Two-dimensional X-ray image processing method for X-ray system, involves realizing detector-independent visual impressions by detector-specific balancing factors, and adding balanced partial images adjacent to final image

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Röntgenbildes eines Röntgendetektors gemäß dem Patentanspruch 1, ein Röntgensystem zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 7 und ein Computerprogrammprodukt gemäß dem Patentanspruch 10.

In der Röntgenbildgebung werden häufig Röntgensysteme verwendet, die mehr als einen Röntgendetektor aufweisen. Ein Problem solcher Röntgensysteme besteht darin, dass auch bei identischem Objekt und gleichen Aufnahme- und Bildverarbeitungs-Settings unterschiedliche Röntgenbilder resultieren, je nachdem mit welchem Röntgendetektor das Röntgenbild erstellt wurde. Werden unterschiedliche Detektortypen oder Detektoren verschiedener Hersteller verwendet, wird dieses Problem noch verstärkt. So werden zum Beispiel bei Biplan-Angiographieanlagen zum Teil für die erste Ebene und die zweite Ebene B verschiedene Detektortypen verwendet. Darüber hinaus gibt es auch Radiographie- und Fluoroskopie-Anlagen mit mehreren Detektortypen oder sogar mit Röntgendetektoren unterschiedlicher Hersteller (z. B. Varian und Trixell). Gerade bei einer nebeneinander angeordneten Monitordarstellung sind die verschiedenen Bildeindrücke deutlich erkennbar und können sogar zu falschen Diagnosen führen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Röntgenbildes bereitzustellen, welches eine unmittelbare Vergleichbarkeit zwischen Röntgenbildern verschiedener Röntgendetektoren ermöglicht. Es ist ebenso Aufgabe der Erfindung, ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Röntgensystem sowie ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur automatischen Bearbeitung eines Röntgenbildes eines Röntgendetektors gemäß dem Patentanspruch 1 sowie durch ein Röntgensystem zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 7 und ein Computerprogrammprodukt gemäß dem Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen Bearbeitung eines Röntgenbildes eines Röntgendetektors wird das Röntgenbild in mindestens zwei Teilbilder zerlegt, wobei jedes Teilbild diejenigen Anteile des zweidimensionalen Röntgenbildes enthält, die mit einer vorbestimmten, für das jeweilige Teilbild charakteristischen, von Null verschiedenen Teilbildfrequenz örtlich variieren, werden die Teilbilder mit detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren gewichtet, wobei die detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren zur Erzielung eines detektorunabhängigen Bildeindrucks abhängig von dem das Röntgenbild aufnehmenden Röntgendetektor sind, und werden die gewichteten Teilbilder anschließend zu einem Endbild summiert.

Eine Zerlegung eines Röntgenbildes z. B. durch eine Laplace-Pyramide in mehrere Ortfrequenzbänder, von denen jedes einer bestimmten Strukturgröße entspricht, ist bekannte Praxis bei der Verarbeitung von Röntgenbildern (siehe z. B. „The Laplacian Pyramid as a Compact Image Code”, Peter J. Burt, Edward H. Adelson, IEEE Transactions an Communications, Vol. Com-31, No. 4, April 1983). Es ist zum Beispiel auch aus der DE102005032287DE 10 2005 032 287 A1A1 bekannt. Das bekannte Bildverarbeitungsprogramm Diamond View bietet bereits ein Verfahren zur automatischen Bearbeitung eines Röntgenbildes mit einer Zerlegung in bis zu zehn einzelne Teilbilder (Ortsfrequenzbänder) und einer organabhängigen Gewichtung dieser Teilbilder.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Verwendung der detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren, werden nun zusätzlich die Unterschiede zwischen unterschiedlichen Röntgendetektoren automatisch ausgeglichen und kann eine normierte und einheitliche Frequenzantwort für verschiedene Röntgendetektoren erreicht werden. Dadurch können Röntgenbilder unterschiedlicher Röntgendetektoren bezüglich des visuellen Eindrucks direkt miteinander verglichen werden, so dass es zu keinen Fehldiagnosen oder Irrtümern aufgrund unterschiedlicher Bildeindrücke kommen kann. Zudem kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine aufwändige händische Anpassung von Röntgenbildern verschiedener Röntgendetektoren auf Benutzerebene vermieden werden, so dass der Zeitaufwand für eine Röntgenaufnahme und -nachbearbeitung deutlich gesenkt werden kann.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigen die detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren die Modulationstransferfunktion des jeweiligen Röntgendetektors. Bei der Modulationstransferfunktion (MTF) handelt es sich um eine mathematische Beschreibung des ortsfrequenzabhängigen Kontrastverlusts bei der bildlichen Darstellung eines Objektes, bei einem Röntgendetektor im Allgemeinen eines Körperteils oder Organs. Durch die charakteristische Modulationstransferfunktion eines Röntgendetektors wird der Bildeindruck des verwendeten Röntgendetektors maßgeblich bestimmt.

In vorteilhafter Weise ist der detektorspezifische Gewichtungsfaktor als ein Produkt aus einem Multiplikationsfaktor und einem Kontrastverstärkungsfaktor gebildet, wobei der Multiplikationsfaktor die Modulationstransferfunktion des jeweiligen Röntgendetektors berücksichtigt. Der Kontrastverstärkungsfaktor ist bereits aus dem bekannten Bildverarbeitungsprogramm Diamond View bekannt. In dieser Ausgestaltung wird dem bekannten Kontrastverstärkungsfaktor nun ein ausschließlich aus der MTF des Röntgendetektors in Relation zu einer Referenz-MTF herleitbarer Multiplikationsfaktor für den Kontrastverstärkungsfaktor (KV-Multiplikationsfaktor) multiplikativ überlagert, um die Teilbilder und damit das Endbild vergleichbar mit den Endbildern weiterer Röntgendetektoren zu machen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontrastverstärkungsfaktor von dem auf dem Röntgenbild abgebildeten Körperteil oder Organ und von einem detektorspezifischen Sensitivitätswert abhängig, wobei der detektorspezifische Sensitivitätswert einen Verknüpfungsfaktor zwischen einer lokalen Röntgendosis und dem Kontrastverstärkungsfaktor darstellt. Dieser kann eine Proportionalität, aber auch einen nicht-linearerer Zusammenhang aufweisen. Die Abhängigkeit des Kontrastverstärkungsfaktors von dem Organ und von einem Sensitivitätswert, der dosisabhängig ist, ist bereits aus dem bekannten Bildverarbeitungsprogramm Diamond View bekannt. Dies dient einerseits dazu, die entsprechend benötigte Bildcharakteristik für das abzubildende Organ zu erzielen; es werden also für bestimmte Organe bestimmte Ortsfrequenzbereiche des Bildes verstärkt oder abgeschwächt, und es dient andererseits durch den Sensitivitätswert dazu, eine Verstärkung in Bildgebieten mit geringer Röntgendosis weniger stark auszuprägen als in Gebieten mit hoher Dosis, um Rauschstrukturen nicht zu verstärken. In dieser Ausgestaltung wird nun zusätzlich zu dem Multiplikationsfaktor noch ein detektorspezifischer Sensitivitätswert eingeführt, der den verwendeten Röntgendetektor berücksichtigt, um das Endbild von dem Röntgendetektor zu entkoppeln.

Zweckmäßigerweise wird in einem Vorverfahren die Modulationstransferfunktion eines zu verwendenden Röntgendetektors vermessen, mit einer vorbestimmten Referenz-Modulationstransferfunktion verglichen und werden daraus die Multiplikationsfaktoren für die Kontrastverstärkungsfaktoren (KV-Multiplikationsfaktoren) bestimmt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden in einem Vorverfahren einmalig die detektorspezifischen Sensitivitätswerte daraus bestimmt dass Rauschwerte an identischen Bildstellen eines Röntgendetektors und eines Referenz-Röntgendetektors bei identischem Aufnahmeobjekt und gleicher Röntgendosis verglichen werden. Die detektorspezifischen Sensitivitätswerte können auch als ein Produkt aus detektorspezifischen Multiplikationsfaktoren für die Sensitivitätswerte (SW-Multiplikationsfaktoren) und (detektorunabhängigen) Sensitivitätswerten gebildet sein. Derartige Vorverfahren werden zum Beispiel einmalig und jeweils für alle zu verwendenden Röntgendetektoren bei der Installation eines Röntgensystems vorgenommen. Die KV-Multiplikationsfaktoren und/oder die SW-Multiplikationsfaktoren werden anschließend gespeichert und bei der Aufnahme eines Röntgenbildes dann detektorabhängig aufgerufen. Dies kann im Zusammenhang mit dem verwendeten Organprogramm durchgeführt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Röntgensystem mit einer Röntgenquelle und zumindest einem Röntgendetektor zur Aufnahme eines Röntgenbildes und einer Bildverarbeitungs- und Recheneinheit zur Verarbeitung des Röntgenbildes verwendet. Eine erfindungsgemäße Bildverarbeitungs- und Recheneinheit zur Bearbeitung von aufgenommenen Röntgenbildern eines Röntgendetektors enthält dabei einen Programmspeicher zur Speicherung von Programmcode, wobei in dem Programmspeicher Programmcode vorliegt, der zur Durchführung des Verfahren ausgebildet ist. Ebenso wird ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird, beansprucht. Außerdem wird ein Computerprogrammprodukt, umfassend auf einem computerlesbaren Datenträger gespeicherte Programmcode-Mittel eines Computerprogramms, um das Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird, beansprucht.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:

1 eine Ansicht einer Abfolge des bekannten Verarbeitungsverfahrens mittels des Programmes Diamond-View,

2 eine Ansicht einer Abfolge des erfindungsgemäßen Verarbeitungsverfahrens und

3 eine Ansicht eines Röntgensystems mit zwei verschiedenen zugeordneten Röntgendetektoren.

In der 1 ist ein bekanntes, mittels der Software Diamond-View umgesetztes Verfahren zur automatischen Bearbeitung eines Röntgenbildes gezeigt. Das Röntgenbild 10 wird hierbei in mindestens zwei Teilbilder und insbesondere neun oder zehn Teilbilder zerlegt, wobei jedes Teilbild diejenigen Anteile des zweidimensionalen Röntgenbildes enthält, die mit einer vorbestimmten, für das jeweilige Teilbild charakteristischen, von Null verschiedenen Teilbildfrequenz örtlich variieren. Eine solche Zerlegung kann zum Beispiel so aussehen, dass fünf Teilbilder 12.1 bis 12.5 erstellt werden und das erste Teilbild 12.1 alle Frequenzen zwischen der halben und der ganzen Nyquistfrequenz enthält, das zweite Teilbild 12.2 alle Frequenzen zwischen einem Viertel und der halben Nyquistfrequenz und das dritte Teilbild 12.3 alle Frequenzen zwischen einem Achtel und einem Viertel der Nyquistfrequenz usw.

Anschließend erfolgt eine Gewichtung 13 der einzelnen Teilbilder 12.1 bis 12.5 unabhängig voneinander mittels Gewichtungsfaktoren g1 bis g5, den Kontrastverstärkungsfaktoren, und danach eine Zusammensetzung 14 der einzelnen gewichteten Teilbilder 12.1 bis 12.5 zu einem Endbild 11. Die Kontrastverstärkungsfaktoren (auch vca-Faktoren genannt) hängen dabei einerseits von dem auf dem Röntgenbild abgebildeten Körperteil oder Organ ab. Es werden für unterschiedliche Körperteile unterschiedliche Frequenzbereiche stärker gewichtet oder abgeschwächt, so dass z. B. für eine Lungenaufnahme eine andere Bildcharakteristik als für eine Extremitätenaufnahme entsteht.

Die Kontrastverstärkungsfaktoren sind dabei in sogenannten Organprogrammen (Organprogramm = Datenstruktur mit allen Aufnahme- und Verarbeitungsparametern), welche entsprechend dem aufgenommenen Organ manuell oder automatisch aufgerufen werden, gespeichert. Andererseits sind die Kontrastverstärkungsfaktoren in Abhängigkeit von der bei der Aufnahme des Röntgenbildes verwendeten lokalen Röntgendosis über Sensitivitätswerte (sogenannte vPegel-Werte) optimierbar. Diese Sensitivitätswerte sind ebenfalls in den jeweiligen Organprogrammen gespeichert und sind entsprechend abrufbar. Die Bildbearbeitung an einem Röntgenbild wird bei Vorliegen der entsprechenden Information über das Körperteil/Organ und die Röntgendosis automatisch ohne zusätzlichen Eingriff eines Benutzers durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem bekannten Verfahren durch seine automatische detektorspezifische Anpassung der Bildverarbeitung. In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren gezeigt, welches eine detektorspezifische Gewichtung 15 mittels detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren dg1 bis dg5 unter Berücksichtigung der Modulationstransferfunktion 16 des entsprechenden Röntgendetektors aufweist.

Einerseits wird ein detektorspezifischer KV-Multiplikationsfaktor eingeführt, der mit dem Kontrastverstärkungsfaktor multipliziert wird, so dass sich der jeweilige detektorspezifische Gewichtungsfaktor dg1 bis dg5 ergibt. Der KV-Multiplikationsfaktor ist ein die Modulationstransferfunktion des jeweiligen verwendeten Röntgendetektors berücksichtigender Normierungsfaktor. Der jeweilige KV-Multiplikationsfaktor wird in einem Vorverfahren ermittelt, indem die Modulationstransferfunktion (MTF) des Röntgendetektors vermessen wird. Ist die MTF bekannt, so wird sie mit einer Referenz-MTF verglichen und es werden ortsfrequenzabhängig die jeweiligen Faktoren ermittelt, die benötigt werden, um die MTF des Röntgendetektors an die Referenz-MTF anzugleichen. Aus diesen ergeben sich dann direkt die KV-Multiplikationsfaktoren. Als Referenz-MTF kann zum Beispiel die MTF eines bestimmten Referenz-Röntgendetektors verwendet werden oder es handelt sich dabei um eine künstliche Referenzkurve. Wichtig ist vor allem, dass für alle Röntgendetektoren, die dem verwendeten Röntgengerät zugewiesen werden können, in Bezug auf dieselbe Referenz-MTF die KV-Multiplikationsfaktoren bestimmt werden. Die ermittelten KV-Multiplikationsfaktoren werden anschließend gespeichert. Das Vorverfahren wird zum Beispiel bei der Installation oder Inbetriebnahme des Röntgensystems durchgeführt.

Bei der Aufnahme eines Röntgenbildes wird dann registriert bzw. gespeichert, mit welchem Röntgendetektor das Röntgenbild aufgenommen wurde. Abhängig von dem verwendeten Röntgendetektor werden dann bei der Verarbeitung des Röntgenbildes die KV-Multiplikationfaktoren zum Beispiel automatisch aus dem Speicher abgerufen und mit den bekannten Parametersätzen des Diamond-View-Algorithmus verknüpft. Durch die KV-Multiplikationsfaktoren werden somit Unterschiede zwischen den Modulationstransferfunktionen ausgeglichen. Dadurch wird eine möglichst einheitliche Frequenzantwort für die verschiedenen Röntgendetektoren erreicht.

Zusätzlich können auf eine ähnliche Weise detektorspezifische Sensitivitätswerte unter Berücksichtigung des jeweiligen verwendeten Röntgendetektors bestimmt und anschließend für die Bildverarbeitung verwendet werden. Eine Verstärkung der Teilbilder ist in Bildgebieten mit geringer Röntgendosis bevorzugt weniger stark ausgeprägt als in Gebieten mit hoher Röntgendosis, um Rauschstrukturen nicht zu verstärken. Mit einer detektorabhängigen Anpassung der Sensitivitätswerte erfolgt die Verstärkung der einzelnen Teilbilder signalabhängig. Für die im Allgemeinen einmalige Bestimmung der detektorspezifischen Sensitivitätswerte werden zum Beispiel Bilder eines Röntgendetektors und eines Referenz-Röntgendetektors mit identischem Objekt und bei gleicher Röntgendosis an identischen Stellen hinsichtlich des Rauschwertes (z. B. Standardabweichung) verglichen (z. B. zueinander ins Verhältnis gesetzt) und daraus wird dann der detektorspezifische Sensitivitätswert bestimmt und anschließend gespeichert. Für die Bildverarbeitung werden im Programm Diamond-View dann wiederum die detektorspezifischen Sensitivitätswerte abgerufen und aus diesen die Kontrastverstärkungsfaktoren automatisch mit den existierenden Parametersätzen des Diamond View Algorithmus verknüpft und verwendet.

Insgesamt können die detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren dg_i (i: Anzahl der Teilbilder) zum Beispiel folgendermaßen zusammengefasst werden, wobei m_i der jeweilige KV-Multiplikationsfaktor, vca_i der jeweilige Kontrastverstärkungsfaktor, vPegel_i der jeweilige Sensitivitätswert und n_i der jeweilige SW-Multiplikationsfaktor ist: dg_i = m_i(MTF)·vca_i(n_i·vPegel_i(MTF),Organ)

In der 3 ist ein Röntgensystem 23 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wobei das Röntgensystem 23 eine Röntgenquelle 17, einen ersten Röntgendetektor 18, einen zweiten Röntgendetektor 19, eine Steuerungseinheit 24 sowie eine Verarbeitungs- und Recheneinheit 21 aufweist. Das Röntgensystem 23 ist zur Aufnahme von Röntgenbildern eines Organs oder Körperteils eines Patienten 20, welcher auf einer Patientenliege angeordnet sein kann, vorgesehen. Bei dem ersten Röntgendetektor 18 kann es sich zum Beispiel um einen mobilen Röntgendetektor, der seine Daten mittels kabelloser Datenübertragung weitergibt, handeln, bei dem zweiten Röntgendetektor 19 um einen an einer Wandhalterung fest installierten Röntgendetektor. Es können auch mehrere fest installierte, mehrere mobile oder weitere Röntgendetektoren vorhanden sein. Die Verarbeitungs- und Recheneinheit 21 enthält insbesondere einen Programmspeicher zur Speicherung von Programmcode, wobei in dem Programmspeicher Programmcode vorliegt, der zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen unter anderem darin, dass bearbeitete Röntgenbilder unterschiedlicher Röntgendetektoren bezüglich des visuellen Eindrucks angeglichen werden. Mit dem Verfahren wird zudem eine detektorspezifische Anpassung von Organprogrammen auf Benutzerebene vermieden. Detektorspezifische Organprogramm-Datenbanken würden vielfach höhere Verwaltungsarbeiten und längere Inbetriebnahmezeiten der Systeme beim Kunden bedeuten. Klinikeigene Organprogramme müssten ohne das erfindungsgemäße Verfahren per Hand an den jeweiligen Detektortyp angepasst werden, was neben dem Mehraufwand ein erhöhtes Fehlerrisiko birgt. In der digitalen Radiographie enthalten Organprogramm-Datenbanken typisch 800 bis 2000 einzelne Organprogramme, die sonst pro unterstütztem Röntgendetektor dupliziert und angepasst werden müssten.

Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung eines Röntgenbildes eines Röntgendetektors wird das Röntgenbild in mindestens zwei Teilbilder zerlegt, wobei jedes Teilbild diejenigen Anteile des zweidimensionalen Röntgenbildes enthält, die mit einer vorbestimmten, für das jeweilige Teilbild charakteristischen, von Null verschiedenen Teilbildfrequenz örtlich variieren, werden die Teilbilder unabhängig voneinander mittels je eines detektorspezifischen Gewichtungsfaktors gewichtet, wobei die detektorspezifischen Gewichtungsfaktoren zur Erzielung eines detektorunabhängigen Bildeindrucks abhängig von dem das Röntgenbild aufnehmenden Röntgendetektor sind, und werden die Teilbilder anschließend zu einem Endbild summiert.

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

• - DE 102005032287 A1 [0006]

• - „The Laplacian Pyramid as a Compact Image Code”, Peter J. Burt, Edward H. Adelson, IEEE Transactions an Communications, Vol. Com-31, No. 4, April 1983 [0006]