DE69308024T2

DE69308024T2 - Verfahren und Anordnung zur Lokalisierung von gesättigten Bildelementen auf einer Röntgenbildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69308024T2
Application number: DE69308024T
Authority: DE
Inventors: Tom Buytaert; De Velde Stefan Van
Original assignee: Agfa Gevaert NV
Current assignee: Agfa HealthCare NV
Priority date: 1993-11-23
Filing date: 1993-11-23
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2013-11-24
Also published as: JP3662283B2; JPH07226882A; DE69420516T2; EP0654761B1; US6356652B1; DE69420516D1; JPH07222142A; JP3538244B2; US6249596B1; EP0654761A1; DE69308024D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der digitalen Röntgenographie. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige eines Röntgenbildes und zur Lokalisierung von gesättigten Bildelementen im angezeigten Bild.

Stand der Technik

Auf dem Gebiet der digitalen Röntgenographie ist eine Vielzahl von Bilderfassungstechniken entwickelt worden, wie beispielsweise rechnergestützte Tomographie, kernmagnetische Resonanz, Ultraschall, Erkennung eines Strahlungabildes mittels eines CCD-Sensors oder einer Videokamera, Röntgenfilmabtastung usw. Mit diesen Verfahren wird eine digitale Darstellung eines Röntgenbildes erhalten.
In einem weiteren Verfahren wird ein Strahlungsbild, beispielsweise ein Bild von Röntgenstrahlen nach Durchstrahlung eines Objekts in einem Bildschirm mit einem photostimulierbaren Leuchtstoff wie beispielsweise einem der in dem am 16.09.92 veröffentlichten EP-A-503 702 beschriebenen Leuchtstoffe gespeichert. Das Verfahren zum Auslesen des gespeicherten Strahlungsbildes besteht aus der Abtastung des Bildschirmes mit stimulierender Strahlung wie beispielsweise Laserlicht mit der entsprechenden Wellenlänge, Erkennen des bei Stimulierung abgegebenen Lichts und Umwandeln des abgegebenen Lichts in eine elektrische Darstellung, beispielsweise mittels eines Photovervielfachers, und abschließende Digitalisierung des-Signals.
Die durch eines der oben beschriebenen Erfassungsverfahren erhaltenen Digitalbilder können einer Vielzahl von Bildverarbeitungsverfahren unterworfen werden.
Wenn die unverarbeitete Originalbilddarstellung gespeichert wird, kann sie so oft wie erforderlich rechnerunabhängig unterschiedlichen Arten von Bildverarbeitungsverfahren und auch der Verarbeitung unter Verwendung von unterschiedlichen Werten der Verarbeitungsparameter unterworfen werden.
Die verarbeiteten bzw. unverarbeiteten Bilder können weiterhin an eine Anzeigevorrichtung angelegt werden und/oder können mittels eines Bildrekorders wie beispielsweise einem Laserrekorder oder dergleichen wiedergegeben werden.
Zum Zweck der Anzeige und/oder Hartkopieaufzeichnung werden Signalwerte in Dichtewerte umgewandelt, die entsprechend einer Signal-Dichte-Abbildungskurve, die eine vorbestimmte Form zwischen einem minimal und einem maximal anzeigbaren oder wiedergebbaren Dichtewert aufweist, in der Anzeige oder Hartkopie erwartet werden.
Vor der Anzeige oder Hartkopieaufzeichnung wird das Bild gewöhnlich einer Fenster-/Nivellierungsoperation unterworfen. Es wird ein Teilgebiet innerhalb des Gesamtgebietes erfaßter Signalwerte definiert. Innerhalb dieses Bereichs werden Signalwerte auf Dichtewerte zwischen den besagten Mindest- und Höchstdichtewerten abgebildet und außerhalb dieses Bereichs werden Signalwerte auf den Mindestdichtewert abgebildet, wenn sie kleiner als der Mindestwert des besagten Teilbereichs sind, und auf den Höchstdichtewert, wenn sie größer als der Höchstwert im besagten Teilbereich sind.
Die Bestimmung dieses Teilbereichs, d.h. seiner Lage und seiner Breite im Bezug auf den Gesamtbereich erfaßter Signalwerte, kann beispielsweise als eine spezifische Eigenschaft einer bestimmten Untersuchungsart vordefiniert werden.
Als Alternative kann die Breite und Lage des Bereichs, die auch mit Fenster und Höhe bezeichnet werden, unter Sichtkontrolle durch Anlegen des erfaßten Bildsignals an einen Monitor, beispielsweise Teil eines Arbeitsplatzes und durch Ändern der Helligkeit und des Kontrasts des besagten Monitors, bis die Anzeige ein den Bediener zufriedenstellendes Bild bietet, bestimmt werden.
Kontrast- und Helligkeitsregelung verschieben die Signal-Dichte-Umwandlungskurve im Verhältnis zum erfaßten Signalbereich.
Kontrast und Helligkeit werden so eingestellt, daß die Anzeige ein optisches Bild bietet, in dem im diagnostisch relevanten Bereich Bildeinzelheiten erkennbar sind.
Es ist vorteilhaft, daß die Form der Signal- Dichte-Abbildungskurve zwischen den schon erwähnten Mindest- und Höchstdichtewerten der Form der Kennlinie eines Röntgenfilms ähnelt, da der Röntgenologe die Eigenschaften, insbesondere die Sensitometrie des herköxnmlichen Röntgenfilms kennt.
Für Anzeigezwecke ist es weiterhin vorteilhaft, eine Kompensation für nichtlineares Verhalten der Anzeigevorrichtung in die Signal-Dichte-Transformation einzubauen.
Wegen des Digitalisierungsvorganges am Eingang einer Anzeigevorrichtung, die gewöhnlich eine Dynamik aufweist, die geringer als der Bereich erfaßter Bildelementwerte ist, wird mehr als ein Originalbildelementwert auf einen einzelnen Eingangswert für die Anzeigevorrichtung abgebildet. Dieser Eingangswert der Anzeigevorrichtung wird dann später in einen einzigen Dichtewert umgewandelt, so daß verschiedene Originalbildelementwerte abschließend auf einen einzelnen Dichtewert abgebildet werden.
Solche Bildelemente, die von unterschiedlichen Originalbildelementwerten herrühren und auf einen einzigen Dichtewert in der Anzeige abgebildet werden, werden hiernach als "gesättigte Bildelemente" bezeichnet.
In gesättigten Bildelementbereich können keine Unterschiede zwischen Dichtewerten, die von Bildelementen mit unterschiedlichen Bildelementwerten herrühren, erkannt werden, so daß wertvolle Informationen verloren gehen könnten.
In EP-A-445 450 wird ein Bildprozessor beschrieben, wodurch zur Minderung von Sättigungsproblemen einen Schwellwert überschreitende Quellintensitätswerte an einen mathematischen Algorithmus angelegt werden.
Zusätzlich ist es möglich, daß die gesättigten Bildelemente nicht als "gesättigt" erkannt werden, da aufgrund der begrenzten Dynamik der Anzeigevorrichtungen des Standes der Technik eine Unterscheidung zwischen einem gesättigten Bildbereich und einem nichtgesättigten Bildbereich oder Bildelementen auf dem Bildschirm schwierig ist.
Bei Auswertung eines Röntgenbildes auf einer Anzeige ist sich also der Röntgenologe unter Umständen nicht der Tatsache bewußt, daß entsprechende Bildelemente gesattigt worden sind und daß sich die effektive Dichte dieser Bildelemente in der Tat von der im angezeigten Bild sehbaren Dichte unterscheidet.
Weiterhin werden bei der Herstellung einer Hartkopie eines Bildes (unter Verwendung der obigen Abbildungskurve), in dem gesättigte Bereiche in einem Hartkopie-Wiedergabemedium wie beispielsweise einem photographischen Film vorliegen, die gesättigten Bereiche aufgrund der größeren Dynamik des Hartkopiematerials im Verhältnis zu der der Anzeigevorrichtung sichtbar. Gesättigte Bereiche wirken sich während der Bilddeutung ziemlich störend aus.

Aufgaben der vorliegenden Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung des Ortes von Bildelementen, die gesättigt sind, in einem System bereitzustellen, in dem ein Röntgenbild in der Form einer digitalen Signaldarstellung erfaßt wird und in dem das Röntgenbild auf einer Anzeigevorrichtung sichtbar gemacht wird.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein Bild so anzuzeigen, daß Bildelemente, die für den diagnostischen Auswertungsprozeß eines Röntgenbildes von Wichtigkeit sind, nicht gesättigt werden.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein solches Verfahren zur Anwendung auf einem Anzeigemonitor eines Arbeitsplatzes bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein solches Verfahren zur Anwendung in einem System bereitzustellen, in dem ein Röntgenbild in einem photostimulierbaren Leuchtschirm gespeichert wird und in dem der besagte Schirm mit stimulierender Bestrahlung abgetastet wird, das bei Bestrahlung abgegebene Licht erkannt wird und in eine Digitalsignaldarstellung umgewandelt wird.
Weitere Aufgaben werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung des Ortes von Bildelementen in einem Röntgenbild, die gesättigt werden, wenn digitale Bildelementwerte des besagten Bildes gemäß einer ersten Signal-Dichte-Transformation in Dichtewerte umgewandelt werden, mit folgenden Schritten:
- Umwandeln der digitalen Bildelementwerte des besagten Röntgenbildes in Dichtewerte gemäß einer zweiten Signal- Dichte-Transformation, die im wesentlichen mit der besagten ersten Transformation identisch ist, mit der Ausnahme, daß sie mindestens eine Sprungstelle in einem Bildelementwert entsprechend einem Bildelement des besagten Bildes, das gesättigt sein würde, wenn es nach der besagten ersten Transformation umgewandelt wird, umfaßt, und
- Anlegen von entsprechend der besagten zweiten Transformation umgewandelten Bildelementwerten an eine Anzeigevorrichtung.
In diesem Zusammenhang sind mit dem Begriff "gesättigte Bildelemente" Bildelemente gemeint, die von unterschiedlichen Bildelementwerten herrühren, die während des Diskretisierungsvorganges am Eingang der Anzeigevorrichtung in einen einzigen Eingangswert für die Anzeigevorrichtung umgewandelt werden. Diese unterschiedlichen Bildelementwerte werden dann weiter in einen einzigen Dichtewert umgewandelt.
Durch Auswertung der Signal-Dichte-Abbildungstransformation lassen sich die Bildelementwerte finden, die, wenn sie entsprechend dieser Transformation umgewandelt werden, gesättigte Bildelemente ergeben würden. Der Ort der gesättigten Bildelemente im Bild läßt sich jedoch nicht durch einfache Auswertung der Transformation finden. Anzeige des Bildes nach den Verfahrensschritten der vorliegenden Erfindung bietet eine Sichtbarmachung des Ortes gesättigter Bildelemente.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung besteht die Signal-Dichte-Transformation im allgemeinen aus der Kombination einer Transformation, bei der Signalwerte in diskrete Eingangswerte für die Anzeigevorrichtung abgebildet werden, und einer Transformation, die Eingangswerte der Anzeigevorrichtung in Dichtewerte umwandelt, wobei die letztere Transformation häufig eine nichtlineare Transformation ist, die zusätzlich kompensiert werden kann.
Durch Transformieren der Original-Digitalbilddarstellung entsprechend der besagten zweiten Transformation mit einer Sprungstelle(n) in (einem) Abszissenwert(en), der (die) durch die erste Transformation in einen Ordinatenwert transformiert werden würde, in den mehr als ein unterschiedlicher Abszissenwert transformiert werden würde, (wobei die entsprechenden Bildelemente in der Anzeige "gesättigte Bildelemente" sind), und durch Anzeigen der nach der besagten zweiten Transformation transformierten Bildelemente wird der Ort der gesättigten Bildelemente in der Anzeige erkennbar.
Die Sprungstelle kann in einem einzelnen Bildelementwert vorliegen. Als Alternative kann mehr als eine Sprungstelle in getrennten Bildelementen vorliegen und als weitere Alternative kann die Transformation über einen Bereich von Bildelementwerten diskontinuierlich sein.
Der Ordinatenwert der zweiten Transformation in (einer) Sprungstelle(n) kann wie folgt eingestellt werden:
in einer sich forlaufend entwickelnden Transformation kann eine Sprungstelle vorliegen, an der ein Abszissenwert auf den maximal anzeigbaren Dichtewert (bzw. Intensitätswert) abgebildet wird, so daß gesättigte Bildelemente als schwarze Bildelemente auf der Anzeigevorrichtung sichtbar sind. Als Alternative oder zusätzlich kann an der Sprungstelle der Umwandlungsfunktion ein Abszissenwert in einen Ordinatenwert transformiert werden, der dem minimal anzeigbaren Wert gleich ist, so daß gesättigte Bildelemente als weiße Bildelemente in der Anzeige sichtbar werden.
Weitere Alternativen sind vorstellbar, aber es ist auf jeden Fall am zweckdienlichsten, daß der Ordinatenwert an einer Sprungstelle sich stark vom Ordinatenwert in dieser sprungstelle benachbarten Bildelementen unterscheidet, so daß bei der Umwandlung eines Bildes entsprechend der zweiten Umwandlungstransformation gesättigte Bildelemente durch den großen Unterschied, der zwischen ihrer eigenen Dichte und der Dichte des umgebenden Bereichs besteht, sehr gut sichtbar werden.
In einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die digitale Darstellung des Rzntgenbildes durch Abtasten eines photostimulierbaren Leuchtschirms erhalten, in dem ein Bild gespeichert worden ist, mit stimulierender Bestrahlung, Erfassen des bei Stimulierung abgegebenen Lichts und Umwandeln des erfaßten Lichts in eine Digitalsignaldarstellung.
Bei einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erste Signal-Dichte- Transformation eine Form auf, die als Kombination einer Transformationskurve, die der Kennlinie eines den Röntgenologen bekannten photographischen Films angenähert ist, der nichtlinearen Ausgangskennlinie einer Anzeigevorrichtung und einer Kurve, die eine Kompensation dieser nichtlinearen Kennlinie liefert, erhalten wird.
Die besagte erste Transformation kann dann durch eine monoton ansteigende Funktion mit einer S-Form dargestellt werden, wodurch kleinere Signalwerte als ein vorbestimmter Mindestwert in einen dem minimal anzeigbaren Dichtewert gleichen Wert transformiert werden und über einem vorbestimmten Höchstwert liegende Signalwerte in einen dem maximal anzeigbaren Dichtewert gleichen Wert transformiert werden.
Die zweite Transformation weist dann vorzugsweise im wesentlichen dieselbe Form wie die erste Transformation auf, mit der Ausnahme einer am besagten Mindestwert befindlichen ersten Sprungstelle und einer am besagten Höchstwert befindlichen zweiten sprungstelle.
Der Ordinatenwert von kleineren Bildelementwerten als die Bildelementwerte, in denen sich die besagte erste Sprungstelle befindet, ist dann vorzugsweise gleich dem Höchstwert von anzeigbaren Dichtewerten und der Ordinatenwert von größeren Bildelementwerten als die besagte zweite Sprungstelle ist vorzugsweise gleich dem Mindestwert von anzeigbaren Dichtewerten, so daß sich die Ordinatenwerte stark von den umgebenden Ordinatenwerten unterscheiden, woraus sich eine optimale Sichtbarkeit der Orte von Bildelementen, die bei Anwendung der ersten Transformation gesättigt werden, ergibt.
Wenn der (die) Ort(e) von sogenannten gesättigten Bildelementwert(en) auf dem angezeigten Bild erkannt wird (werden), kann der Röntgenologe bzw. der Bediener bewerten, ob die Tatsache, daß die georteten Bildelemente gesättigt sind, sich störend auf den diagnostischen Auswertungsvorgang auswirkt.
Anders gesagt wird er in der Lage sein, zu entscheiden, ob durch das Vorhandensein von Sättigung an diesen Orten, so daß es unmöglich wird, den genauen Dichtewert an diesen Orten zu erkennen, irgendwelche diagnostisch relevanten Informationen verloren sein könnten. Diese Auswertung ist von der durchgeführten Untersuchungsart und von der erwarteten Diagnose abhängig.
Sollten die genauen Bildelementwerte in einem gesättigten Bereich für Diagnosezwecke relevant sein, kann der Bediener bzw. Röntgenologe entscheiden, daß die erste Transformation, die die Ursache für die in der Anzeige erscheinende Sättigung ist, unzufriedenstellend ist und er könnte sich entscheiden, diese erste Transformationskurve abzuändern, um Sättigung an diagnostisch relevanten Stellen zu vermeiden.
In einer praktischen Ausführungsform wird diese Änderung durch Ändern der Werte in der diese Transformation darstellenden Nachschlagetabelle realisiert.
Eine geeignete Änderung kann beispielsweise durch Erhöhen der Steigung der besagten ersten Umwandlungstransformation erhalten werden, so daß örtlich weniger Bildelementwerte auf einen einzigen Ordinatenwert abgebildet werden und Variationen zwischen einzelnen Bildelementwerten erkennbar werden.
In der Praxis wird das Verfahren häufig iterativ sein, wobei ein durch Umwandlung von Bildelementwerten entsprechend einer ersten Transformation erhaltenes Bild angezeigt wird. Danach werden die Bildelementwerte einer zweiten Transformation mit mindestens einer Sprungstelle unterworfen, die sich an den Abszissenwerten von gesättigten Bildelementen befindet.
Das sich aus der Anzeige der transformierten Bildelementwerte nach der zweiten Transformation ergebende Bild und insbesondere der Ort gesättigter Bildelemente wird ausgewertet. Wenn notwendig wird die erste Umwandlungskurve geändert, um Bildelemente in diagnostisch relevanten Bereichen aus der Sättigung zu holen. Als nächstes wird eine geänderte 'zweite Umwandlungskurve' definiert und der Vorgang kann von neuem beginnen. Diese Abfolge wird solange wiederholt, bis auf der Anzeige ein zufriedenstellendes Bild erhalten wird. Abschließend kann das angezeigte Bild an einen Hartkopierekorder angelegt werden, um ein Hartkopiebild, beispielsweise auf Film zu erhalten.
Dem Fachmann wird klar sein, daß die Abänderungen der Signal-Dichte-Transformation ebenfalls an der zweiten Transformation durchgeführt werden könnten und daß dann diese zweite Transformation zum Transformieren der Bildelementwerte des Röntgenbildes in anzeigbare Dichtewerte benutzt wird.
Die vorliegende Erfindung wird auf einem Arbeitsplatz durchgeführt, der folgendes umfaßt:
- Mittel zum Speichern einer ersten Signal-Dichte- Transformation,
- Mittel zum Speichern einer zweiten Signal-Dichte- Transformation, die im wesentlichen mit der ersten Transformation identisch ist, mit der Ausnahme, daß sich mindestens eine Sprungstelle in (einem) Bildwert(en) befindet, der (die) bei Umwandlung entsprechend der besagten ersten Transformation gesättigt war(en),
- Mittel zum Transformieren einer Digitalbilddarstellung gemäß einer dieser Transformationen,
- Mitteln zum Anzeigen der transformierten Bilder.
Der Arbeitsplatz kann zusätzlich eine Benutzeroberfläche umfassen, die zum Ändern der Lage der besagten Sprungstelle(n) innerhalb des Bereichs von Signalwerten der besagten Digitaldarstellung und zum Ändern der Breite des Bereichs, innerhalb der die besagte zweite Transformation diskontinuierlich ist, geeignet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Einzelheiten bezüglich des Verfahrens und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden unten anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
Figur 1 im allgemeinen ein System, in dem das Verfahren der Erfindung angewandt werden kann,
Figur 2 eine spezifische Ausführungsform einer Vorrichtung zum Auslesen eines in einem photostimulierbaren Leuchtschirm gespeicherten Bildes,
Figur 3 ein Beispiel einer Signal-Dichte- Transformation der ersten Art,
Figur 4 ein Beispiel einer Signal-Dichte- Transformation der zweiten Art.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt allgemein eine Vorrichtung, in der das Verfahren der Erfindung angewandt werden kann.
Ein Strahlungsbild eines Objekts wurde durch Belichten (2) eines photostimulierbaren Leuchtschirms (3) mit das (nicht gezeigte) Objekt durchstrahlenden Röntgenstrahlen auf dem besagten Schirm aufgezeichnet. Der stimulierbare Leuchtschirm wurde in einer Kassette (4) transportiert, die mit einem elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM - electrically erasable programmable read only memory) (5) versehen war. In einer Identifikationsstation (6) wurden verschiedene Arten von Daten, beispielsweise Patientenidentifikationsdaten (Name, Geburtsdatum) und die Belichtung und/oder die Signalverarbeitung betreffende Daten wie beispielsweise Verarbeitungsparameter in den EEPROM (5) eingeschrieben.
In einer Strahlungsbild-Auslesevorrichtung (1) wurden die im EEPROM gespeicherten Informationen und das im photostimulierbaren Leuchtschirm gespeicherte Bild ausgelesen. Das Ausleseverfahren ist in der Figur 2 dargestellt. Das gespeicherte Bild wurde durch Abtasten des Leuchtschirms mit von einem Laser 16 abgegebenen stimulierenden Strahlen ausgelesen. Die stimulierenden Strahlen wurden mittels galvanometrischer Ablenkung 17 in die Hauptabtastrichtung abgelenkt. Die Unterabtastung wurde durch Transportieren des Leuchtschirms in die Unterabtastungsrichtung 18 durchgeführt. Die stimulierte Abstrahlung wurde zur Umwandlung in eine elektrische Bilddarstellung mittels eines Lichtsammlers 19 auf einen Photovervielfacher 20 gelenkt. Als nächstes wurde das Signal durch eine Abtast- und Halteschaltung 21 abgetastet, in eine logarithmische Größe log E umgewandelt, wobei E den Belichtungswert darstellt, und mittels eines Analog-Digital-Wandlers 22 quantisiert. Das Digitalbildsignal 23 wurde zum Bildverarbeitungsmodul der Auslesevorrichtung (Figur 1, Ziffer 7) gesandt, wo es in einem internen Pufferspeicher gespeichert wurde.
Das Auslesesignal wurde auch zur sofortigen Anzeige nach dem Auslesen an einen Kontrollmonitor 8 angelegt, der einem Bediener eine frühzeitige Rückmeldung über die durchgeführte Belichtung gab.
Die Auslesevorrichtung 1 und das Verarbeitungsmodul 7 waren weiterhin mit einem Arbeitsplatz 11 und zugehöriger Kontrollkonsole 12 verbunden, wo rechnerunabhängige Verarbeitung durchgeführt wurde.
Die Auslesevorrichtung und der zugehörige Prozessor und auch der Arbeitsplatz und die zugehörige Kontrollkonsole waren über einen Pufferspeicher 9 mit einem Ausgaberekorder 10 verbunden.
Die an der Digitaldarstellung des Röntgenbildes entweder in Echtzeit in der Verarbeitungseinheit der Auslesevorrichtung oder rechnerunabhängig am Arbeitsplatz durchgeführte Bildverarbeitung wurde in dieser besonderen Ausführungsform an einer Multiskalendarstellung und insbesondere an einer pyramidalen Multiskalendarstellung des Bildes durchgeführt.
Diese Multiskalendarstellung wurde durch Zerlegen des Originalbildes in eine Folge von Einzelbildern mit mehreren Auflösungsstufen und ein Restbild mit einer niedrigeren Auflösungsstufe als dem Mindestwert der besagten mehreren Auflösungsstufen erhalten. Die Anzahl von Bildelementen in jedem Einzelbild verringert sich bei jeder gröberen Auflösungsstufe.
Die Einzelbilder mit nacheinander gröberen Auflösungsstufen wurden als Ergebnis jeder von K Wiederholungen der folgenden Schritte erhalten:
a) Berechnen eines Annäherungsbildes auf einer nächstgröberen Stufe durch Anwenden eines Tiefpaßfilters auf das der gegenwärtigen Iteration entsprechende Annäherungsbild und Unterabtastung des Ergebnisses im Verhältnis zur Verringerung der Ortsfrequenzbandbreite, jedoch unter Verwendung des Originalbildes als Eingabe in das besagte Tiefpaßfilter im Verlauf der ersten Iteration;
b) Berechnen eines Einzelbildes als die bildelementweise Differenz zwischen dem der gegenwärtigen Iteration entsprechenden Annäherungsbild und dem gemäß dem Verfahrensteilschritt a) berechneten Annäherungsbild auf einer nächstgröberen Auflösungsstufe, wobei beide Bilder durch richtige Interpolation des letzteren Bildes zueinander ausgerichtet werden.
Das Restbild ist dann dem durch die letzte Iteration erzeugten Annäherungsbild gleich.
Das obige Verfahren und auch andere Beispiele von Verfahren zur Erfassung einer solchen Multiskalendarstellung sind in der europäischen Patentanmeldung EP-A-527 525 beschrieben worden.
Als nächstes wurden die Bildelementwerte der besagten Einzelbilder einem Modifikationsschritt unterworfen, um Bildelementwerte einer Menge modifizierter Einzelbilder zu ergeben. Die Bildelementwerte der Einzelbilder wurden entsprechend mindestens einer nichtlinear monoton steigenden ungeradzahligen Umrechnungsfunktion mit einer Steigung, die sich bei zunehmenden Argumentwerten allmählich verringert, modifiziert.
Beispiele solcher Umrechnungsfunktionen sind auch in der oben erwähnten europaischen Patentanmeldung EP-A-527 525 offenbart.
Abschließend wurde durch Anwenden eines Rekonstruktionsalgorithmus auf das Restbild und die modifizierten Einzelbilder ein verbessertes verarbeitetes Bild berechnet, wobei der Rekonstruktionsalgorithmus derart beschaffen ist, daß, wenn er auf das Restbild und die Einzelbilder ohne Modifikation angewandt werden würde, das besagte Originalbild oder eine gute Näherung desselben erhalten werden würde.
In dieser bestimmten Ausführungsform wurde dieser Rekonstruktionsalgorithmus durch K-malige Wiederholung des folgenden Verfahrens berechnet, beginnend mit dem gröbsten Einzelbild und dem Restbild:
- Berechnen des Annäherungsbildes auf der gegenwärtigen Auflösungsstufe durch bildelementweise Addierung des Einzelbildes mit derselben Auflösungsstufe zum Annäherungsbild mit der gröberen Auflösungsstufe entsprechend der vorherigen Iteration, wobei beide Bilder durch richtige Interpolation des letzteren Bildes zueinander ausgerichtet werden, jedoch unter Benutzung des Restbildes anstatt des besagten gröberen Annäherungsbildes im Verlauf der ersten Iteration.
Alternative Rekonstruktionsverfahren sind auch in der oben erwhnten europäischen Patentanmeldung EP-A-527 525 beschrieben.
Bei manchen Anwendungen schützen die Röntgenobgen ihre Subjekte gegen unnötige Bestrahlung mit Röntgenstrahlen durch Verwendung von röntgenundurchlässigem "Kollimations-"Material. Das Material wird so in den Röntgenstrahlengang gelegt, daß es diejenigen Bereiche des Patienten abschirmt, die nicht als diagnostisch wichtig erachtet werden. Abgesehen von der Verringerung der Patientendosis hat dieses Verfahren den zusätzlichen Vorteil, die Menge von Streustrahlung im interessierenden Bildgebiet zu begrenzen. Die Gebiete des resultierenden Bildes, die den vom röntgenundurchlässigen Material geworfenen Schatten umfassen (Schattengebiete), werden nur mit Streustrahlung belichtet.
Das Vorhandensein des Kollimationsschattengebietes kann jedoch bei der Anzeige des Röntgenbildes auf Film oder auf einer Anzeigevorrichtung ein Problem verursachen. Das Schattengebiet ist darin relativ hell und wenn es unverändert angezeigt wird, kann es aufgrund von Blenden die Diagnose subtiler Wunden behindern, besonders wenn das unbelichtete Gebiet relativ groß ist.
In der europaischen Patentanmeldung EP-A-523 771 ist vorgeschlagen worden, das interessierende Gebiet festzulegen und dann Signalwerte des Röntgenbildes so in entweder als Softkopie auf einer Anzeigevorrichtung oder als Hartkopie auf Film anzuzeigende Dichtewerte umzuwandeln, daß außerhalb der diagnostisch relevanten Zone liegende Bildelemente sichtbar gemacht werden, so daß das vom besagten Bildteil bei Betrachtung der Hartkopie auf einem Konsolenbildschirm oder bei ihrer Anzeige übertragene Licht effektiv ausgeblendet wird.
Nach einer in diesem Patent beschriebenen Ausführungsform werden die elektrischen Signale der innerhalb der diagnostisch nicht relevanten Bildzone im Röntgenbild enthaltenen Bildelemente in Dichtewerte im Bereich zwischen 0,5 und 2,5 umgewandelt.
Bei Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens sind jedoch die Informationen innerhalb dieser diagnostisch irrelevanten Zone nicht länger sichtbar.
Und obwohl die Röntgenologen darüber erfreut sind, daß der durch das durch das irrelevante Gebiet durchgelassene Licht erzeugte Blendungseffekt verringert ist, würden sie doch lieber mindestens einen Eindruck der Informationen behalten, die in dem diagnostisch irrelevanten Bereich vorlagen.
In der vorliegenden bestimmten Ausführungsform wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß die Bildelementwerte des Röntgenbildes so umgewandelt wurden, daß die außerhalb der diagnostisch relevanten Zone liegenden Bildelemente so sichtbar gemacht oder wiedergegeben werden, daß das vom besagten Bildteil durchgelassene Licht, wenn die Hartkopie auf einem Konsolenbildschirm betrachtet wird oder wenn sie angezeigt wird, verringert wird (so daß der durchschnittliche Helligkeitspegel der irrelevanten Zone herabgesetzt wird), während die rohen anatomischen Informationen der Röntgenbildteile im diagnostisch irrelevanten Gebiet sichtbar bleiben.
Diese Wirkung wurde dadurch erhalten, daß Bildelemente des Röntgenbildes anders verarbeitet wurden, wenn sie sich im interessierenden Gebiet befanden, als wenn sie sich in der diagnostisch irrelevanten Zone befanden.
Um eine unterschiedliche Verarbeitung von Bildelementen innerhalb des relevanten Bildteiles und von Bildelementen außerhalb eines interessierenden Gebiets zu ermöglichen, muß zuerst entschieden werden, welche Bildelemente in das interessierende Gebiet gehören.
Für die Erkennung eines interessierenden Gebietes sind mehrere Verfahren entwickelt worden. In der europäischen Patentanmeldung EP-A-523 771 ist eine Anzahl von Verfahren zur Abgrenzung der diagnostisch relevanten Zone von Hand in einem Röntgenbild beschrieben worden.
Das in dieser besonderen Anmeldung angewandte Verfahren ist ein Verfahren zur automatischen Bestimmung des interessierenden Gebiets. Dieses Verfahren ist vollständig in der am 11. Februar 1993 eingereichten europäischen Patentanmeldung EP-A-610 605 beschrieben worden.
Nach diesem Verfahren wurde die Information, ob ein Bildelement Teil des interessierenden Gebietes war oder nicht, mittels eines Überlagerungsbildes erteilt. Dieses Überlagerungsbild ist ein binäres Bild niedriger Auflösung mit Etiketten, die ein Bildelement als zum interessierenden Gebiet gehörend oder nicht kennzeichnen.
Zur irrelevanten Bildzone gehörende Bildelemente wurden einer zusätzlichen Nachschlagetabelle unterworfen, die eine Umrechnung darstellte, die vorsah, (1) daß die Durchschnittshelle und der Durchschnittskontrast außerhalb des interessierenden Gebietes verringert wird und (2) daß rohe Bildinformationen in diesem Gebiet erhalten bleiben und sichtbar gemacht werden.
Für diesen Zweck werden Bildelemente innerhalb der relevanten Bildzone mittels einer Identitätstransformation umgewandelt, während Bildelemente außerhalb der diagnostisch relevanten Zone nach einer Umrechnungsfunktion umgewandelt werden, die durch eine gerade Linie dargestellt werden kann, die sich oberhalb der Identitätstransformation befindet und eine Steigung von zwischen 0 und 1 aufweist, so daß außerhalb der diagnostisch relevanten Zone liegende Bildelemente in eine höhere Durchschnittsdichte als die des Restes des Bildes umgerechnet werden und damit Bildinformationen in diesem Teil des Bildes nicht verloren gehen.
Diese Umwandlung kann im allgemeinen folgendermaßen dargestellt werden:
g(x,y)=af(x,y)+(1-a)fmax, wobei g(x,y) ein Bildelementwert nach Transformation, f(x,y) der Bildelementwert vor der Umrechnung und 'a' die Steigung der auf Bildelemente außerhalb des interessierenden Gebietes angewandten Umrechnungsfunktion ist, fmax gleich gmax. Die Steigung 'a' weist einen Wert zwischen null und eins auf und bestimmt die Mindestdichte, in die Bildelementwerte der diagnostisch irrelevanten Zone umgewandelt werden können.
In der vorliegenden spezifischen Ausführungsform, in der das Röntgenbild zuerst einer Zerlegung in eine pyramidale Multiskalendarstellung unterworfen wurde, die dann modifiziert und abschließend auf einen Rekonstruktionsvorgang angewandt wurde, wurde diese zusätzliche Umwandlung von Bildelementen außerhalb der relevanten Bildzone (implementiert als Nachschlagetabelle) auf die Bildelemente eines teilweise rekonstruierten Bildes angewandt, unter Berücksichtigung der Information, ob ein Bildelement Teil des interessierenden Gebietes ist oder nicht. Wobei die letztere Information durch die aus dem oben erwähnten Überlagerungsbild verfügbare Information angelegt wurde.
Das modifizierte teilweise rekonstruierte Bild, das der obigen zusätzlichen Transformation unterworfen wurde, wurde dann weiterhin dem Rest des in der europäischen Patentanmeldung EP-A-527 525 beschriebenen Rekonstruktionsvorganges unterworfen, um ein vollständig rekonstruiertes und verarbeitetes Bild zu erzeugen.
Dieses Bild wurde natürlich vor Wiedergabe und/oder Anzeige einer Gradationsverarbeitung unterworfen.
Blockbildungsartefakte, die durch die besondere Beschaffenheit des Überlagerungsbildes verursacht wurden, das durch Anwendung des in der europaischen Patentanmeldung EP-A-610 605 offenbarten Verfahrens erhalten wurde, nämlich dadurch, daß das Überlagerungsbild ein binäres Bild niedriger Auflösung ist, werden durch Transformation des binären Überlagerungsbildes in ein mehrwertiges Überlagerungsbild durch Anwendung von Tiefpaßfilterung vermieden. Ein allmählicher Übergang der angewandten Abbildungstransformationen wurde für Bildelemente außerhalb des interessierenden Gebietes vorgesehen. Die Steigung und der Schnittpunkt der angewandten Abbildungstransformation wurde durch den Bildpunktwert im Überlagerungsbild gesteuert, das anstatt binär mehrwertig ist. Die angewandte Abbildungstransformation weist eine maximale Steigung im Schattengebiet des Kollimationsmaterials auf und ist der Identitätsabbildung im diagnostisch relevanten Bildgebiet gleich. Diese Transformation läßt sich mathematisch wie folgt ausdrücken:
wobei f(x,y) Bildelementwerte vor Transformation sind, c(x,y) für Bildelemente innerhalb des interessierenden Gebietes gleich null ist und für Bildelemente innerhalb des Kollimationsschattengebietes gleich 63 ist und 'a' die Abbildungssteigung innerhalb des Kollimationsschattengebietes darstellt.
- Wenn 'a' gleich 1 ist, dann ist g(x,y) überall im Bild gleich f(x,y), oder anders gesagt, es gibt keinen Unterschied zwischen Bildelementen innerhalb des interessierenden Gebietes oder innerhalb der Kollimationsschattenzone.
- Wenn beispielsweise 'a' gleich 1/3 ist, dann ist im interessierenden Gebiet c(x,y) gleich null und g(x,y) gleich f(x,y) und außerhalb des interessierenden Gebiets ist c(x,y) gleich 63, so daß g(x,y)=af(x,y)+(1-a)fmax.
Bei der oben erwähnten Tiefpaßfilterung nimmt c einen Wert zwischen null und 63 an, so daß ein allmählicher Übergang zwischen beiden Abbildungen erhalten wird.
- Wenn 'a' gleich null ist, dann ist g(x,y) gleich fmax im Kollimationsschattengebiet.
Die an den Bildelementen in der diagnostisch irrelevanten Zone durchgeführte spezifische Verarbeitung läßt sich sowohl on-line als auch am Arbeitsplatz durchführen.
Das folgende ist eine Erläuterung des Verfahrens zur Lokalisierung von gesättigten Bildelementen in der Anzeige des Röntgenbildes am Arbeitsplatz.
Im Arbeitsplatz wurde der Signalbereich, der durch die von dem oben beschriebenen Auslesesystem erfaßten Originalbildsignalwerte belegt wurde, auf den dynamischen Bereich der Anzeigevorrichtung abgebildet, der kleiner als der Bereich der Originalsignalwerte war. Als nächstes wurden die abgebildeten Signalwerte in entsprechende Dichtewerte transformiert, entsprechend einer nichtlinearen Transformationskurve, die für die benutzte Anzeigevorrichtung (Kathodenstrahlröhrenvorrichtung) charakteristisch war. Auch wurde eine Kompensation für das nichtlineare Verhalten der Kathodenstrahl röhrenvorrichtung angewandt.
Die Figur 3 zeigt eine Signal-Dichte-Transformation, die im allgemeinen einen monoton ansteigenden Weg aufweist. Bildelemente mit einem kleineren Bildelementenwert als Pmin werden auf einen Mindestdichtewert Dmin abgebildet, während Bildelemente mit einem größeren Bildelementwert als Pmax auf einen Höchstdichtewert Dmax abgebildet werden.
Wenn ein aus einem belichteten photostimulierbaren Leuchtschirm ausgelesenes Bild entsprechend der obigen Transformation umgewandelt wurde und wenn das umgewandelte Bild zur Anzeige an den Monitor angelegt wurde, waren Bildelemente mit kleineren Signalwerten Pmin oder größeren Werten als Pmax gesättigt.
Die gesättigten Bildelemente befanden sich im allgemeinen innerhalb eines Bereichs mit niedriger Dichte (mit Bildelementen mit sehr hellen Grautönen) oder innerhalb eines sehr dunklen Bereichs (mit Bildelementen mit sehr dunklen Grautönen), so daß die gesättigten Bildelemente nicht von den nichtgesättigten Bildelementen im umgebenden Bereich mit Dichtewerten an den extremen Enden des anzeigbaren Dichtebereichs unterscheidbar waren.
So war es für den Röntgenologen unmöglich, im angezeigten Bild auf dem Bildschirm zu unterscheiden, welche Stellen von gesättigten Bildelementen belegt waren und welche nicht. Es war dem Röntgenologen oder Techniker infolgedessen nicht möglich, zu bewerten, ob die Tatsache, daß einige Bildelemente in der Anzeige gesättigt waren, annehmbar war, da sich diese Bildelemente in diagnostisch irrelevanten Bildzonen befanden oder alternativ, ob diagnostisch wichtige Informationen verloren gegangen waren.
Zur Lösung dieses Problems wurden die Bildwerte nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung noch einmal nach einer in Figur 4 gezeigten zweiten Transformationskurve auf Dichtewerte abgebildet.
Der Verlauf dieser Kurve wurde vom Verlauf der ersten Transformationskurve abgeleitet. Insbesondere war der Verlauf dieser zweiten Transformationskurve mit dem Verlauf der Kurve der Figur 3 identisch, mit der Ausnahme, daß an Abszissenwerten, die Bildelementen entsprechen, die sich an Stellen befinden, an denen - bei ihrer Transformation nach der Transformation der Figur 3 und damit in der Abwesenheit dieser Sprungstellen - Sättigung auftreten würde, Sprungstellen vorhanden waren.
Figur 4 zeigt dieselbe Kurve wie Figur 3, nur ist an Stellen von niedrigen Signalpegeln und hohen Signalpegeln der Verlauf der Signal-Dichte-Transformationskurve so abgeändert, daß kleine Signalwerte auf den Höchstdichtewert abgebildet werden und die höchsten Signalwerte auf die minimale auf dem Monitor anzeigbare Dichte abgebildet werden.
Als nächstes wird das Bild, das durch Umwerten seiner Bildelementwerte in entsprechende Dichtewerte entsprechend der Kurve der Figur 4 erhalten wird, angezeigt.
In diesem Bild wurde die Stelle von Bildelementen, die bei ihrer Transformation entsprechend der ersten Transformation gesättigt waren, sichtbar gemacht, da diese Bildelemente nunmehr eine Dichte aufweisen, die sich von der umgebenden Dichte sehr unterscheidet. In der Tat sind Bildelemente entsprechend einem monoton ansteigenden Verlauf auf Dichtewerte abgebildet, während Bildelementwerte unterhalb eines Mindestsignalwertes diskontinuierlich auf die maximale Dichtestufe umgewandelt werden, so daß in der Anzeige Bildelemente, die sich in dem Teil mit niedrigem Signalpegel der Signalachse befinden, auf die maximale anzeigbare Dichte abgebildet werden und im umgebenden Bereich niedriger Dichte erkennbar werden.
Gleicherweise werden im Bereich hoher Signalpegel befindliche Signalwerte diskontinuierlich auf die im angezeigten Bild verfügbare minimale Dichtestufe abgebildet, so daß sie innerhalb eines allgemein dunkelgrauen umgebenden Bereichs als "weiße" Bildelemente erscheinen werden.
Zusätzlich wurde die Funktion über einen (auch Fenster genannten) Bereich von Werten diskontinuierlich gemacht, der sich nicht an den extremen Enden des Bereichs erfaßter Bildelementwerte befand.
Die Höhe und das Fenster dieses diskontinuierlichen Bereichs könnte mittels einer graphischen Benutzeroberfläche beispielsweise so geändert werden, daß der diskontinuierliche Bereich in einen Bereich von Bildelementen verlagert wird, in dem Sättigung auftritt. Bei Anwendung dieser Transformation könnte der Ort gesättigter Bildelemente auf der Anzeigevorrichtung sichtbar gemacht werden.
Bei Bewertung durch den Röntgenologen, ob sich diese gesattigten Bildelemente in einem diagnostisch wichtigen Teil des angezeigten Bildes befinden oder nicht, könnte der Röntgenologe mindestens einige der Werte der die erste Signal-Dichte-Transformationskurve darstellenden Nachschlagetabelle abändern, so daß die Sättigung nicht länger in einer diagnostisch wichtigen Bildzone auftritt.
Die obige Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird hinsichtlich einer Umwandlung von Signalwerten in Dichtewerte gegeben. Dem Fachmann wird klar sein, daß dasselbe Verfahren in Fällen angewandt werden kann, bei denen anstatt von Dichtewerten Intensitätswerte benutzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Ortes von Bildelementen in einem Röntgenbild, die gesättigt werden, wenn digitale Bildelementwerte des besagten Bildes gemäß einer ersten Signal-Dichte-Transformation in Dichtewerte umgewandelt werden, mit folgenden Schritten:

- Umwandeln der digitalen Bildelementwerte des besagten Röntgenbildes in Dichtewerte gemäß einer zweiten Signal- Dichte-Transformation, die im wesentlichen mit der besagten ersten Transformation identisch ist, mit der Ausnahme, daß sie mindestens eine Sprungstelle in einem Bildelementwert entsprechend einem Bildelement des besagten Bildes, das gesättigt sein wurde, wenn es gemäß der besagten ersten Transformation umgewandelt wird, umfaßt, und

- Anlegen von entsprechend der besagten zweiten Transformation umgewandelten Bildelementwerten an eine Anzeigevorrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Differenz zwischen dem Ordinatenwert in (einer) Sprungstelle(n) der besagten zweiten Transformation und dem Ordinatenwert eines Nachbarwertes der besagten Sprungstelle innerhalb der Dynamik der besagten Anzeigevorrichtung so groß wie möglich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ordinatenwert in (einer) Sprungstelle(n) der Höchstwert der Dynamik der besagten Anzeigevorrichtung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ordinatenwert in (einer) Sprungstelle(n) der Mindestwert der Dynamik der besagten Anzeigevorrichtung ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ordinatenwerte entsprechend einem Bereich von Abszissenwerten, in dem die besagte Transformation ein diskontinuierliches Verhalten aufweist, dem Höchstwert der Dynamik der besagten Anzeigevorrichtung gleich sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ordinatenwerte entsprechend einem Bereich von Abszissenwerten, in dem die besagte Transformation ein diskontinuierliches Verhalten aufweist, dem Mindestwert der Dynamik der besagten Anzeigevorrichtung gleich sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die besagte Digitalsignaldarstellung durch Abtasten eines photostimulierbaren Leuchtschirms, in dem ein Bild gespeichert worden ist, mit stimulierender Bestrahlung, Erkennen des bei Stimulierung abgegebenen Lichts und Umwandlung des erfaßten Lichts in eine Digitalsignaldarstellung erhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 11 wobei

- die besagte erste Transformation durch eine monoton zunehmende oder abnehmende Funktion zur Umwandlung von Signalwerten in Dichtewerte dargestellt werden kann, wodurch kleinere Signalwerte als ein vorbestimmter Mindestwert in einen dem minimalen anzeigbaren Dichtewert gleichen Wert transformiert werden und Signalwerte oberhalb eines vorbestimmten Höchstwertes in einen dem maximalen anzeigbaren Dichtewert gleichen Wert transformiert werden, und

- wobei die besagte zweite Transformation im wesentlichen dieselbe Form wie die besagte erste Transformation aufweist, mit der Ausnahme, daß sich am besagten Mindestwert eine erste Sprungstelle und am besagten Höchstwert eine zweite Sprungstelle befindet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Ordinatenwert aller kleineren Bildelementwerte als die besagte erste Sprungstelle gleich dem Höchstwert anzeigbarer Dichtewerte ist und der Ordinatenwert aller größeren Bildelemente als die besagte zweite Sprungstelle gleich dem Mindestwert anzeigbarer Dichtewerte ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Auswertung des Ortes von (einer) Sprungstelle(n) in einem angezeigten, durch Anwenden der besagten entsprechend der besagten zweiten Transformation umgewandelten Signaldarstellung auf die besagte Anzeigevorrichtung erhaltenen Bild die Form der besagten ersten Transformation geändert wird.

11. Arbeitsplatz zur Verarbeitung einer Digitalbilddarstellung und zum Anzeigen eines einer verarbeiteten Digitalbuddarstellung entsprechenden Bildes mit folgendem:

- Mittel zum Speichern einer ersten Signal-Dichte- Transformation,

- Mittel zum Speichern einer zweiten Signal-Dichte- Transformation, die im wesentlichen mit der besagten ersten Transformation identisch ist, mit der Ausnahme von mindestens einer Sprungstelle, die sich an (einem) Bildelementwert(en) befindet, der (die) bei Umwandlung entsprechend der besagten ersten Transformation gesättigt war(en),

- Mittel zum Transformieren einer Digitalbilddarstellung entsprechend der besagten ersten Signal-Dichte-Transformation und dann entsprechend der besagten zweiten Signal-Dichte-Transformation;

- Mittel zum Anzeigen des transformierten Bildes.

12. Arbeitsplatz nach Anspruch 11 mit einer Benutzeroberfläche, die zum Ändern der Lage der besagten Sprungstelle(n) innerhalb des Bereichs von Signalwerten der besagten Digitaldarstellung geeignet ist.

13. Arbeitsplatz nach Anspruch 11 mit Mitteln zum Ändern der Breite eines Bereichs, in der die besagte zweite Transformation diskontinuierlich ist.