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Die
Erfindung betrifft allgemein den Bereich der digitalen Bildverarbeitung
und Erfassung für
Bebilderungssysteme unter Verwendung von Flachbettscannern. Eine
Hauptanwendung der Erfindung betrifft die automatische Digitalisierung
von Kleinformatfilmen, beispielsweise dentalradiografischen Filmen
und die Verarbeitung der Digitalbilder.
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Die
Filmdigitalisierung kann eine kostengünstige und praktische Alternative
zu digitalen radiografischen Ansätzen
sein, wie beispielsweise der Speicherleuchtstoff-Computerradiographie
(CR) oder der direktdigitalen Bilderfassung (CCD). Bei Fehlen einer
digitalen Bilderfassung können
hybride Bebilderungssysteme eine zweckdienliche und kostengünstige Lösung für Zahnmediziner
und Versicherungsgesellschaften sein. Ohne die für direktdigitale Vorrichtungen
erhebliche Kapitalinvestition tätigen
zu müssen,
kann der Zahnmediziner die Vorteile nutzen, die die digitale Modalität bieten
kann, beispielsweise die Möglichkeiten
in Bezug auf Praxisverwaltung, Bildmaterial in größeren Formaten
und elektronische Versicherungsabrechnung. Auch Versicherungsgesellschaften
haben Interesse daran, den elektronischen Bereich auszubauen, um
die Gemeinkosten zu senken, die mit der manuellen Einreichung von Abrechnungen
verbunden sind. Ein wichtiges Merkmal der elektronischen Abrechnungen
mit Bildern ist die Bereitstellung der Möglichkeit, die Authentizität der Digitalbilder
zu verifizieren.
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Digitalbilder
können
dem Betrachter eine Flexibilität
verleihen, die mit einem Filmbild nicht denkbar ist. So lassen sich
beispielsweise Kontrast und Helligkeit derart ändern, dass das Signal in dem Bild
deutlicher wahrgenommen werden kann. Diese Fähigkeit kann auf lokalisierte
Bereiche des Digitalbildes angewandt werden, um bestimmte gewünschte Bereiche
von Interesse gemäß den Vorstellungen des
Benutzers zu verbessern. Dies ist besonders nützlich, wenn Bereiche eines
digitalisierten Dentalfilms auf schwache Signale analysiert werden,
die in bestimmten anatomischen Regionen vorhanden sein können, beispielsweise
den interproximalen und periapikalen Regionen.
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US-A-5,164,993
und 5,633,511 beschreiben allgemein die Erstellung von Tonwerttransformationstabellen.
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Ein
wichtiger Schritt in jedem hybriden Bebilderungssystem ist die erste
Bilderfassung, in diesem Fall der Abtastprozess. Die Belichtungsbedingungen müssen sorgfältig gesteuert
werden, um das Bild möglichst
optimal zu erfassen, so dass eine weitere Verschlechterung des Bildes
in den nachfolgenden Schritten minimiert werden kann. In der Praxis
bedeutet das die Kontrolle einer unerwünschten Belichtung oder von
Streulichtern und die Beibehaltung einer einwandfreien Ausrichtung
der gescannten Bilder mit der optischen Konfiguration. Dentale Röntgenaufnahmen
unterliegen großen
Schwankungen. Hierzu tragen wechselnde Röntgenbelichtungs- und Verarbeitungsbedingungen
der Röntgenbilder
bei. Das bedeutet, dass die dentale Röntgenaufnahme zwischen einem
sehr hellen, „unterbelichteten" Bild zu einem sehr
dunklen, „überbelichteten" schwanken kann. Wenn
beispielsweise eine unterbelichtete Röntgenaufnahme auf der Auflage
zu stark belichtet wird, weist das erfasste Bild keinen ausreichenden
Grauwertgehalt auf. Eine weitere wichtige Überlegung während der Bilderfassung ist
die Ausrichtung der Röntgenaufnahme
auf der Auflage in der richtigen horizontalen und vertikalen Richtung,
um eine Konstanz mit dem CCD-Array des digitalisierenden Scanners
beizubehalten. Wenn das Bild während
des Scannens nicht einwandfrei ausgerichtet ist, kann eine Bilddrehung
erforderlich sein, die wiederum möglicherweise das Seitenverhältnis des
Originalbildes verändert.
Um die Effekte von unerwünschten Streulichtern
und Bilddrehung zu minimieren, ist es wünschenswert, eine Schablone
zu verwenden, die einen kleinen Film mit einer dunklen Maske umgibt. Alternativ
hierzu können
sich die Bilder in einer Halterung befinden, wie sie für die Archivierung
in zahnärztlichen
Praxen üblich
ist.
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In
der Literatur finden sich viele Beschreibungen über Ansätze zur Erzeugung digital erfasster Bildmaterialien.
Was nicht zu finden war, ist eine Bildverarbeitung, die sich konkret
auf dentale Röntgenaufnahmen
bezieht oder das Problem der Bilderfassung mithilfe eines Flachbettscanners
und eines Diaadapters anspricht, bei der die erste Bilderfassung möglicherweise durch übermäßiges Streulicht
beeinträchtigt
wird, und die konkrete Informationen über die Art der dentalen Röntgenaufnahmen
in einen Bildverarbeitungsalgorithmus einbezieht.
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Das
in US-A-5,345,513 beschriebene Verfahren zur Verbesserung beruht
auf der Histogrammanalyse des digitalisierten Röntgenbildes, so dass jedes
Pixel einen Dichtewert darstellt. Diese Analyse wird an Bruströntgenaufnahmen
demonstriert. Das Histogramm hat eindeutige regionale Signaturen,
die jeweils anatomischen Strukturen entsprechen, wie beispielsweise
Herz- oder Lungenregionen. Das Bild wird dann dynamisch verarbeitet,
indem eine für
die Bruströntgenanatomie
spezifische Kontrastkurve stückweise
aufgebaut wird. Das Verfahren beruht auf der Charakterisierung des
Histogramms zur Bereitstellung regionsspezifischer Informationen
zur Erzeugung des Bildes, ohne das Problem der Filmdigitalisierung
anzusprechen.
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US-A-5,283,736
betrifft die Notwendigkeit der medizinischen Diagnose auf der Grundlage
eines digitalisierten radiografischen Bildes unter Bereitstellung
eines Mittels zur signalabhängigen
Bildverarbeitung, indem relevante Bildbereiche einer Schwellenwertverarbeitung
unterzogen werden, um Schlüsselwerte
für jeden
gewünschten
Bildbereich zu erhalten. Die Bilddaten aus den gewünschten
Bereichen von Interesse werden verwendet, um einen bevorzugten Dichtebereich
oder eine Tonwertkarte zu ermitteln.
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US-A-5,172,419
beschreibt ein System zur Korrektur von Belichtungen eines Röntgenfilms durch
Umgehung der Notwendigkeit einer zweiten Belichtung, so dass eine
Bilderfassungs-, Speicherungs- und Anzeigevorrichtung dazu verwendbar
ist, die Bilddichte zu verbessern. Dieses System umfasst einen Filmdensitometer
zur Digitalisierung des Films, einen Speicher, eine Bildverarbeitung
und einen Filmrekorder. Der Digitalisierer erzeugt eine Darstellung
der optischen Dichten für
jedes Pixel. Es werden Referenzdaten (LUT) gespeichert, die aus
optischen Dichten bestehen und der Belichtung für radiografische Filme entsprechen.
Unter Verwendung der Transformationstabelle des gewünschten
Filmtyps werden die digitalisierten Daten mit der Tabelle verglichen,
um die Belichtung des Bildes zu ermitteln, und es wird ein Korrekturwert
berechnet und verwendet, um die Pixeldaten so zu modifizieren, dass
die transformierten Pixel für
Hardcopy-Ausgabe (Film) abgebildet werden können und das verbesserte Röntgenbild
ergeben.
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Die
europäische
Patentanmeldung 90200969.5 mit dem Titel "Processing and Digitizing Apparatus
for Medical Radiographic Film" beschreibt ein
Mittel zur Verarbeitung und Digitalisierung von belichtetem Film
und bietet eine Möglichkeit
zur automatischen Digitalisierung konventionell erzeugter Röntgenbilder,
so dass Patienteninformationen jedem Bild für Archivierungszwecke zugeordnet
werden.
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US-A-5,483,325
beschreibt einen Zubehörrahmen,
der auf einem Fotokopierer oder einem elektronischen Flachbettscanner
montiert werden kann und der die Anordnung und das Abnehmen kleiner opaker
Originale ermöglicht,
beispielsweise Visitenkarten. Dieses Patent setzt sich nicht mit
dem Problem von Streulicht beim Kopieren transparenter Originale
auseinander.
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Die
europäische
Patentanmeldung 0 557 099 A1 betrifft eine Bildverarbeitungsvorrichtung
zur Reproduktion eines Originalbildes.
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Sie
beschreibt einen mit einer Auflage versehenen Flachbett-Digitalisierscanner
und die Einstellung einer gewünschten
Aufzeichnungsdichte durch Analyse eines Histogramms, das auf der
Grundlage der Signale erzeugt wird, die durch einen Vorabtastvorgang
ermittelt wurden. Das System führt
eine Korrektur der Aufzeichnungsdichte gemäß der Art des erfassten Originals
durch.
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Im
Zuge der Verarbeitung von Röntgenbildern
kann eine Sensitometriekurve hinzugezogen werden, um Pixelwerte
anzupassen, die in dem entsprechenden digitalisierten radiografischen
Bild gefunden wurden. Diese Technik erfordert eine genaue Kenntnis
der Belichtungsstufen, des Films und der Sensitometrie, die normalerweise
in größeren medizinischen
Einrichtungen zu finden ist. In dem zahnmedizinischen Bereich, den
diese Arbeit anspricht, würde
es die große
Schwankungsbreite in Bezug auf den verwendeten Filmtyp und die Filmverarbeitung unmöglich machen,
diese Technik für
digitalisierte Dentalfilme zu verwenden.
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Es
besteht zudem Bedarf danach, zu gewährleisten, dass das von dem
System ausgegebene verarbeitete Bild nicht verändert worden ist. Digitale
Dentalbilder können
betrügerisch
verän dert
werden, um zusätzliche
Behandlungen darzustellen, beispielsweise zusätzliche Füllungen, die zu einer überhöhten Abrechnung
führen
würden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Lösung der Probleme nach dem
Stand der Technik bereit.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein bildabhängiges hybrides
Bebilderungssystem für
Kleinformatfilme bereitgestellt, beispielsweise dentale Röntgenbilder.
Die Erfindung umfasst zwei Stufen. Die erste Stufe besteht darin, die
Kleinformatfilme, beispielsweise dentale Röntgenfilme, auf einem Flachbettscanner
abzutasten. Die zweite Stufe besteht in der Verarbeitung der digitalisierten
Bilder für
die Softcopy-Anzeige. Die erste Stufe besteht aus einer bildabhängigen Erfassung. Es
gibt zwei Komponenten. Die erste ist die Vorabtastung des Auflagebereichs
mithilfe einer Bildschablone oder eines Filmhalters. Im Anschluss
an die Vorabtastung erfolgt die automatische Bestimmung des abzutastenden
Bildes durch Eingrenzung nur des oder der gewünschten Bildbereiche. In der
dentalen radiografischen Anwendung wird eine Schablone, die Öffnungen
enthält,
die für
die Dentalfilmgröße 0, 1,
2, 3 oder 4 bemessen sind, auf die Schablone gelegt, worauf die
dentalen Röntgenbilder
in die Öffnungen der
Schablone eingelegt werden können.
Damit soll unerwünschtes
Streulicht während
der Abtastung minimiert werden. Das Bild der vorabgetasteten Schablone
wird dem Benutzer an einem Videobildschirm (z.B. einem Röhrenbildschirm)
angezeigt, wo er die (weiter) zu digitalisierenden Bilder am Bildschirm auswählen kann.
Wenn die genauen Abmessungen und die Position der Schablonenöffnungen
bekannt sind, definiert die Lage des Öffnungsbereichs, der dem Benutzerauswahlpunkt
am nächsten
liegt, den zu scannenden Bildbereich. Um die Verwendung von Dentalfilmhaltern
zu ermöglichen,
sofern keine Schablone benutzt wird oder sofern die genauen Maße nicht
bekannt sind, lässt
sich die Hough-Transformation zusammen mit der Apriori-Kenntnis
der vorabgetasteten Bildgröße implementieren.
Der Abtastbereich von Interesse kann automatisch ermittelt werden,
und jedes durch die Vorabtastung dargestellte dentale Röntgenbild
kann mit einem Rechteck umgrenzt werden. Die Belichtungsstufen während der Abtastzeit
werden automatisch eingestellt, um bessere Bilderfassungsbedingungen
auf bildweiser Grundlage zu erhalten. Der gewünschte Bildbereich der Auflage
wird zweimal gescannt. Eine Histogrammanalyse eines geglätteten Histogramms
der ersten Vorabtastung bestimmt die für die endgültige Abtastung einzustellende
Belichtungsstufe durch Analyse des Bereichs der in dem Bild gefundenen Scannercodewerte.
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Zunächst wird
ein Flachbettscanner mittels eines Dichtestufenkeils kalibriert.
Es wird eine Transformationstabelle aufgebaut, die die Beziehung
zwischen Scanner-Codewerten bereitstellt, die von dem Scanner ausgegeben
werden, und optischen (oder diffusen) Dichtewerten aus dem Stufenkeil.
Diese lässt
sich dann explizit modellieren, wenn Scannercodewerte in Form von
Durchlässigkeitswerten
ohne Einbringung sonstiger Linearitätsabweichungen ausgegeben werden.
Das Verhältnis
von optischer Dichte zu Durchlässigkeit
ist bekannt und wird durch folgende Exponentialfunktion dargestellt: Durchlässigkeit
= α10(-β Dichte)wobei α und β aus einem
Fehlerquadratverfahren der Kalibrierungsdaten ermittelt werden können.
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Eine
Transformationstabelle lässt
sich daraus explizit berechnen, so dass das digitalisierte Bild nach
Dichte aufgelöst
anhand optischer Dichten dargestellt wird. Diese Kalibrierung wird
durchgeführt, worauf
eine zugehörige
Transformationstabelle für unterschiedliche
Belichtungsstufen oder Verweilzeiten auf dem Scanner berechnet wird.
Diese Transformationstabellen für
Durchlässigkeit/Dichte
werden verwendet, um unterbelichtete, normalbelichtete und überbelichtete
dentale Röntgenaufnahmen
zu berücksichtigen,
da die Beziehung zwischen optischen Filmdichten und Durchlässigkeitswerten
eine Funktion der Belichtung ist.
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Der
zweite Schritt besteht in der Verarbeitung des gescannten Bildes.
Das Bild wird unter Verwendung einer generalisierten Kurve der Schwärzung zum
Logarithmus der einwirkenden Lichtmenge (log E) für Röntgendentalfilm
einer logarithmischen Transformation unterzogen, um die Daten zu
analysieren. Dies ermöglicht
ein histogrammgestütztes Verfahren
zur Bestimmung der anatomischen Bereiche von Interesse (ROI/Regions
of Interest), so dass eine Tonwerttransformationstabelle erstellt
werden kann. Diese Tonwerttransformationstabelle lässt sich verwenden,
um das Digitalbild auf Laserfilm zu schreiben, falls dies gewünscht wird.
Abschließend kann
eine Gamma-Transformationstabelle erstellt werden, um das Tonwertbild
in der Softcopyform an einem Videobildschirm zu betrachten. Es wird
die Möglichkeit
bereitgestellt, das Bild lokal zu betrachten, um die Betrachtung
bestimmter anatomischer Bereiche zu ermöglichen, indem eine zugehörige Transformationstabelle
angewandt wird, um den lokalen Kontrast in geeigneter Weise zu verbessern.
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Das
originale, digitale Röntgendentalbild wird
weiter verarbeitet, um originale, digitale Authentifizierungsdaten
zu ermitteln, die für
das originale, digitale Röntgendentalbild
eindeutig sind. Diese Daten werden den originalen Digitalbilddaten
zugeordnet. Zum Zeitpunkt der Anzeige des originalen Röntgendentalbildes
werden digitale Authentifizierungsdaten für das Bild ermittelt. Die Anzeigedaten
werden mit den originalen Daten verglichen, um zu verifizieren, dass
das Originalbild nicht verändert
wurde. Somit können
Versicherungsgesellschaften und Kollegen sicher sein, dass das digitale
Dentalbild das original verarbeitete Bild ist. Für die Versicherungsgesellschaft
hat dies den Vorteil, dass keine Behandlungen unzulässigerweise
abgerechnet werden, die nicht durchgeführt worden sind.
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Die
erfindungsgemäße Technik
erfasst jedes Bild im System, indem die Belichtung während des Scannens
geregelt wird, und sie stellt ein bildabhängiges Verarbeitungs- und Verifizierungsverfahren
für digitale
Röntgenbilder
bereit. Die hier beschriebene Erfindung verfügt über die Fähigkeit, Belichtungen während der
Digitalisierung auf der Auflage eines Flachbettscanners automatisch
zu regeln und einzustellen. Dies ist dann wichtig, wenn die in dem
dentalen Röntgenbild
ermittelten optischen Dichten in Nähe des Dynamikbereichs des
Scanners liegen. Durch Erhöhen
der Belichtung lässt
sich das Signal-Rausch-Verhältnis
verbessern, wenn die Dichtewerte hoch sind. Die erfindungsgemäße Technik sieht
eine differenzierte Berücksichtigung
der Belichtungsanforderungen an die Bilderfassung vor, indem Streulicht
während
des Abtastvorgangs auf einem Flachbettscanner reduziert wird, indem
ein einzelnes, aus der vorab abgetasteten Auflage gewähltes Bild
automatisch ermittelt wird, und indem das Bild zur Wiedergabe an
einem Röhrenbildschirm
nachfolgend verarbeitet wird. Sie wendet zudem spezielle Informationen über die
gewünschten
Dichtewerte an, die den verschiedenen anatomischen Strukturen zugeordnet
sind, die in dem digitalen Röntgenbild
gefunden wurden, und verwendet diese während des Bildverarbeitungsschritts.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Blockdiagramm zur Darstellung des Gesamtsystems als
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 die
erste Stufe, aus der die Eingabe in das erfindungsgemäße Bilderfassungssystem
hervorgeht. Dies ist eine Darstellung des Belichtungssteuerungssystems
aus Block 20 von 1.
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3 eine
detaillierte Darstellung der Belichtungssteuerungsschablone aus
Block 90 von 2.
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4 ein
vereinfachtes Blockdiagramm zur detaillierten Darstellung des Bildauswahlsystems, wobei
sich die dentalen Röntgenaufnahmen
in Dentalhaltern befinden und zur Digitalisierung auf der Auflage
angeordnet sind als Alternative zur Belichtungssteuerungsschablone
(Block 30 aus 1).
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5 eine
Darstellung der Ausgabe des Bildauswahlsystems, wobei ein benutzerseitig
definierter Punkt verwendet wird, um ein Eingrenzungsrechteck zu
ermitteln, so dass nur der definierte Unterbereich der Auflage digitalisiert
wird. Gezeigt wird die Ausgabe aus Block 30 von 1.
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6 ein
Blockdiagramm zur Darstellung der Gesamtschritte in dem Bildverarbeitungssystem (Block 50 von 1).
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7A–7C Scannercodewert-Histogramme,
die drei verschiedenen Dentalröntgenbildern
zugeordnet sind, wobei drei Belichtungsklassen berücksichtigt
werden, nämlich
unter-, normal- und überbelichtete
Bilder.
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8 die
entsprechenden Histogramme einer einzelnen dentalen Röntgenaufnahme,
die auf zwei verschiedene Weisen digitalisiert wurde; einmal mit
Verwendung der Belichtungssteuerungsschablone und ein weiteres Mal
ohne Verwendung der Belichtungssteuerungsschablone.
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9A und 9B zwei
Beispiele digitalisierter dentaler Röntgenbilder; eines mithilfe
der Erfindung verarbeitet, und das zweite nur mithilfe der Standardeinstellungen
des Scanners verarbeitet.
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10A und 10B die
jeweiligen Histogramme der in 9A bzw. 9B gefundenen
digitalisierten Bilder.
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11A und 11B die
Histogramme eines digitalisierten dentalen Röntgenbildes; ein Histogramm
des Digitalbildes optischer Dichtewerte und ein Histogramm des Digitalbildes
zur Darstellung von Werten, bei denen eine Logarithmusfunktion auf
die Dichtewerte angewandt wurde.
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12 ein
Beispiel eines dentalen Röntgenbildes
zur Darstellung eines ausgewählten
Bereichs für
die pathologieabhängige
Betrachtung.
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13 ein
Histogramm der verarbeiteten Pixel in dem in 12 gezeigten
ausgewählten
Bereich.
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14 eine Kurve zur Darstellung einer Kontrastfunktion,
die sowohl auf das am Röhrenbildschirm
angezeigte Bild angewandt wird (Block 403), als auch auf
die Pixel in dem ausgewählten
Bereich (Block 404).
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15 ein
Beispiel eines dentalen Röntgenbildes
zur Darstellung einer pathologieabhängigen Betrachtung.
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16 eine
Bildschirmdarstellung eines Benutzerdialogfelds zur Einstellung
von Kontrast und Helligkeit für
alle verarbeiteten Bilder.
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17 und 18 dentale
Röntgenbilder zur
Darstellung eines weiteren Merkmals der Erfindung.
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Die
hier beschriebene Erfindung digitalisiert automatisch Kleinformatfilme,
wie beispielsweise dentale Röntgenaufnahmen,
mithilfe eines Flachbettscanners und verarbeitet die Digitalbilder
bildweise zur Wiedergabe an einem Videodisplay (wie z.B. einem Röhrenbildschirm). 2 zeigt
das erfindungsgemäße System
in übergeordneter
Darstellung. Die Eingabe bildet eine dentale Röntgenaufnahme (oder ein anderer
Kleinformatfilm) (Block 10). Die Ausgabe oder das Endergebnis
der Erfindung ist eine tonwertabgestufte Version des Eingabebildes zur
Anzeige an einem Röhrenbildschirm
(Videoanzeige) (Block 60). Dieser Prozess ist als zweistufiger Prozess
konzipiert. Die erste Stufe besteht aus dem Belichtungssteuerungssystem
(Block 20), dem Bildauswahlsystem (Block 30) und
dem Bilderfassungssystem (Block 40). Das Bilderfassungssystem
erzeugt ein Zwischenergebnis, das aus einem gescannten Bild besteht,
wobei eine Transformationstabelle auf den Scanner heruntergeladen
wurde (Block 40). Die zweite Stufe ist die der bildabhängigen Verarbeitung
(Block 50). Die bildabhängige
Digitalisierung und Verarbeitung wird mithilfe des folgenden Ansatzes
berechnet.
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Das
in 1 genannte Belichtungssteuerungssystem wird in 2 und 3 dargestellt. Das
eingegebene Röntgenbild
(Block 10 in 1 stellt dieselbe Einheit wie
Block 70 in 2 dar) wird zunächst in
das System eingegeben. Das Eingabebild oder die Eingabebilder werden
auf die Auflage eines Flachbettscanners gelegt, und zwar entweder
in die Öffnungen
einer Belichtungssteuerungsschablone (3, Block 90 in 2)
oder in eine andere Form eines Halters für Dentalröntgenaufnahmen. Die Schablone 90 umfasst
die Öffnungen 92,
die so bemessen sind, dass sie Dentalröntgenaufnahmen der Standardgröße aufnehmen
können,
beispielsweise der Größen 0, 1,
2, 3 und 4. Die Bereiche 94 um die Öffnungen 92 sind opak,
um unerwünschtes
Streulicht während
der Abtastung zu minimieren. Das Material der Schablone 90 sollte
idealerweise schwarz mit matter Oberfläche sein. Neben jeder Öffnung 92 befindet
sich eine Anzeige 96, die die richtige Platzierung der
Dentalfilmmarkierung erleichtert, um den Film in der Schablone einwandfrei
auszurichten. Weitere Zeichen können
vorgesehen sein, um die richtige Ausrichtung des Films zu erleichtern.
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Der
Verwendung der Schablone 90 (oder des Halters) liegt die Überlegung
zugrunde, unerwünschtes
Streulicht während
des Bilderfassungsprozesses zu reduzieren, das durch die Konfiguration
eines Flachbettscanners mit Diaaufsatz auftritt. Eine zweite Überlegung
in Verbindung mit der Schablone ist die Unterstützung der richtigen vertikalen
und horizontalen Ausrichtung der dentalen Röntgenaufnahmen auf den Sensorarray
des Scanners. Die Belichtungssteuerungsschablone 90 zeigt,
wie die Röntgenbilder
angeordnet werden müssen,
um das digitalisierte Bild nicht schwenken oder drehen zu müssen. Die
gesamte Auflage wird zunächst
mit einer niedrigen Auflösung
vorab gescannt und dann einem Benutzer zur Bildauswahl an einer
Videoanzeige dargestellt (Block 100). Daran schließt sich
das Scannen mit hoher Auflösung
und eine Verarbeitung an.
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8 zeigt,
wie fremdes Streulicht die Bilderfassung verändert hat, indem die Histogramme desselben
Dentalröntgenbildes
mit und ohne Verwendung der Belichtungssteuerungsschablone 90 dargestellt
werden.
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Das
Bildauswahlsystem (Block 100, 1 und Block 140, 4)
wird in 4 gezeigt. Bei Verwendung der
Belichtungssteuerungsschablone (90, 3) sind
ggf. sämtliche
Stellen aller konfigurierten Rechtecke (92, 3)
zur Aufnahme von Röntgenbildern
bekannt. In diesem Fall wird ein Benutzerauswahlpunkt im Inneren
eines ausgewählten
Röntgenbildes,
wie durch das vorab gescannte Auflagenbild dargestellt, verwendet,
um das nächstgelegene,
Eingrenzungsrechteck des Bildes zu lokalisieren. Der Bereich der
Auflage wird anschließend
digitalisiert. Wenn die Belichtungssteuerungsschablone 90 nicht verwendet
wird, oder wenn die genaue Lage der Öffnungen nicht bekannt ist,
werden die Röntgenaufnahmen
an der Schablone in einen Dentalhalter gelegt und dann vorab gescannt.
Das System zur Eingrenzung von Unterbereichen (Blöcke 160–190)
bestimmt ein Eingrenzungsrechteck mittels eines benutzerseitig ausgewählten Punktes
im Inneren eines ausgewählten
Bildes auf der vorab gescannten Auflage. Ein Unterbereich der angezeigten,
vorab gescannten Auflage, der das gewünschte Bild enthält, wird
ausgewählt
und weiter verarbeitet. Es wird ein einer Schwellenwertoperation
unterzogenes Gradientenbild erzeugt, so dass die Hough-Transformation verwendet
werden kann, um einen Array zu erzeugen, der die Positionen aller
vertikalen und horizontalen Linien enthält, die in diesem Unterbereich
gefunden wurden (Blöcke 160, 170).
Viele Verfahren hierzu werden beschrieben von Ballard, D.H. und
Brown, C.M., Computer Vision, Pren tice Hall, 1982, Seite 76–78; sowie
von Abdou, I.D., "Quantitative
Methods of Edge Detection," USCIPI
Report 830, Image Processing Institute, University Southern California,
Juli 1978. Dieser Unterbereich wird durchsucht, um horizontale und
vertikale Stellen zu testen, die in dem Hough-Array unter Verwendung
von Kanteninformationen und Statistiken eines Bereichs in Nähe des Linienelements
gefunden wurden. Die Standardabweichungen und die einer Schwellenwertoperation
unterzogene Anzahl von Kantenpixeln, die in dem Kantenbild gefunden
wurden, werden berechnet. Das nächstgelegene
Linienelement in dem Hough-Array, das die Kriterien einer einer
Schwellenwertoperation unterzogenen Standardabweichung erfüllt, und
die Anzahl von Kantenpixeln wird als Eingrenzungslinie in jeder
horizontalen und vertikalen Richtung gewählt.
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5 zeigt
die Ausgabe des Linienerfassungssystems für ein gewähltes Röntgenbild in einem Dentalhalter.
Dieses Rechteck definiert den Bereich der vorab gescannten Auflage,
die mit einer bestimmten Auflösung
digitalisiert werden soll.
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Das
Bilderfassungssystem (Block 200) stellt die Belichtungsstufen
bildweise unabhängig
ein (Blöcke 210, 220),
so dass die resultierende Belichtungseinstellung verwendet wird,
um diese Bilder zu digitalisieren (Blöcke 230, 240).
Für ein
unterbelichtetes Röntgenbild
führt dies
zu einer kleineren Belichtungsstufe (die üblicherweise über die
Verweilzeit gesteuert wird), und für ein überbelichtetes Röntgenbild führt dies
zu einer größeren Belichtungsstufe,
um das Signal-Rauschverhältnis
für dieses
Bild zu verbessern. Dieser Vorgang schließt sich an die erste Vorabtastung
des gewählten
Bildes an und geht der zweiten, endgültigen Abtastung voran. Bei
der ersten Abtastung der Bilder wird eine Analyse des geglätteten Histogramms
durchgeführt,
um den Bereich der Scannercodewerte zu ermitteln, die den Strukturen deutlich
zugeordnet sind, bei denen es sich nicht um Hintergrund oder um
Amalgam handelt, das in den Dentalröntgenbildern gefunden wurde. 7A–7C zeigt
die Histogramme, und zwar jeweils für ein unter-, normal- und überbelichtetes
Dentalröntgenbild.
In der ersten Ableitung wird die Region des Histogramms durchsucht,
in der unwesentliche Änderungen
vorhanden sind, um Scannercodewerte zu vermeiden, die Amalgam zugeordnet
sind. Die resultierende Analyse stellt einen maximalen Scannercodewert
bereit, der anatomischen Bereichen zugeordnet ist, und wird benutzt,
um zu ermitteln, ob die Dentalröntgenbilder
unter-, normal- oder überbelichtet
sind. Die Belichtungsstufe oder die Verweilzeit wird entsprechend
eingestellt.
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Jeder
ermittelten Belichtungsstufe oder Verweilzeit ist eine Transformationstabelle
zugeordnet, die durch vorherige Kalibrierung des Scanners mittels
folgender Exponentialfunktion berechnet wurde: Durchlässigkeit
= α10(-β Dichte) wobei α und β aus einem
Fehlerquadratverfahren der Kalibrierungsdaten ermittelt werden können. Diese Gleichung
wird benutzt, um das Verhältnis
zwischen Scannercodewerten und optischen Dichten darzustellen. Diese
Transformationstabellen können
während
der Abtastzeit heruntergeladen werden, um die Bitauswahl zu maximieren.
Das Röntgenbild
wird dann digitalisiert und wird zur Eingabe für das Bildverarbeitungssystem
(Block 250, 4).
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Die
zweite Stufe der Erfindung wird als Bildverarbeitungssystem bezeichnet
(Block 330, 6). Wenn die Dichtetransformationstabelle(n)
(Blöcke 310, 320)
nicht zum Scanner heruntergeladen werden, können diese Transformationstabellen
auf den Bildverarbeitungsschritt angewandt werden, bevor die Tonwerttransformationstabellen
angewandt werden. Die Tonwerttransformationstabellen (Blöcke 340,350)
werden durch Analyse des Histogramms des Logarithmus der digitalen
Werte berechnet, die die Dichten darstellen. Diese logarithmische
Funktion wurde geschaffen, indem eine generalisierte sensitometrische
Kurve des Dentalröntgenbildes
berücksichtigt
wurde, und ist zur Komprimierung der Daten geeignet, um die Analyse
eines geglätteten
Histogramms zu erleichtern und die Bereiche von anatomischem Interesse
(ROI) in dem Bild zu finden.
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11A und 11B zeigen
Bildhistogramme, die sowohl Dichten als auch den Logarithmus dieser
Dichten darstellen. Die Form dieser Histogramme kann uni-, bi- oder
trimodal sein und hängt von
dem Bildinhalt ab. Das Vorhandensein von Hintergrund und großen Mengen
von Amalgam (z.B. Brücken,
Kronen) erzeugt das trimodale Histogramm. Die erste und zweite Ableitung
wird in der Analyse verwendet, um sowohl Spitzen als auch Täler zu finden
und sämtliche
Konkavitätspunkte.
Die Endpunkte eines Bereichs von Interesse (ROI) werden als ein
Prozentsatz des Abstands zwischen einer Spitze und einem Tal ermittelt,
wobei die Spitzen unter einen Schwellenwert des normalisierten Histogramms
fallen. Wenn ein deutlicher Konkavitätspunkt vorhanden ist, wird
der Endpunkt gewählt,
indem ein kleiner Pro zentsatz des Abstands zwischen dem Konkavitätspunkt
und dem Maximum hinzugefügt, und
indem der kleinste Codewert in dem logarithmischen Bild subtrahiert
und/oder addiert wird. Wenn das Histogramm unimodal ist, wird der
Bereich von Interesse durch den Bereich der Codewerte ermittelt. Ein
kleiner Prozentsatz r dieses Bereichs, der zu dem ersten Codewert
des Bildes addiert wird, erzeugt den ersten Codewert des Bereichs
von Interesse. Desgleichen wird durch Subtraktion von ρ von dem
letzten Codewert der Endpunkt des Bereichs von Interesse erzeugt.
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Der
erste Codewert des Bereichs von Interesse stellt eine anatomische
Struktur von niedrigem Dichtewert dar, beispielsweise der Schmelzbereich
in einer Bissflügel-Röntgenaufnahme.
Der letzte ermittelte Wert des Bereichs von Interesse liegt in Nähe der Schwelle
zwischen den Peridontalknochenwerten und dem Hintergrund der Röntgenaufnahme.
Anschließend
wird eine Tonwertkurve erstellt (6, Blöcke 330, 340).
Es wird eine stückweise,
nicht lineare Kurve erstellt, so dass ein linearer Abschnitt, der sich
von den beiden Punkten erstreckt, als Ausgangs- und Endpunkt des
Bereichs von Interesse gilt, wobei der Ausgangspunkt einer gewünschten
Dichte für
die in Dentalbildern gefundenen Zahnschmelzbereiche zugeordnet wird,
und wobei der Endpunkt des Bereichs von Interesse einer gewünschten
Dichte für die
interproximalen Bereiche in Nähe
des Hintergrunds zugeordnet wird. Zwei nicht lineare Segmente werden
stückweise
konstruiert, die den "Durchhang" und die "Schulter" der Tonwertkurve
darstellen.
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6 (Blöcke 360, 370)
zeigen die Röhrenbildschirm-Transformationstabellen,
die zur Anzeige an einem Röhrenbildschirm
erforderlich sind. Wenn die Dentalbilder nicht angezeigt werden,
werden die Röhrenbildschirm-Transformationstabellen
nicht verwendet. Die durch die Transformationstabellen 340, 350 verarbeiteten
Bilder können
mithilfe eines Laserfilmrekorders auf Film geschrieben werden. Die
Eingabe sind die Bilder, die von den Blöcken 340, 350 ausgegeben
wurden. Es wird eine Transformationstabelle erzeugt, die sich auf
den Gammawert γ des Röhrenbildschirms
oder auf andere elektronische Anzeigevorrichtungen bezieht. Jeder
Monitor kann so kalibriert werden, dass der genaue Gammawert bestimmt
wird, wobei der Luminanzbereich des Röhrenbildschirms berücksichtigt
wird. Wenn genaue Messungen mit einem Lichtmesser nicht durchgeführt worden
sind, wird ein allgemeiner Gamma wert ermittelt (z.B. γ = 1,8).
Wie in der Literatur beschrieben, wird eine allgemeine Röhrenbildschirm-Transformationstabelle
wie folgt ermittelt: T = (V)γ, wobei
V = (Codewert/maximale Graustufe).
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Das
Eingabebild (Block 20, 4) wird
verarbeitet, um das endgültige,
erfindungsgemäße Ausgabeprodukt
zu erstellen: ein Tonwertbild (6, Blöcke 380, 390,
stellt dasselbe Element wie 1, Block 60 dar).
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9A und 9B stellen
ein verarbeitetes Röntgenbild
dar, wie von der Erfindung ausgegeben, verglichen mit demselben
Röntgenbild,
das digitalisiert wurde, ohne die Standardeinstellungen zu ändern.
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10A und 10B zeigen
jeweils die Histogramme dieser Digitalbilder.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann ein zweites Mal auf einen benutzerseitig gewählten Unterbereich
des verarbeiteten Bildes angewandt werden, um den Kontrast in dem
ausgewählten
Bereich abzustimmen, um eine pathologieabhängige Betrachtung des Bildes
zu berücksichtigen.
Wie in 12 gezeigt, wird ein Bereich 400 gewählt, beispielsweise
mithilfe eines standardmäßigen Zeicheninstruments,
wie einem Rechteck- oder einem Ellipsenwerkzeug. Die vorher verarbeiteten
Pixelwerte in dem ausgewählten
Bereich werden dann weiter verarbeitet, wie nachfolgend beschrieben,
um den Kontrast in dem benutzerseitig gewählten Unterbereich zu verändern. Wie
in 13 gezeigt, wird das Histogramm 402 aus
den verarbeiteten Pixeln in dem ausgewählten Bereich gebildet. Die
Pixel innerhalb des Bereichs des Histogramms werden dann mittels
einer Zuordnungsfunktion 404 erneut zugeordnet, um Ausgabecodewerte
zu erzeugen, die den Dynamikbereich des Röhrenbildschirms abdecken (0–255). Diese
Zuordnungsfunktion ist als Transformationstabelle in dem Bildverarbeitungssystem
implementiert. Eine beliebige aus mehreren benutzerseitig bevorzugten
Zuordnungsfunktionen kann auf bestimmte anatomische Bereiche angewandt
werden, um diesen lokalen Bereichen einen geeigneten Kontrast zu verleihen.
Die verarbeiteten Pixel in dem ausgewählten Bereich werden durch
die neu zugeordneten Pixel ersetzt, worauf das resultierende Bild angezeigt wird.
Ein Beispiel der resultierenden, pathologieabhängigen Ansicht ist in 15 dargestellt.
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Die
konventionelle Steuerungssoftware für Röhrenbildschirme umfasst Kontrast-
und Helligkeitseinstellung. Ein Benutzer kann eine bestimmte Kontrast-
und Helligkeitseinstellung zur Betrachtung der wie zuvor beschrieben
verarbeiteten Bilder bevorzugen. Wie in 16 gezeigt,
wird dem Benutzer ein Dialogfeld 406 für Kontrast und Helligkeit angeboten.
Wenn der Benutzer einen bevorzugten Kontrast 408 und eine
Helligkeit 410 wählt,
wird ein Softwareskript erzeugt, um den gewählten Kontrast- und Helligkeitswert
automatisch auf ein Bild anzuwenden. Das Skript wird Bildern zugeordnet,
die in dem Verarbeitungssystem verarbeitet werden. Die bevorzugte Kontrast-
und Helligkeitseinstellung wird dann automatisch auf alle Bilder
angewandt, die von dem System verarbeitet werden, bevor diese angezeigt
werden. Die Auswahl eines bestimmten Helligkeitswerts hat den Effekt,
dass ein konstanter Codewert zu allen Pixeln in dem verarbeiteten
Bild addiert (oder davon subtrahiert) wird. Wenn ein bestimmter
Kontrast gewählt
wird, werden alle Pixel des Bildes durch eine Kontrasttransformationsfunktion
verarbeitet, die ähnlich
der in 14 (Block 404) gezeigten
ist.
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Um
sicherzustellen, dass das verarbeitete digitale Dentalbild nicht
geändert
worden ist, werden digitale Authentifizierungsdaten für die originale
dentale Röntgenaufnahme
ermittelt. Diese Daten werden den originalen Digitalbilddaten zugeordnet.
Zum Zeitpunkt der Softcopy-Anzeige
werden die digitalen Authentifizierungsdaten für das anzuzeigende digitale Dentalbild
ermittelt. Die Anzeigeauthentifizierungsdaten werden mit den originalen
Authentifizierungsdaten verglichen, um zu verifizieren, dass das
originale digitale Dentalbild nicht verändert wurde. Wenn Veränderungen
vorgenommen wurden, wird es als nicht für die diagnostische Betrachtung
geeignet markiert. Wenn keine Veränderungen vorgenommen wurden,
wird es angezeigt und als für
diagnostische Zwecke geeignet markiert.
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17 zeigt
ein unverändertes
originales Bild, während 18 ein
verändertes
Bild zeigt, das eine zusätzliche
Zahnfüllung
im rechten Zahn umfasst. Das geänderte
Dentalbild würde
zu einer höheren
Einnahme bei der Abrechnung mit der Versicherung führen.
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Die
digitalen Authentifizierungsdaten können in unterschiedlicher Form
ausgebildet sein. Eine einfache Form ist die einfache Ermittlung
der Prüfsumme
für das
gesamte Bild. Beispielsweise kann ein digitales Dentalröntgenbild
aus einem Array von 300×200
Pixeln bestehen, wobei jedes Pixel durch einen 8-Bit-Codewert von
0–255
dargestellt wird. Die Prüfsumme
würde ermittelt,
indem die Pixelcodewerte für
alle 300×200
Pixel addiert werden. Die Ermittlung wird vereinfacht, da die Daten
aus dem Histogramm des digitalen Dentalbildes verwendet werden können. Andere
Formen können
die Verwendung nur des Bereichs von Interesse des digitalen Dentalbildes
einbeziehen (beispielsweise den oberen Zahnbereich, der Zahnfüllungen
beinhaltet), und zwar unter Verwendung verschiedener Algorithmen
usw.
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Die
Erfindung wurde zwar in Bezug auf Dentalröntgenaufnahmen beschrieben,
aber selbstverständlich
sind in der Abtastphase der Erfindung auch andere Arten von Röntgenaufnahmen
oder Kleinformatfilmen verwendbar. Auch sei darauf hingewiesen, dass
die Bildverarbeitungsaspekte der Erfindung auf andere Arten von
Digitalbildern anwendbar sind, ungeachtet der jeweiligen Quelle.
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Obwohl
die Erfindung mit besonderem Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern
kann innerhalb ihres Geltungsbereichs Änderungen und Abwandlungen
unterzogen werden.