTF wie nachstehend beschrieben normiert werden. Die Auflösungsgleichmäßigkeit kann durch Abbildung eines Gittermusters (z. B. das Gleichmäßigkeitsgitter 128 gemessen werden, welches bevorzugt ein Gitter aus rostfreiem Stahl mit einer räumlichen Frequenz ist, die von der Detektorgrenzauflösung abhängt). In einer Ausführungsform hat das Gleichmäßigkeitsgitter 128 eine Frequenz von angenähert 1,5 Linienpaaren/mm (z. B. angenähert 3/5 der Grenzauflösung von 2,5 Linienpaaren/mm). Das Verhältnis der Standardabweichung zu dem mittleren Bildpegel in interessierenden Bereichen über dem digitalen Bilddetektor gibt einen relativen Schätzwert der lokalen Auflösung in diesem Bereich über alle räumlichen Frequenzbänder. Die Auflösungsgleichmäßigkeit kann in Bezug auf die Verhältnismessung bei der Mitte des Bildes normiert werden.
Das ebene Phantom 124 kann zum Ermitteln des Rauschleistungsspektrums (NPS) des digitalen Bilddetektors 110 genutzt werden. Das flache Phantom 124 weist eine gleichmäßige Dicke auf. Durch Subtraktion von zwei flachen Feldbildern kennzeichnet das sich ergebende Differenzbild das NPS des digitalen Bilddetektors. Beispielsweise liefert der radiale Mittelwert der Fourier-Transformierten des Differenzbildes ein Maß für das NPS.
Gewichtungskoeffizienten Coef(i) bestimmen innerhalb eines vorgegebenen Bandes "i" den Betrag der MTF-Anpassung (welcher zu einer Zunahme oder Abnahme in der MTF führen kann). Allgemein gesagt ist für jedes Frequenzband, "i", über dem Bereich der Frequenzbänder: Coef(i) = Funktion (Wunschverhalten(i), Rohverhalten(i))und als ein Beispiel Coef(i) = Wunschverhalten(i)/Rohverhalten(i)so dass, wenn das Wunschverhalten(i) = 100 ist (z. B. perfekte Wiedergabe der Sprungantwort des Stangenmusterphantoms 126 und das Rohverhalten(i) = 50 ist, dann Coef(i) = 2 ist. Das Wunschverhalten(i) ist bevorzugt die gewünschte Auflösung (z. B. ein Soll-MTF) bei dem räumlichen Frequenzband "i" und das Rohverhalten(i) ist bevorzugt die gemessene (z. B. die nicht angepasste anfängliche) Auflösung bei dem räumlichen Frequenzband "i".
Coef(i) kann auf jeden Pixelwert p(x, y, i) in jedem räumlichen Frequenzband angewendet werden, um neue Pixelwerte P'(x, y, i) = Coef(i)·p(x, y, i) zu erzeugen. Weitere lineare und nicht lineare Funktionen können jedoch ebenfalls verwendet werden.
Statt nur einen Gewichtungskoeffizienten auf jedes Pixel in einem speziellen räumlichen Frequenzband anzuwenden, kann das Auflösungskalibrierungssubsystem 102 mehrere Gewichtungskoeffizienten ermitteln, um einen Gewichtungskoef fizienten für jeden von mehreren Bereichen von Pixeln bereitzustellen, oder für jedes Pixel in einem räumlichen Frequenzband. Somit kann Coef(i) durch Coef(x, y, i) auf der Basis eines Messwertes der Auflösungsgleichmäßigkeit (z. B. MTFU): p'(x, y, i = Coef(x, y, i)·p(x, y, i) ersetzt werden.
In einigen Fällen folgt die Auflösungsgleichmäßigkeit einem speziellen Muster auf dem digitalen Detektor wie z. B. einem radialen Muster. Das Auflösungskalibrierungssubsystem 102 kann dieses Muster nutzen, um schnell (durch Ausführen weniger Messungen) Coef(x, y, i) zu erfassen und auf die Pixel in den räumlichen Frequenzbändern anzuwenden. Der Term
R(x, y) wird nachstehend dazu verwendet, um den normierten räumlich abhängigen Auflösungsfaktor in Bezug auf den Mittelpunkt des digitalen Bilddetektors (wo die absolute MTF ermittelt wird) anzuzeigen. Im Allgemeinen ist Coef(x, y, i) = Coef(i)·R(x, y).
Obwohl die Auflösung verbessert werden kann, indem Pixelwerte mit den Gewichtungskoeffizienten multipliziert werden, kann zuviel Verbesserung in unerwünschter Weise den Rauschanteil in dem Bild beeinflussen. Im Allgemeinen bleibt, da das Ausgangssignal/Rausch-Verhältnis (SNR) (eine Funktion der Frequenz f) unverändert bleibt, wenn die Auflösung verbessert wird: SNR(f) = C·[MTFA(f)]^2/[NPSA(f)] C·[MTFB(f)]^2/[NPSB(f)] C·[alpha(f)·MTFA(f)]^2/alpha(f)^2[NPSA(f)] wobei C ein Faktor ist, der von der Belichtung, Röntgenstrahlqualität und dergleichen abhängt, alpha der Betrag der angewendeten MTF-Verbesserung (z. B. die Größe des Gewichtungskoeffizienten in dem diskreten Falle) ist, A der Rohwert (gemessene Bildwert) und B der kompensierte (verarbeitete) Bildwert ist. Wie man sehen kann, beeinflusst die Auflösungsverbesserung linear die MTF, beeinflusst jedoch das Rauschen gemäß dem Quadrat von alpha(f). Rasche Zunahmen in der MTF führen daher zu weitaus rascheren Zunahmen im Rauschen. Um die Einführung von zuviel Rauschen in einem Bild zu verhindern, kann das Auflösungskalibrierungssubsystem 102 die Gewichtungskoeffizienten gemäß einem Rauschfaktor für jedes Auflösungsband und für jedes Pixel gemäß: Coef(x, y, i) = min(Coef(x, y, i), Rauschfaktor)begrenzen, wobei ein Beispiel Coef(x, y, i) = min((MTFD(i)/MTFR(i))·R(x, y), sqrt(NPSM(i)/NSPR(i)))ist, in welchem sqrt die Wurzelfunktion ist, das tiefgestellte D einen Sollwert anzeigt, das tiefgestellte R einen Rohwert (gemessenen Wert) repräsentiert und das tiefgestellte M ein vorgewähltes Maximum anzeigt (d. h., NPS_M(i) ist beispielsweise das vorgewählte maximale Rauschen gemäß Kunden-CTQ-Spezifikation)
Nachdem die Gewichtungskoeffizienten in jedem räumlichen Frequenzband angewendet wurden, kann das medizinische Bildgebungssystem 100 eine zusätzliche Bildverarbeitung (wie z. B. eine Kontrastverbesserung) anwenden, und dann ein Bild zur Darstellung rekonstruieren.
Die Kalibrierung der Bildauflösung ist nicht auf den diskreten (Pixelbild-)Fall beschränkt. Stattdessen kann die Kalibrierung der Bilddetektorauflösung auf den kontinuierlichen Zeitfall ausgeweitet werden, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird.
In einem zusammenhängenden Zeitsystem (in welchem diskrete Werte von Coef(i) durch einen zusammenhängenden Kalibrierungsfaktor alpha(f): alpha(f) = min (Rauschfaktor(f), MTFD(f)/MTFR(f))ersetzt werden ist als ein Beispiel alpha(f) = min (sqrt(Beta(f)), MTFD(f)/MTFR(f))wobei NPSR(f) = (1/beta(f))·NPSM(f) und typischerweise MTFD(f) ≥ MTFR(f) und beta (f) ≥ 1,0
In dem allgemeinen Falle kann ein digitales Filter mit der durch alpha(f) charakterisierten Frequenzantwort konstruiert werden. Ein zusammenhängendes Bildsignal kann dann an das Filter angelegt werden, um die gewünschte Auflösungskalibrierung zu erzielen. Gemäß nochmaligem Bezug auf 1 kann somit ein Bildeingangssignal 150 an ein Auflösungskalibrierungsfilter 152 angelegt werden. Das Auflösungskalibrierungsfilter 152 erzeugt als ein Ergebnis ein auflösungskalibriertes Ausgangssignal 154.
In einer Mehrfachauflösungszerlegung wie der vorstehend beschriebenen wird der Kalibrierungsfaktor alpha(f) durch einen diskreten Koeffizienten, Coef(i) (z. B. über i = 0–7 Auflösungspegel in der Mehrfachauflösungszerlegung) ersetzt:
und
wobei N = die Nyquist-Frequenz des digitalen Bilddetektors (z. B. 2,5 Linienpaare/mm) ist. Coef(i) ist somit bevorzugt der Mittelwert des Kalibrierungsfaktors alpha(f) über dem vorgegebenen Bereich.
2 stellt ein Flussdiagramm 200 für die Kalibrierung der Auflösung eines digitalen medizinischen Bildgebungssystems dar. Bei dem Schritt 202 misst ein Auflösungseinstellsystem (z. B. das medizinische Bildgebungssystem 100, oder ein Fabrikkalibrierungssystem) das nicht angepasste Verhalten eines digitalen Bilddetektors. Das nicht angepasste Verhalten kann beispielsweise einer(m) MTF, MTFU, NPS oder SNR entsprechen. Da es erwünscht sein kann, zwei oder mehr zugeordnete digitale Bildgebungssysteme, die an nur einem Einsatzort installiert sind, abzugleichen, kann beispielsweise das Auflösungseinstellsystem das nicht angepasste Verhalten auf zwei oder mehr digitalen Bilddetektoren messen, die in den zugeordneten digitalen Bildgebungssystemen eingesetzt werden sollen.
Anschließend ermittelt bei dem Schritt 204 das Auflösungsanpassungssystem die Gewichtungskoeffizienten für die von einem medizinischen Bildgebungssystem verarbeiteten räumlichen Frequenzbänder. Die Gewichtungskoeffizienten basieren bevorzugt auf dem gewünschten Verhalten (beispielsweise gemäß Spezifikation durch die Kunden-CTQ-Werte) und dem gemessenen nicht angepassten Verhalten des digitalen Bilddetektors. Ferner können, wenn zwei Systeme angeglichen werden, die Gewichtungskoeffizienten für den digitalen Bilddetektor in dem zweiten System auf einem vorgewählten Sollverhalten des ersten digitalen Bilddetektors und dem gemessenen nicht angepassten Verhalten des zweiten digitalen Bilddetektors basieren. Mit anderen Worten, die Gewichtungskoeffizienten werden so gewählt, dass beide Systeme dieselbe vorgewählte gewünschte angepasste Auflösung erzielen. Man beachte, dass die Angleichung digitaler Bildsysteme auf eine vorgewählte Auflösung tatsächlich eine Verringerung in einer Systemauflösung oder MTF erfordern kann, wenn der spezielle digitale Bilddetektor in diesem System besonders gut ist. Ferner kann der Prozess der Anpassung von Systemen auf der Basis irgendeiner besonderen Referenz erfolgen. Somit kann ein Gesamtauflösungsstandard durch den Hersteller des digitalen Bildsystems festgelegt werden. Dann können die von diesem Hersteller hergestellten digitalen Systeme alle an diesen Auflösungsstandard angepasst werden.
Bei dem Schritt 206 ermittelt das Auflösungsanpassungssystem optional Kompensationsgewichtungskoeffizienten der räumlichen Auflösungsvariation für einzelne Pixel bei jedem räumlichen Auflösungspegel. Wie vorstehend beschrieben, kompensieren die Kompensationsgewichtungskoeffizienten der räumlichen Auflösungsvariation Coef(x, y, i) Änderungen in der Auflösungsgleichmäßigkeit über dem digitalen Bilddetektor (110). Ein Gewichtungskoeffizient kann für jedes Pixel in jedem räumlichen Auflösungspegel ermittelt werden oder ein kleinerer Satz von Gewichtungskoeffizienten kann zur Verwendung zwischen Pixeln in größeren Bereichen jedes räumlichen Auflösungspegels ermittelt werden. Alternativ können die Gewichtungskoeffizienten auf eine Konstante, Coef(x, y, i) = Coef(i) eingestellt werden, was keine Korrektur für die Auflösungsgleichmäßigkeit darstellt.
Bei dem Schritt 208 stellt das Auflösungsanpassungssystem bevorzugt sicher, dass die Gewichtungskoeffizienten nicht so groß sind, dass deren Anwendung einen maximal gewünschten Rauschfaktor in dem sich ergebenden verarbeiteten Bild überschreiten würde. Mit anderen Worten, das Auflösungsanpassungssystem kann jeden Gewichtungskoeffizienten durch den minimalen Gewichtungskoeffizienten und einen Rauschfaktor wie vorstehend beschrieben ersetzen. Bei dem Schritt 210 speichert das Auflösungsanpassungssystem die Koeffizienten für den digitalen Detektor in einem Speicher für zukünftige Nutzung durch das den digitalen Detektor enthaltende medizinische Bildgebungssystem.
Bevor das medizinische Bildgebungssystem 100 ein Bild anzeigt, erzeugt die CPU 106 bevorzugt eine Mehrfachauflösungszerlegung 122 der Bilddaten 120 (Schritt 212). Wie vorstehend erwähnt, beinhaltet die Mehrfachauflösungszerlegung 122 zahlreiche Auflösungspegel, die räumlichen Frequenzbändern in dem Bild entsprechen. Die CPU 106 wendet bei dem Schritt 214 die für jedes Pixel, Region oder räumliche Frequenzband ermittelten Gewichtungskoeffizienten an. Anschließend rekonstruiert die CPU 106 bei dem Schritt 216 ein Bild für die Darstellung unter Verwendung der auflösungsverbesserten Mehrfachauflösungsdarstellung des Bildes.
3 veranschaulicht eine Mehrfachauflösungsbildzerlegung 300. Die Zerlegung 300 stellt Auflösungspegel 302–310 (zusätzliche oder weniger können in der Praxis verwendet werden) in zugeordnet zu speziellen räumlichen Frequenzen in der Zerlegung 300 dar. Jeder Auflösungspegel 302–310, beispielsweise der Auflösungspegel 302 besteht aus Pixeln 312. Die Pixel 312 können in Regionen einer vorgewählten Form und Anzahl von Pixeln gruppiert sein. Ein außen liegender Bereich 314 und ein zentraler Bereich 316 sind in 3 dargestellt.
Der zentrale Bereich 316 überdeckt insbesondere das Zentrum des digitalen Bilddetektors und stellt insbesondere den Bereich dar, in welchem bevorzugt die absolute MTF (wie vorstehend erwähnt) ermittelt wird. Die räumliche Variation in der Bildauflösung wird außerhalb des räumlichen Bereichs 316, beispielsweise in einem oder mehreren außen liegenden Bereichen (z. B. dem außen liegenden Bereich 314) gemessen. Wie vorstehend erwähnt kann nur ein Gewichtungskoeffizient für ein gesamtes räumliches Frequenzband 302–310 ermittelt werden, mehrere Gewichtungskoeffizienten können ermittelt werden, um eine Gewichtungskoeffizienten für jeden Bereich 314, 316 in jedem räumlichen Frequenzband 302–310 bereitzustellen, oder mehrere Gewichtungskoeffizienten können ermittelt werden, um einen Gewichtungskoeffizienten für jedes Pixel 312 in jedem räumlichen Frequenzband 302–310 bereitzustellen. Die mehreren Gewichtungskoeffizienten sind bevorzugt Kompensationskoeffizienten der räumlichen Auflösungsvariation Coef(x, y, i), die wie vorstehend dargestellt ermittelt werden. Die Gewichtungskoeffizienten wer den auf die Pixelwerte in jedem räumlichen Frequenzband 302–310 oder Bereich 314, 316 vor der Bildrekonstruktion angewendet (z. B. damit multipliziert), um den digitalen Bilddetektor auf die gewünschte Auflösung zu kompensieren.
In 4 zeigt eine graphische Darstellung 400 ein Beispielergebnis der Auflösungsanpassung. Die graphische Darstellung hat eine Achse 402 der räumlichen Frequenz und eine MTF-Achse 404. Eine (gemessene) Roh-MTF-Linie 406, eine Soll-MTF-Linie 408 und eine erzielte MTF-Linie 410 sind in 4 vorhanden. Unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Auflösungsanpassung verbessert sich die Roh-MTF auf den durch die erzielte-MTF-Linie 410 dargestellten Pegel. Die erzielte MTF-Linie 410 stellt ferner eine enge Übereinstimmung mit der vorgewählten gewünschten oder Soll-MTF-Linie 408 über den interessierenden Frequenzen dar.
Die vorliegende Erfindung stellt dadurch die Fähigkeit bereit, Auflösungsspezifikationen eines digitalen Bilddetektors (aufgrund der Bildverarbeitungsauflösungsverbesserung) zu lockern. Die Ausbeute wird dementsprechend gesteigert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch eine Kalibrierung auf eine spezifische Systempegelauflösung gemäß einer Kunden-CTQ-Spezifikation, während gleichzeitig der Betrag der Auflösungsverbesserung begrenzt wird, um rauschbezogene Verhaltensziele zu erreichen. Die vorliegende Erfindung kann auch als Teil einer vollautomatischen Kalibrierung eines digitalen Bildgebungssystems verwendet werden, und um eine Auflösungskonsistenz zwischen zahlreichen digitalen Bilddetektoren und digitalen Bildgebungssystemen zu erreichen. Ferner ermöglichen das vorstehend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung eine räumliche Anpassung der Auflösungskoeffizienten, um eine gleichmäßige Auflösung über dem gesamten digitalen Bilddetektor zu erhalten.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren der Auflösung eines digitalen Bildgebungssystems (100), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Gewinnen einer anfänglichen Auflösungskennlinie eines in dem Bildgebungssystem zu verwendenden digitalen Bilddetektors (109); gekennzeichnet durch: Gewinnen eines Auflösungsgewichtungskoeffizienten für das digitale Bildgebungssystem (100) auf der Basis einer Soll-Auflösungskennlinie des digitalen Bilddetektors (109) und der anfänglichen Auflösungskennlinie des digitalen Bilddetektors (109); und Verwenden des Auflösungsgewichtungskoeffizienten zum Kalibrieren der Auflösung des digitalen Bildgebungssystems (100).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Gewinnung des Auflösungsgewichtungskoeffizienten die Ermittlung mehrerer Gewichtungskoeffizienten für ein erstes räumliches Frequenzband umfasst.
Bildgebungssystem, das eine Auflösungssteuerung über einem digitalen Bilddetektor (109) bereitstellt, wobei das Bildgebungssystem aufweist: eine Auflösungsmesseinheit, welche wenigstens eine Auflösungskennlinie eines digitalen Bilddetektors gewinnt, der Bilddaten sammelt; gekennzeichnet durch einen Prozessor, der wenigstens einen Gewichtungskoeffizienten auf der Basis einer vorbestimmten gewünschten Auflösung des digitalen Bilddetektors (109) und wenigstens einer Auflösungskennlinie des digitalen Bilddetektors (109) berechnet, um eine Auflösungssteuerung bereitzustellen.
Bildgebungssystem nach Anspruch 3, wobei der Prozessor mehrere Gewichtungskoeffizienten auf individuelle Bereiche des ersten räumlichen Frequenzbandes anwendet.
Bildgebungssystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Prozessor ein zusätzliches räumliches Frequenzband der Bilddaten ermittelt und einen zusätzlichen Gewichtungskoeffizienten auf das zusätzliche räumliche Frequenzband anwendet, wobei der zusätzliche Gewichtungskoeffizient auf der gewünschten Auflösung des digitalen Bilddetektors (109) und der gemessenen Auflösung des digitalen Bilddetektors (109) basiert.