DE10163215B4

DE10163215B4 - System und Verfahren mit automatisch optimierter Bilderzeugung

Info

Publication number: DE10163215B4
Application number: DE10163215.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schmitz Georg; Henning Braess; Harald Reiter
Original assignee: Philips GmbH
Current assignee: Philips GmbH
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: US20030120145A1; JP4512313B2; CN1326428C; US7725163B2; JP2003245271A; CN1427658A; DE10163215A1

Abstract

Röntgensystem zur Generierung von Röntgenbildern, aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit (1), die dazu vorgesehen ist, aus mehreren Bildpunkten eines Röntgenbildes mindestens ein Messfeld (30) zu bilden und mit aus dem Messfeld (30) extrahierten Informationen (14a, 15a, 16a, 17a, 18a) die Röntgenstrahlung (7) zu steuern, wobei das mindestens eine Messfeld (30) gebildet wird, indem es mit Bildpunkten erweitert wird, die in wenigstens einer festlegbaren geometrischen Beziehung zu mindestens einem bereits dem Messfeld (30) zugehörigen Bildpunkt stehen, und/oder indem es um Bildpunkte verringert wird, die von mehr als einer festlegbaren Anzahl von nicht dem Messfeld (30) zugehörigen benachbarten Bildpunkten umgeben sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem und ein Ultraschallsystem, welches Bilder oder Bildfolgen erzeugt und das Betriebsverhalten einzelner Systemkomponenten verändert oder optimiert. Weiterer Bestandteil dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung dieser Systemkomponenten.
Während einer medizinischen Röntgenuntersuchung mittels einer Folge von Röntgenbildern ergibt sich für den Arzt häufig das Problem, neben der eigentlichen Untersuchung zugleich das Betriebsverhalten einzelner Komponenten des Röntgenuntersuchungssystcms einstellen zu müssen, um eine optimale Qualität der Röntgenbilder in den interessanten Bildbereichen zu erhalten. Insbesondere ist eine optimale Einstellung der Röntgenstrahlung wichtig. Einerseits steigert eine Erhöhung der Strahlendosis in der Regel die Bildqualität, andererseits soll das Untersuchungsobjekt mit einer möglichst geringen Strahlendosis belastet werden. Die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Bildqualität werden normalerweise durch die Art der Untersuchung bei gleichzeitiger Minimierung der Strahlenbelastung des zu untersuchenden Objekts festgelegt. Es sind vielfältige Möglichkeiten bekannt, die Dosis der Röntgenstrahlung von dem System automatisch durchführen zu lassen. Dazu werden in der Regel vom System während des Betriebs Informationen aus Bildern oder Bildbereichen extrahiert, anhand derer eine automatische Nachjustierung der Dosis erfolgt. Wird anhand des gesamten Bildinhalts die Röntgendosis geregelt, so liefert eine solche Regelung häufig unbefriedigende Ergebnisse, da die Regelung durch sich ändernde Bildbereiche und durch Bildbereiche, die systembedingt stark über- oder unterbelichtet sind, negativ beeinflußt wird. Daher sind aus den Dokumenten EP 0 435 528 A2 und EP 0 748 148 A1 beispielsweise Röntgenuntersuchungssysteme bekannt, die statt aus dem gesamten Bild aus vordefinierten Bildbereichen, sogenannten Regions of Interest ROI, Informationen zur Dosisregelung extrahieren.
Diese Systeme haben jedoch den Nachteil, dass die ROI vordefiniert und damit statisch ist. Dadurch ergibt sich das Problem, dass der zu untersuchenden Objektbereich in dem Bildbereich der ROI abgebildet sein muss. Ist dies nicht der Fall, so wird die Dosis anhand falscher Bilddaten geregelt. Wird ein bewegtes Objekt mittels Bildfolgen untersucht, so kann das Objekt aufgrund seiner Bewegung die statische ROI verlassen und die Dosisregelung arbeitet wiederum mit falschen Bilddaten. Um dem zu entgegnen, könnte beispielweise das Objekt oder das System neu positioniert werden, was für das Untersuchungspersonal in der Regel einen unzumutbaren Aufwand bedeutet, oder die ROI vergrößert werden, was aber eine schlechtere Regelung zur Folge hat. Weiterhin bedingt die örtliche Bindung der ROI in der Regel die funktionelle Verwendung. Für die Einstellung verschiedener Systemparameter müssen Informationen aus verschiedenen ROI verwendet werden.
US 5 490 197 A offenbart die Erzeugung von Röntgenbildern, indem das Objekt zwischen einem Detektor mit einem winzigen röntgensensitiven Bereich und einer Röntgenquelle mit einer ausgedehnten Anodenplatte positioniert wird. EP 0 748 148 A1 offenbart einen Helligkeitsdetektor, der wird verwendet, um die Röntgenbelichtung und den angezeigten Bildpegel in einem diagnostischen Röntgenbildgebungssystem zu steuern. EP 0 435 528 A2 offenbart eine Steuerschaltung zur Steuerung einer Helligkeit eines Röntgenvideobildes während der Fluorographie, die die Röntgendosis in Bezug auf Änderungen der durchschnittlichen Helligkeit des Röntgenbildes ändert. US 5 873 830 A offenbart ein Ultraschallsystem und -verfahren, um die Auflösung und den
Betrieb zu verbessern. Aufgabe der Erkundung ist es, ein bilderzeugendes System mit einer automatischen
Anpassung der Bildqualität insbesondere in interessanten Bildbereichen sowie ein diesbezügliches Verfahren zu entwickeln.
Gelöst wird diese Aufgabe in einer ersten Ausführung mit einem Röntgensystem zur Generierung von Röntgenbildern, aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit, die dazu vorgesehen ist, aus mehreren Bildpunkten eines Röntgenbildes mindestens ein Messfeld zu bilden und mit aus dem Messfeld extrahierten Informationen die Röntgenstrahlung zu steuern.
Ein erfindungsgemäßes Röntgensystem weist neben der Datenverarbeitungseinheit eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor auf. Zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor befindet sich in der Regel ein zu untersuchendes Objekt oder ein Bereich eines Objekts. Bei aktivierter Röntgenquelle durchdringt Röntgenstrahlung das Objekt und es entsteht in bekannter Art und Weise auf dem Röntgendetektor ein Röntgenbild, welches in elektronische Form umgesetzt wird. Dieses elektronische Bild gelangt dann zu der Datenverarbeitungseinheit, wo es weiterverarbeitet und zu hier nicht näher bezeichneten weiteren Systemkomponenten wie Speichermedien oder Visualisierungsmittel gegeben werden kann. Werden einzelne Bilder in schneller zeitlicher Abfolge generiert, so entsteht eine Röntgenbildsequenz, die beispielsweise eine Objektbewegung wie in einem Film darstellt.
In der Regel ist ein Röntgenbild in Bereiche aufteilbar, die für den Betrachter von größerem Interesse sind als andere. Diese interessanten Bereiche sollen möglichst gut dargestellt werden, was durch eine geeignete Anpassung der Röntgenstrahlung bezüglich der interessanten Bereiche erreicht werden kann. Die Röntgenstrahlung ist je nach Ausgestaltung des Systems durch unterschiedliche Mittel in bekannter Art und Weise einstellbar. Beispielsweise kann die Charakteristik der Röntgenstrahlen durch Verändern der Betriebsspannung der Röntgenröhre eingestellt werden. Durch Verändern des Röhrenstroms ist die Menge der emittierten Strahlung pro Zeiteinheit einstellbar. Weiterhin kann die von der Röntgenröhre ausgehende Strahlung durch Blenden beeinflusst werden, sodass eine ortsabhängige Schwächung der Röntgenstrahlung möglich ist.
Die Anpassung der Röntgenstrahlung wird in dem erfindungsgemäßen Röntgensystem dadurch erreicht, dass die Datenverarbeitungseinheit aus einem Bild zunächst wenigstens ein Messfeld bildet. Ein Messfeld ist eine vom Bildinhalt abhängige Menge von Bildpunkten, die besonders zur Extraktion von Informationen hinsichtlich der Bildqualität geeignet sind. Anhand dieser Informationen können Aussagen über die Qualität des von dem Messfeld abgedeckten Bildbereichs gemacht werden und es ist möglich, die Röntgenstrahlung der geforderten Qualität anzupassen, ohne dabei Informationen aus nichtrelevanten Bildbereichen zu benutzen. Eine Information, die aus einem Messfeld extrahiert wird und die zur Einstellung der Röntgenstrahlung dient, kann beispielsweise der Mittelwert der Werte aller Bildpunkte in dem Messfeld sein. Überschreitet dieser Mittelwert einen bestimmten Grenzwert, so ist die Belichtung im Bereich des Messfeldes zu hoch und muss reduziert werden. Eine andere Information ist beispielsweise die Grauwertverteilung (Histogramm) der Bildpunkte im Messfeld. Ist die Grauwertverteilung nicht homogen genug oder zu einseitig, so muss der Kontrast des Bildes erhöht werden, was beispielsweise durch eine geänderte Charakteristik der Röntgenstrahlung möglich ist. Eine weitere Information kann der oben erwähnte Anteil des Rauschens im Bild sein. Ist er bekannt, so kann beispielsweise die Dosis der Strahlung erhöht werden, um das Rauschen zu reduzieren.
Ein Bildpunkt wird beispielsweise einem Messfeld zugeordnet, wenn sich sein Wert statistisch relevant gegenüber wenigstens einem früheren Bild geändert hat, also der statistische Vergleich seines Wertes mit einem Wert aus mindestens einem früheren Bild positiv ausfällt. Ein solcher statistischer Vergleich macht eine Aussage über die Änderung des Wertes eines Bildpunktes in einer Folge von Bildern. Generell kann ein solcher Vergleich mit jedem Bildpunkt eines Bildes durchgeführt werden. Es zeigt sich, dass die einem Messfeld zugeordneten Bildpunkte nicht unmittelbar benachbart sein müssen und das der Rand eines Messfeldes beliebige geometrische Formen annehmen kann. Überschreitet beispielsweise die Änderung eines Bildpunktes ein festlegbares Maß und ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auszuschließen, dass die Änderung durch Rauschen hervorgerufen wird, so stellt der Bildpunkt ein Teil eines bewegten Objekts dar und er wird dem Messfeld zugeordnet. Der statistische Vergleich kann in diesem Beispiel als eine Bewegungsdetektion gesehen werden. Ein anderer Vergleich hinsichtlich der statistischen Relevanz kann beispielsweise darin bestehen, den die Detailgenauigkeit bestimmenden Anteil des Rauschen im Verhältnis zum eigentlichen Bildsignal im Gesamtbild zu untersuchen. Zur Ermittlung dieses Signal-Rausch-Verhältnisses in Abhängigkeit von der Intensität werden möglichst homogene Bildbereiche, die von einem oder mehreren Messfeldern abgedeckt werden, statistisch ausgewertet, wobei eine das statistische Quantenrauschen bestimmende Kennlinie gewonnen werden kann. Je höher das Rauschen, desto größer werden aufgrund physikalischer Gegebenheiten die geometrischen Ausmaße des kleinsten darstellbaren Objektdetails. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Dosis verbessert werden.
Eine spezielle Art von Röntgensystemen sind auf die Darstellung bewegter Objekte ausgelegt. Für ein medizinisches Röntgenunrersuchungssystem können hier als Beispiele für bewegte Objekte das menschliche Herz oder der Blutfluss in einem Blutgefäß aufgeführt werden. Ziel in einem solches System ist es, dass die interessanten Bildbereiche trotz der Objektbewegung möglichst optimal dargestellt werden. Dazu wird beispielsweise in jedem Bild einer Bildsequenz ein das bewegte Objekt abdeckende Messfeld gebildet. Dies führt dazu, dass im Verlauf der Bildfolge das Messfeld der Objektbewegung angepasst wird. Somit ist die Festlegung des Messfeldes adaptiv. Da das bewegte Objekt immer vom Messfeld abgedeckt wird, ermöglichen die aus diesen Messfeldern extrahierten Information eine optimale Einstellung der Systemparameter. Da das bewegte Objekt das Messfeld nicht wie beim Einsatz statischer Messfelder aufgrund seiner Bewegung verlassen kann, wird vermieden, dass die Röntgenstrahlung anhand nicht relevanter Bildinformationen verändert wird. Ist es beispielsweise aufgrund einer geringen Eigenbewegung des Objekts nicht notwendig, die Form und Größe des Messfeldes in jedem Bild zu anzupassen, so besteht eine andere Möglichkeit zur Abdeckung bewegter Objekte mit einem Messfeld darin, zunächst in einem Bild ein das bewegte Objekt abdeckende Messfeld mittels der oben genannten Methoden festzulegen und in nachfolgenden Bildern dieses Messfeld lediglich den jeweils neu ermittelten Bewegungsrichtungen des Objekts relativ zum Bild nachzuführen. Eine solche Nachführung benötigt weniger Rechenleistung in der Datenverarbeitungseinheit. Eine andere Möglichkeit der Bildung eines Messfeldes knüpft an die oben durchgeführten Überlegungen zur Rauschreduktion an: Zeigen die Bilder einer Bildfolge ein oder mehrere bewegte Objekte, so führt eine in jedem Bild erneut stattfindende Festlegung des Messfeldes beispielsweise über den Hintergrund dazu, dass ein solches Messfeld der sich im Laufe der Bildfolge ändernden Form des Hintergrundes angepasst wird.
Für die Bildqualität der interessanten Bildbereiche ist es von besonderer Bedeutung, dass die Strahlqualität der Röntgenstrahlung möglichst optimal eingestellt ist. In diesem Zusammenhang ist eine Steuerung der Dosis (als ein Parameter der Stahrlqualität), beispielsweise durch Variation der Röntgenspannung, des Stroms oder der Bestrahlungsdauer, mit einem Röntgensystem gemäß Anspruch 2 besonders einfach und effizient zu realisieren. Besondere Vorteile ergeben sich weiterhin bei der Darstellung bewegter Objekte, da eine genauere und präzisere Steuerung der Dosis gegenüber dem Stand der Technik erreichbar ist.
Ein Vergleich hinsichtlich der statistischen Relevanz kann gemäß Anspruch 3 vorteilhafterweise in einer Bewegungsdetektion bestehen, bei der beispielweise die zeitliche Änderung eines Bildpunktes über mehrere Bilder ermittelt wird. Dabei werden die Bildpunkte einem Messfeld zugeordnet, die von einem bewegten Objekt stammen, wodurch die Bildqualität an das darzustellende bewegte Objekt angepasst wird. Im Gegensatz dazu wird zur Ermittlung des Rauschanteils im Bild ein Messfeld aus Bildpunkten gebildet, die einem möglichst homogenen Bildbereich wie einem Bildhintergrund zuzuordnen sind. Zusätzlich sollte sich der Signalanteil in einem solchen Bildbereich im Laufe der Bildfolge nur wenig ändern. Liegt ein solches Messfeld fest, so kann aufgrund bekannter Beziehungen zwischen den Bildpunkten des Messfeldes in einem Bild das Rauschen bestimmt werden.
Um ein Messfeld sicherer bilden zu können, werden in einer weiteren Ausführungsform gemäß Anspruch 4 weitere Bildpunkte dem Messfeld zugeordnet. Dies sind Bildpunkte, die in einer festgelegten örtlichen Beziehung zu den Bildpunkten stehen, die bereits dem Messfeld zugeordnet sind. Werden beispielsweise bei schwieriger Bewegungsschätzung aufgrund eines stark verrauschten Bildes zur Vermeidung von fehlerhaften Zuordnungen nur wenige Bildpunkte einem Messfeld gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 zugeordnet, so wird dadurch das Messfeld stark fragmentiert. Werden nun weitere Bildpunkte, beispielsweise alle direkten Nachbarn der bereits zugeordneten Bildpunkte, zusätzlich dem Messfeld zugeordnet, so wird die Fragmentierung des Messfeldes reduziert. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 ist die geometrische Beziehung so festgelegt, dass alle Bildpunkte, deren geometrischer Abstand sich unterhalb eines festgelegten Wertes befinden, dem Messfeld zugeordnet werden. Ist der Abstand richtungsunabhängig, so fallen alle Bildpunkte unter dieses Kriterium, die sich innerhalb einer kreisförmigen Fläche um einen bereits zugeordneten Bildpunkt befinden. Die Fragmentierung eines Messfeldes wird reduziert, wenn sich die meisten dieser kreisförmigen Flächen überschneiden oder berühren. Stellt sich dagegen bei einem dem Messfeld zugeordneten Bildpunkt heraus, dass die Anzahl derjenigen Bildpunkte, die sich innerhalb der kreisförmigen Fläche befindlichen und die nicht dem Messfeld zugeordnet sind, einen bestimmten Wert überschreitet, so ist die Zuordnung mit großer Wahrscheinlichkeit falsch und der Bildpunkt wird dem Messfeld wieder entzogen. Dies ist eine Weiterbildung gemäß Anspruch 6.
Ein häufig untersuchtes Organ ist das menschliche Herz, welches komplexe und schnelle Bewegungen ausführt, die bei konventionellen Systemen nur einer mangelhaften automatischen Einstellung von Systemparametern führen. Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Röntgensystems bei kardiologischen Untersuchungen gemäß Anspruch 7 ist daher besonders vorteilhaft. Dabei wird beispielsweise das bewegte Herz oder Teile davon von wenigstens einem Messfeld abgedeckt- Das Messfeld wird während einer Untersuchung sowohl den Eigenbewegungen des Herzens als auch den Relativbewegungen zum Bildrand angepasst und nachgeführt. Dies ist beispielhaft in der Figurenbeschreibung ausführlich dargestellt. Wird das Herz mittels eines Katheters untersucht, so möchte der Benutzer während bestimmter Untersuchungsphasen die Spitze des Katheters verfolgen können. Zur optimalen Darstellung des sich in der Regel bewegenden Katheters wird daher in einer Ausführung gemäß Anspruch 8 ein die Katheterspitze abdeckendes Messfeld festgelegt.
Ein erfindungsgemäßes Röntgensystem kann nicht nur zur Steuerung der Röntgenstrahlung eingesetzt werden. Enthält das System weitere Komponenten, die steuerbar sind oder in ihrem Betriebsverhalten angepasst werden können, so ist diese Steuerung oder Anpassung mit Hilfe von aus Messfeldern extrahierten Informationen ähnlich wie bei der Steuerung der Röntgenstrahlung möglich. Nachfolgend sollen einige Beispiele dafür gegeben werden. Wird anhand eines Messfeldes festgestellt, dass der für den Betrachter interessante Bildbereich durch Bewegung das Bild zu verlassend droht, so kann die Röntgenanlage bezüglich des Objekts oder das Objekt oder ein Tisch, auf dem das Objekt liegt, bezüglich der Röntgenanlage verschoben werden. Das Betriebsverhalten des Röntgendetektors kann mittels mehrerer Parameter verändert werden, wobei sich beispielsweise die Empfindlichkeit, der Bildausschnitt oder eine Datenkomprimierung einstellen lassen. In der Datenverarbeitungseinheit können die Bilddaten mittels Bildverarbeitungsalgorithmen bearbeitet werden, wobei der Einfluss eines Algorithmus' durch Parameter einstellbar ist. Eine Visualisierungskomponente wie ein Monitor, ist beispielsweise bezüglich der Bildhelligkeit oder des Bildkontrastes einstellbar.
Die Aufgabe wird weiterhin gemäß Anspruch 9 mit einem Ultraschallsystem zur Generierung von Ultraschallbildern gelost, aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit, die dazu vorgesehen ist, aus mehreren Bildpunkten eines Ultraschallbildes mindestens ein Messfeld zu bilden und mit aus dem Messfeld extrahierten Informationen wenigstens den Ultraschall zu steuern.
Bei einem erfindungsgemäßen Ultraschallgerät wird beispielsweise ein Objekt mittels Ultraschall abgebildet. Ein Ultraschallsender koppelt Schallwellen in das Objekt ein, die von den einzelnen Bestandteilen des Objekts unterschiedlich reflektiert und von einem Ultraschallsensor erfasst werden. Aus den verschiedenartigen Schallreflexionen lässt sich ein Bild des Objekts mittels der Datenverarbeitungseinheit in bekannter Art und Weise rekonstruieren.
Ein erfindungsgemäßes Ultraschallgerät weist analoge Merkmale wie das in Anspruch 1 beanspruchte Röntgensystem auf, wodurch sich gleiche oder ähnliche Vorteile wie in der vorrausgegangenen Beschreibung des Röntgengerätes ergeben. Auch hier werden mit Hilfe von Messfeldern Information aus relevanten Bildbereichen extrahiert, mit denen eine Steuerung des Schalls, beispielsweise der Schalldosis bzw. Schallintensität, möglich ist. Weiterhin sind die Steuerungen anderer Systemkomponenten möglich. Die Ansprüche 2 bis 8 sind entsprechend auf das Ultraschallgerät übertragbar. Ein solches Ultraschallgerät ist beispielsweise in der medizinischen Diagnostik einsetzbar. Insbesondere bei kardiologischen und gynäkologischen Untersuchungen kann durch eine automatische Anpassung der Systemkomponenten eine schnellere und bessere medizinische Diagnose ermöglicht werden.
Die Aufgabe wird weiterhin mit folgendem Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst: Verfahren in einem bilderzeugenden System zur Steuerung der auf ein Objekt auftreffenden Dosis der zur Bilderzeugung notwendigen Strahlung oder Wellen, bestehend aus den Schritten

a) Bildung eines Messfeldes aus Bildpunkten eines Bildes,
b) Extraktion von Informationen aus dem Messfeld und
c) Steuerung der Strahlung oder Wellen mittels der extrahierten Informationen.

Dieses Verfahren kann in allen bilderzeugenden Systemen zum Einsatz kommen, in denen eine automatische Steuerung der Strahlung oder Wellen oder anderer Systemkomponenten bezüglich interessanter Bildbereiche besonders vorteilhaft ist.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

- 1 ein Röntgenuntersuchungssystem, welches Mittel zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 aufweist,
- 2 das Blockbild eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 und
- 3 die schematische Festlegung und Nachführung eines Messfeldes in einer Bildfolge.

In 1 ist ein Röntgenuntersuchungssystem, dass zur Erzeugung einer Folge von Röntgenbildern mit bewegten Objekten eingesetzt werden kann, mit seinen wichtigsten Komponenten dargestellt. Es weist eine Röntgenquelle 2 auf, die aus einer Röntgenröhre, den zum Betrieb der Röntgenröhre notwendigen Mitteln wie beispielsweise Hochspannungsgenerator und Leistungsversorgungseinheit und weiteren Mitteln zur Beeinflussung der Röntgenstrahlung wie beispielsweise mechanischen Blenden besteht. Weiterhin weist das System einen Röntgenbilddetektor 5 auf, der an seinem Ausgang digitale Röntgenbilder 20 liefert, wobei die Frequenz von aufeinanderfolgenden Bildern so groß sein kann, dass dem Benutzer des Systems in Echtzeit eine Röntgenbildsequenz in Form eines Films zur Verfügung gestellt werden kann. Der Röntgenbilddetektor 5 kann dabei eine Kombination aus Röntgenbildverstärker und Kamera sein oder wird durch einen flachen digitalen Röntgenbilddetektor gebildet. Zwischen Röntgenquelle 2 und Röntgenbilddetektor 5 befindet sich das zu untersuchende Objekt 3, welches auf einem, mittels Motoren positionierbaren Tisch 4 liegt, wobei die Motoren hier nicht dargestellt sind. Röntgenquelle 2, Objekt 3 und Röntgenbilddetektor 5 sind dabei örtlich so angeordnet, dass die von der Röntgenquelle 2 ausgehenden Röntgenstrahlung 7 durch das Objekt 3 dringen kann und auf den Röntgenbilddetektor 5 trifft. Die vom Röntgenbilddetektor erzeugten Bilddaten 20 gelangen zu einer Bildverarbeitungs- und Systemkontrolleinheit 1, die dazu vorgesehen ist, sowohl die gelieferten Bilddaten zur Visualisierung aufzubereiten als auch Schritte zur Messfeldbildung und Informationsextraktion durchzuführen, wobei beispielsweise aus den Bilddaten Informationen zur Einstellung von Systemparametern 14b, 15b, 16b, 17b extrahiert werden. Eine solche Bildverarbeitungs- und Systemkontrolleinheit 1 kann beispielsweise durch ein leistungsfähiges Computersystem gebildet werden, das eine Bildverarbeitung in Echtzeit ermöglicht. Die aufbereiteten Bilddaten 20b gelangen zur Visualisierung zu einem Monitor 6.
Die Röntgenquelle 2, der Tisch 4, der Röntgenbilddetektor 5 und der Monitor 6 können mittels Parametern in Ihrem Verhalten bzw. Arbeitspunkt eingestellt werden. In 1 sind diese Parameter bildhaft mit gestrichelten Linien dargestellt. Parameter 14b der Röntgenquelle 2 sind beispielsweise die Dosis der Röntgenstrahlung, das Spektrum der Röntgenstrahlung und die über Motoren veränderbare Position oder Form der mechanischen Blenden, anhand derer die Form des Randbereichs des Strahlungskegels 7 angepaßt werden kann. Parameter 15b des Tisches sind beispielsweise die Position bezüglich des Strahlungskegels 7. Parameter 16b des Röntgenbilddetektors sind beispielsweise die Sensitivität und Signalverstärkung. Parameter 17b des Monitors sind beispielsweise Kontrast, Helligkeit und Auswahl der günstigsten Look-Up-Table zur Grauwertanpassung.
In einer anderen Ausführungsform ist der Tisch 4 und damit das zu untersuchende Objekt 3 feststehend und die Röntgenquelle 2 und/oder der Röntgenbilddetektor 5 können beispielsweise mittels entsprechender Antriebe, beispielsweise Elektromotoren, relativ zum Tisch 4 verfahren und positioniert werden.
In 2 ist anhand eines Blockschaltbildes schematisch die Arbeitsweise des Teils der Datenverarbeitungseinheit dargestellt, die zur Messfeldbildung, Informationsextraktion und Informationsauswertung eingesetzt wird. Alle Bilddaten sind mit Pfeilen dargestellt, die eine durchgehende Linie aufweisen, alle anderen Daten wie Systemparameter oder Messfelddaten sind mit Pfeilen dargestellt, die eine unterbrochene Linie aufweisen.
Die ankommenden Bilddaten 20 sind vom Röntgenbilddetektor gelieferte, artefaktbehaftete Rohdaten, die zunächst zur Artefaktbefreiung eine Bildvorverarbeitung 10a durchlaufen. Diese korrigierten Rohbilddaten 20a gelangen zu einer Vergleichseinheit 11, die die Werte der einzelnen Bildpunkte mit Ihren Werten aus früheren Bildern vergleicht und somit festlegt, welche Bildpunkte zu einem bewegten Objekt zuzuordnen sind und welche nicht. Diese Information 11a wird an eine Messfeldfestlegungseinheit 12 weitergegeben, die anhand der Informationen 11a und weiterer Kriterien wie beispielsweise geometrische Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den Bildpunkten ein oder mehrere Messfelder festlegt. Die Information 12a über die örtliche Lage der Messfelder im Bild gelangt zu einer Informationsextraktionseinheit 13, die bezügliche der in dem System vorkommenden Parameter aus den Messfeldern die entsprechenden Informationen 14a, 15a, 16a, 17a und 18a extrahiert.
Die aus den Messfeldern extrahierten Informationen 14a wie beispielsweise Helligkeit oder Bildschärfe, die zur Parametereinstellung der Parameter des Röntgengenerators dienen, gelangen zur Röntgengeneratorregelung 14, die die Parameterwerte 14b wie benötigte Dosis oder geometrische Lage der Blenden an den Röntgengenerator 2 weitergibt. Die Informationen 15a wie beispielsweise Objektposition in Bezug zu den Bildrändern, die zur Einstellung der Tischposition nötig sind, werden zur Tischpositionsregelung 15 gegeben, die die Parameterwerte zur Tischjustierung zum Tisch 4 weitergibt. Die Informationen 16a wie beispielsweise der Dynamikbereich der in den entsprechenden Messfeldern enthaltenen Bildpunkte, die zur Einstellung des Röntgenbilddetektors nötig sind, werden zur Detektorregelung 16 gegeben, die die Parameterwerte 16b an den Röntgendetektor 5 weitergibt. Die Informationen 17a wie beispielsweise Kontrast und Helligkeit der Ausgangsbilder, die zur Einstellung des Monitors nötig sind, werden zur Monitorregelung 17 gegeben, die die Parameterwerte 17b an den Monitor 6 weitergibt.
Die Bilddaten 20a gelangen zu einer weiteren Bildverarbeitungseinheit 10b, die die Bilder im Hinblick auf die stattfinde Untersuchung des Objekts 3 verändert und optimiert. Diese Bildverarbeitungseinheit kann Algorithmen enthalten, die adaptiv sind und die anhand von Algorithmusparametern beeinflussbar sind. Die Informationen 18a, die zur Einstellung dieser Algorithmusparameter nötig sind, werden zur Bildverarbeitungsregelung 18 gegeben, die die Parameterwerte 18b an die Bildverarbeitungseinheit 10b weitergibt.
Die aufbereiteten Bilddaten 20b gelangen letztlich zum Monitor 6, wo sie visualisiert werden.
In 3 sind zur Verdeutlichung der Festlegung eines Messfeldes 30 drei Bildfolgen mit jeweils drei Bildern dargestellt. In allen Bildern ist das bewegte Objekt 31 ein menschliches Herz, welches sich sowohl in sich selbst als auch relativ zu den Bildrändern bewegen kann. Das Messfeld 30, dessen äußerer Rand anhand einer gestrichelten Linie dargestellt ist, wird typischerweise in einer Messfeldfestlegungseinheit 12 aus 2 festgelegt.
Eine Relativbewegung des Herzens zu den Bildrändern ist einer ersten Bildfolge 3a, 3b und 3c dargestellt, wo sich das Herz von der linken obere Bildecke zur rechten unteren Bildecke bewegt. In einer zweiten Bildfolge 3d, 3e und 3f ist eine Bewegung des Herzens dargestellt, in der sich das Herz in sich selber bewegt. In einer dritten Bildfolge 3g, 3h und 3i ist eine kombinierte Bewegungen des Herzens aus den ersten beiden Bildfolgen dargestellt. In allen Bilder ist deutlich zu erkennen, dass das Messfeld immer das bewegte Herz abdeckt. So ist gewährleistet, dass Informationen beispielsweise über die Graustufenverteilung und Helligkeit ausschließlich aus dem Bildbereich, in dem sich das Herz befinden, extrahiert werden und die Systemparameter wie Bildkontrast und Röntgendosis auf Basis dieser Informationen optimiert werden.
Würde dagegen die Informationen aus dem gesamten Bildbereich extrahiert, so würde ein in der ersten Bildfolge beispielhaft dargestellter, stark über- oder unterbelichteter Bildbereich 33 die optimale Einstellung der Systemparameter verhindern. Ebenso würde ein statisches, beispielsweise kreisförmiges Messfeld 32, das in Bildmitte positioniert ist, wie in der dritten Bildfolge gezeigt, das Herz nur zeitweise abdecken und gerade in 3h und 3i nur unzureichende Informationen zur optimalen Einstellung der Systemparameter liefern.
Im folgenden sollen anhand aller Figuren weitere vorteilhafte Beispiele bezüglich der Messfeldfestlegung und der Einstellung von Systemparametern gegeben werden:

- Ist das Bild in den von Messfeldern abgedeckten Bereichen unscharf, so kann dies an einem zu großen Brennfleck in der Röntgenröhre liegen. Weist die Röntgenröhre Mittel zur Einstellung des Brennflecks aus, so können diese anhand von Systemparametern 14b zur Optimierung des Brennflecks eingestellt werden.
- Droht die Gefahr, dass das zu untersuchende Objekt 31 beispielsweise aufgrund einer Bewegung des Patienten sich zu weit einem Bildrand nähert, so ist es mittels einem Systemparameter 15b möglich, den Tisch 4 zu verfahren, um das Bewegungszentrum des Herzen wieder in etwa in die Bildmitte zurück zu positionieren.
- Ist ein Bildbereich 33 so stark überbelichtet, dass er den Arzt bei Betrachtung der Röntgenbilder stört oder dass er den Röntgenbilddetektor negativ beeinflusst, indem der unmittelbar an den überbelichteten Bereich angrenzende Bildbereich verfälscht wird, so ist es mittels eines den überbelichteten Bereich 33 abdeckenden Messfeldes möglich, Systemparameter 14b dahingehend zu ändern, dass die in der Röntgenquelle 2 angebrachten mechanischen Blenden so verfahren werden, dass der Bereich 33 möglichst vollständig verdeckt wird.
- Anhand der Systemparameter 16a kann der Röntgenbilddetektor 5 eingestellt werden. Sind beispielsweise die Systemparameter 14b und 15b bereits optimal eingestellt, so kann der Arbeitspunkt des Röntgenbilddetektors optimiert werden, wodurch die Ausnutzung des kompletten Dynamikbereichs des Detektors in seinem aktuell genutzten Betriebsmodus möglich ist. Weist der Röntgenbilddetektor eine Kombination aus Röntgenbildverstärker und Kamera auf, so sind vielfältige Systemparameter wie die Elektronenstrahlablenkung und -fokussierung des Röntgenbildverstärkers oder der Arbeitspunkt der Kamera zur Optimierung nutzbar.
- Eine Bildverarbeitungseinheit 10b, die adaptive Komponenten aufweist, wird typischerweise zur Hervorhebung von in den Bildern dargestellten Objekten oder Strukturen genutzt, die dem Systembenutzer ansonsten nur schwer oder gar nicht zugänglich sind. Bei beispielsweise stark verrauschten Bildern, die in der Regel bei Folgen von Röntgenbildern mit einer niedrigen Röntgendosis auftreten, kann mittels aufwendiger Rauschreduktionsalgorithmen das Rauschen reduziert werden. Diese Algorithmen liefern besonders gute Ergebnisse, wenn nur der für den Benutzer interessante Bildbereich das Verhalten des Algorithmus beeinflusst. Daher bietet sich der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafterweise an, durch die automatische Festlegung und Nachführung hinsichtlich der Optimierung der Systemparameter der adaptiven Algorithmen besonders geeigneter Messfelder das Verhalten der Algorithmen zu optimieren.
- Auch die Einstellungen eines Mittels zur Visualisierung der Folge von Röntgenbildern, beispielsweise eines Monitors 6, sind durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch optimierbar. Sind alle Systemkomponenten, die an der Erzeugung und Aufbereitung der Bilddaten 20b beteiligt sind, optimiert, so kann durch einen falsch eingestellten Monitor der Benutzer des Systems dennoch ein nicht optimales Bild präsentiert bekommen. Stellt die Visualisierungssteuerung 17 anhand der extrahierten Informationen 17a beispielsweise fest, dass das Röntgenbild im Bereich des Messfeldes, also in dem den Benutzer besonders interessierenden Bildbereich, trotz den Optimierungen der anderen Systemkomponenten relativ kontrastarm ist, so kann sie den Monitor 6 über dessen Systemparameter so einstellen, dass der geringe Kontrast des Bildes mit dem gesamten Dynamikbereicht des Monitors dargestellt wird. Dazu werden beispielsweise die Kontrasteinstellung, die Helligkeit und/oder die Grauwertübertragungsfunktion des Monitors optimiert.

Claims

Röntgensystem zur Generierung von Röntgenbildern, aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit (1), die dazu vorgesehen ist, aus mehreren Bildpunkten eines Röntgenbildes mindestens ein Messfeld (30) zu bilden und mit aus dem Messfeld (30) extrahierten Informationen (14a, 15a, 16a, 17a, 18a) die Röntgenstrahlung (7) zu steuern, wobei das mindestens eine Messfeld (30) gebildet wird, indem es mit Bildpunkten erweitert wird, die in wenigstens einer festlegbaren geometrischen Beziehung zu mindestens einem bereits dem Messfeld (30) zugehörigen Bildpunkt stehen, und/oder indem es um Bildpunkte verringert wird, die von mehr als einer festlegbaren Anzahl von nicht dem Messfeld (30) zugehörigen benachbarten Bildpunkten umgeben sind.
Röntgensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit aus dem Messfeld (30) extrahierten Informationen (14a, 15a, 16a, 17a, 18a) die Strahlqualität der Röntgenstrahlung gesteuert wird.
Röntgensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bildpunkte aufgrund von einer Bewegungsdetektion einem Messfeld (30) zugeordnet werden.
Röntgensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfeld mit Bildpunkten erweitert wird, die einen festlegbaren richtungsabhängigen oder -unabhängigen Abstand zu mindestens einem bereits dem Messfeld (30) zugehörigen Bildpunkt unterschreiten.
Röntgensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung kardiologischer Untersuchungen vorgesehen ist.
Röntgensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit dazu vorgesehen ist, mit wenigstens einem Messfeld das bewegte Herz oder den vorderen, im Körper befindlichen Teil eines Katheters oder dessen Spitze abzudecken.
Ultraschallsystem zur Generierung von Ultraschallbildern, aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit, die dazu vorgesehen ist, aus mehreren Bildpunkten eines Ultraschallbildes mindestens ein Messfeld zu bilden und mit aus dem Messfeld extrahierten Informationen wenigstens den Ultraschall zu steuern, wobei das mindestens eine Messfeld (30) gebildet wird, indem es mit Bildpunkten erweitert wird, die in wenigstens einer festlegbaren geometrischen Beziehung zu mindestens einem bereits dem Messfeld (30) zugehörigen Bildpunkt stehen, und/oder indem es um Bildpunkte verringert wird, die von mehr als einer festlegbaren Anzahl von nicht dem Messfeld (30) zugehörigen benachbarten Bildpunkten umgeben sind.
Verfahren in einem bilderzeugenden System zur Steuerung der auf ein Objekt auftreffenden Dosis der zur Bilderzeugung notwendigen Strahlung oder Wellen, bestehend aus den Schritten: a) Bildung eines Messfeldes (30) aus Bildpunkten eines Bildes, b) Extraktion von Informationen aus dem Messfeld (30) und c) Steuerung der Dosis mittels der extrahierten Informationen, wobei das mindestens eine Messfeld (30) gebildet wird, indem es mit Bildpunkten erweitert wird, die in wenigstens einer festlegbaren geometrischen Beziehung zu mindestens einem bereits dem Messfeld (30) zugehörigen Bildpunkt stehen, und/oder indem es um Bildpunkte verringert wird, die von mehr als einer festlegbaren Anzahl von nicht dem Messfeld (30) zugehörigen benachbarten Bildpunkten umgeben sind.