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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position für wenigstens
eine halbtransparente Blende bei einer radiologischen Beobachtung
eines Körperbereichs
eines Patienten mittels einer radiologischen Einrichtung, insbesondere bei
einer eine interventionelle Maßnahme
begleitenden Beobachtung, sowie eine zugehörige Einrichtung.
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Oftmals
werden in der interventionellen Radiographie bzw. Radiologie an
einem menschlichen oder tierischen Patienten Manipulationen mit
einem Katheter, einem Führungsdraht
und ähnlichen
medizinischen Instrumenten durchgeführt, bei denen eine begleitende
bildgebende Beobachtung oder ein Monitoring erforderlich bzw. gewünscht ist.
Hierzu wird beispielsweise parallel eine Röntgendurchleuchtung zur Beobachtung
eines betroffenen Körperbereichs vorgenommen.
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Problematisch
kann dabei sein, dass beispielsweise bei Aufnahmen im Bereich des
Herzens, aber auch bei Aufnahmen in anderen Körperregionen, große Intensitätsunterschiede
in den erstellten Bildern auftreten können. Die Ursache hierfür ist darin
zu sehen, dass im mittels Röntgenstrahlung durchstrahlten
Bildbereich neben stark absorbierenden Organen oder Gewebestrukturen
wie dem Herz oder der Wirbelsäule
auch extrem röntgentransparente
Bereiche und Organe wie beispielsweise die Lunge vorzufinden sind.
Die Folge davon sind sehr große
Dosisunterschiede innerhalb des maßgeblichen Bildbereichs, mit
der Folge, dass gegebenenfalls der Bildaufnahmedetektor und das
Bildsystem übersteuert
werden.
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Durch
die Dosisunterschiede wird die Bildqualität beeinträchtigt, so dass sehr dunkle
und niedrigkontrastige neben extrem hellen oder sogar überstrahlten
Bereichen vorzufinden sind. Um diesem Problem entgegenzutreten,
werden, da der Übergang zwischen
den Bereichen mit einer hohen Absorption und denen mit einer niedrigen
Absorption meist sehr scharf und geradlinig ist, halbtransparente Blenden
eingesetzt, die über
dem niedrigabsorbierenden Bereich positioniert werden. Dadurch wird
der Dosisunterschied zum hochabsorbierenden Bereich verkleinert
und so die Gesamtdynamik des Bildbereichs minimiert.
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Die
Positionierung dieser halbtransparenten Blenden, die dazu dienen,
Dosisunterschiede in den Griff zu bekommen, geschieht manuell. Hierzu
werden beispielsweise Joysticks verwendet, während eine Live-Mitbeobachtung
der manuellen Positionierungsvorgangs an einem Monitor erfolgt.
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Die
manuelle Positionierung der Blenden erfordert eine gewisse Erfahrung
und ist vergleichsweise aufwändig,
da z. B. jedes Mal eine neue Positionierung erfolgen muss, wenn
einzelne Parameter wie die Tischposition, die Angulation, eine Zoomstufe oder
die Position des Patienten verändert
werden. Dementsprechend steht dem medizinischen Personal weniger
Zeit bzw. Aufmerksamkeit für
medizinische Aktionen oder dem technischen Personal für die eigentliche
Bildaufnahmetätigkeit,
also beispielsweise die Überprüfung einer
im Übrigen
hinreichenden Qualität
der Bildaufnahmen, zur Verfügung.
Der Bediener, bei dem es sich um einen Techniker oder Naturwissenschaftler
handeln kann, der eine radiologische Einrichtung bedient, oder auch
um einen Arzt bzw. medizinisch-technischen Assistenten, der hiermit
neben der Durchführung
des interventionellen Verfahrens oder einer sonstigen medizinischen
Maßnahme
befasst ist, hat allein für
die Blendenpositionierung einen erheblichen Arbeitsaufwand zu leisten.
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Damit
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung
einer Position für
wenigstens einer halbtransparenten Blende anzugeben, das diesbezüglich verbessert
ist.
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Zur
Lösung
ist ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, das die
folgenden Schritte aufweist:
- – Erstellung
wenigstens einer radiologischen Bildaufnahme und/oder einer Folge
von Bildaufnahmen mittels der radiologischen Einrichtung,
- – Analyse
der Bildaufnahme und/oder der Folge von Bildaufnahmen mittels einer
automatischen Bildverarbeitung durch eine Recheneinrichtung zur
Erkennung gegebenenfalls vorhandener niedrigabsorbierender Bildbereiche
und
- – automatische
Ermittlung der Position für
die wenigstens eine halbtransparente Blende in Abhängigkeit
des Bildanalyseergebnisses durch die Recheneinrichtung.
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Somit
ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren
nicht mehr erforderlich, dass ein Benutzer wie ein Techniker bzw.
ein Arzt oder medizinisches Hilfspersonal, eine halbtransparente
Blende, um die Intensitätsunterschiede
in den radiologischen Aufnahmen in den Griff zu bekommen, manuell
positionieren muss. Vielmehr wird eine geeignete, im besten Fall die
optimale Position für
eine solche Blende automatisch bestimmt.
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Dazu
werden zunächst
im Rahmen der Überwachung
Bildaufnahmen erstellt, wobei es sich um ein einzelnes oder mehrere
einzelne Bilder oder auch einen Film und ein Video handeln kann.
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Diese
Bildaufnahmen bzw. der Film von Bildaufnahmen werden automatisch
durch eine Recheneinrichtung analysiert, um so niedrigabsorbierende Bildbereiche,
also im Wesentlichen röntgentransparente
Bereiche, zu erkennen. Die niedrigabsorbierenden Bereiche weisen
beispielsweise eine Absorption unterhalb eines Schwellwertes auf,
um seitens der Recheneinrichtung als solche klassifiziert zu werden.
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Aus
der Erkennung solcher niedrigabsorbierender Bildbereiche wird schließlich automatisch
die optimale Position für
eine oder mehrere halbtransparente Blenden seitens der Recheneinrichtung,
wozu eine entsprechende Bildverarbeitung bzw. Software verwendet
wird, bestimmt. Anschließend
kann die Blende an der ermittelten Position angeordnet werden, um
so Übersteuerungen
aufgrund hoher Dosisunterschiede zu begegnen.
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Bei
der radiologischen Beobachtung kann es sich um eine herkömmliche
Radiographie, aber auch um moderne radiologische Verfahren wie die
Computertomographie und dergleichen handeln.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Bestimmung der Blendenposition betrifft lediglich das technische
Verfahren einer optimalen Bildaufnahme ohne Qualitätsverluste.
Die gegebenenfalls parallel durchgeführte medizinische Maßnahme,
also beispielsweise die Intervention mittels eines Katheters oder
dergleichen, ist nicht vom vorliegenden Verfahren umfasst. Das Verfahren
kann vollständig
automatisch oder durch einen Techniker oder Naturwissenschaftler,
der mit der Bildaufnahme befasst ist, begleitet beziehungsweise überwacht
durchgeführt werden.
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Damit
das Verfahren fehlerfrei durchgeführt werden kann, müssen die
zu analysierenden Bildaufnahmen normiert sein. Das bedeutet, dass
die Bildaufnahmen mit einer Dosisregelung erstellt werden sollten
und bei Bedarf eine automatische elektronische Verstärkungsregelung
aktiviert sein sollte. Damit kann gewährleistet werden, dass die
hoch- und niedrigabsorbierenden Objekte im Bildbereich immer dieselben
Grauwertbereiche erzeugen. Erst hieran kann sich gegebenenfalls
eine weitere Bildanalyse zur Dynamikreduktion oder Rauschreduktion
oder dergleichen anschließen.
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Eine
Steuerungseinrichtung für
die Ansteuerung wenigstens eines für die Einstellung der Position der
halbtransparenten Blende vorgesehenen Stellmotors kann erfindungsgemäß in Abhängigkeit
der ermittelten Position angesteuert werden. So ist es möglich, die
geeignete Blendenposition, die automatisch ermittelt wurde, auch
automatisch, durch eine entsprechende Ansteuerung eines oder mehrerer Stellmotoren
für die
Einstellung der Position der Blende, korrekt einzustellen. Fehler,
die durch eine manuelle Einstellung der automatisch ermittelten
Position entstehen könnten,
werden so vermieden.
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Für den Zweck
dieser Steuerung der Blendenposition kann die automatisch ermittelte
Position von der Recheneinrichtung an die Steuerungseinrichtung
für die
Stellmotoren übermittelt
werden. Ebenso ist es möglich,
dass die Stellmotoren direkt durch die Recheneinrichtung, die auch
die Position der Blende ermittelt hat, angesteuert werden. Letztlich
ist so eine automatische Einstellung der Position einer oder mehrerer
Blenden für
eine optimale begleitende Bildaufnahme oder überhaupt für eine radiologische Bilderstellung
ohne weitere Fehlerquellen möglich.
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Erfindungsgemäß kann die
Bildanalyse zur Erkennung niedrigabsorbierender Bildbereiche wenigstens
folgende Schritte aufweisen:
- – Binarisierung
der Bildaufnahme und/oder der Folge von Bildaufnahmen unter Vorgabe
eines Schwellwerts und
- – Analyse
der binarisierten Bildaufnahme und/oder der binarisierten Folge
von Bildaufnahmen bezüglich
des Auftretens von Kanten.
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Im
Rahmen der Binarisierung können
beispielsweise alle Pixel, die über
einem seitens eines Nutzers, gegebenenfalls durch eine Eingabe vor
der Bildaufnahme, bzw. seitens einer Software vorgegebenen Schwellwert
liegen, auf 1 gesetzt werden, während
allen Pixeln unterhalb des Schwellwertes der Wert 0 zugeordnet wird.
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Geeignet
ist im Zweifelsfall ein Schwellwert, der bei der Hälfte des
maximalen Grauwerts liegt. Damit kann eine grobe Isolation bzw.
Erkennung der zu niedrigabsorbierenden Bereichen mit hohen Grauwerten
gehörenden
Pixel erreicht werden.
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Nach
der Binarisierung der Bildaufnahme bzw. des Films aus aufeinander
folgenden Aufnahmen und anderer Bildfolgen erfolgt eine Analyse
bezüglich
des Auftretens von Kanten, also bezüglich des Auftretens von Übergängen zwischen
hoch- und niedrigabsorbierenden Bildbereichen. Es werden also, beispielsweise
mittels eines Softwarepakets für die
automatische Bildverarbeitung, das auf der Recheneinrichtung abgelegt
ist, die Übergänge zwischen
0 und 1 bzw. 1 und 0 im binarisierten Bild erkannt.
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Weiterhin
kann im Anschluss an die Binarisierung der folgende Schritt durchgeführt werden:
- – Morphologische
Filterung der Bildaufnahme und/oder der Folge von Bildaufnahmen
zur Eliminierung von Fehlstellen und/oder Lücken.
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Hier
geht es also darum, Bildfehler auszugleichen, seien es einzelne
Fehlstellen oder größere Lückenbereiche.
Ziel ist es, eine möglichst
homogene Fläche
des niedrigabsorbierenden Bereichs zu erhalten. Hierzu können verschiedene
morphologische Filterverfahren verwendet werden, wozu beispielhaft die
Anwendung einer sogenannten Closing-Funktion zu nennen ist, bei
der eine Dilatation und in der Folge einer Erosion durchgeführt werden,
also bei deren Anwendung entsprechende Umgebungsbereiche im Hinblick
auf den festzusetzenden Wert eines zentralen Pixels berücksichtigt
werden.
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Die
Analyse bezüglich
des Auftretens von Kanten kann erfindungsgemäß wenigstens einen, vorzugsweise
alle, der folgenden Schritte aufweisen:
- – Kantendetektion
mittels eines Kantenfilters,
- – Eliminierung
von gegebenenfalls durch eine oder mehrere nichttransparente Blenden
hervorgerufenen Kanten und
- – Transformation
der Bildaufnahme und/oder der Folge von Bildaufnahmen in den Houghraum.
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Vorzugsweise
erfolgt die Analyse, indem diese Schritte in der genannten Reihenfolge
durchgeführt
werden. Standardmäßig kann
also eine Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens so aussehen, dass
nach der Erstellung der Bildaufnahmen diese binari siert werden,
die binarisierten Bilder gefiltert werden und schließlich eine
Kantendetektion durchgeführt
wird. Danach können
die durch reguläre
Einblendung hervorgerufenen Kanten, also die Kanten, die durch (feste)
nichttransparente Blenden hervorgerufen werden, eliminiert werden.
Derartige nichttransparente totalabsorbierende Blenden müssen nicht
positioniert werden, sondern sind in aller Regel bei Beginn der
Bildaufnahme bereits fest positioniert, so dass die durch die Blenden
hervorgerufenen Kanten für
Positionsbestimmungsverfahren gemäß der Erfindung lediglich störend wirken.
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Nach
der Eliminierung der durch reguläre Einblendung
hervorgerufenen Kanten erfolgt eine Transformation der Bildaufnahme
bzw. des Films oder dergleichen in den Houghraum, um eine Erkennung
geometrischer Formen zu ermöglichen,
hier also vornehmlich der Kanten beziehungsweise Linien im Bild.
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Für die Kantendetektion
wird zweckmäßigerweise
ein geeigneter Kantenfilter verwendet, der nur an den Stellen ein
Signal liefert, an denen ein Übergang
zwischen 0 und 1 bzw. 1 und 0 vorliegt. Geeignete Filter sind beispielsweise
Sobel-Filter oder Roberts-Filter.
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Es
sind jedoch nicht zwangsläufig
alle vorgenannten Schritte durchzuführen. Beispielsweise kann die
Eliminierung regulärer
Kanten dann entfallen, wenn keine nichttransparenten Blenden vorhanden sind
bzw. die Bildanalyse auf einen Bereich ohne solche Blenden beschränkt werden
kann. Des Weiteren kann die Kantendetektion gegebenenfalls von einer anderen
Transformation bzw. einem anderen Verfahren zur Erkennung geometrischer
Formen als Alternative zur Houghtransformation vervollständigt werden.
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Zur
Löschung
bzw. Eliminierung von durch nichttransparente Blenden hervorgerufenen
Kanten können
erfindungsgemäß zum Bildrand
parallele Kanten gelöscht
werden. Hierbei wird verwendet, dass diese festen Blenden in der
Regel parallel zu den Bildrändern
verlaufen. Ihre Kanten müssen
eliminiert wer den, damit sie für
die weitere Bildanalyse nicht störend
wirken. Dazu kann, gegebenenfalls von allen vier Bildrändern, ein
Durchsuchen aller Spalten bzw. Zeilen nach einem ersten Auftreten
des Grauwertes 1 durchgeführt werden. Wird eine Spalte
bzw. Zeile mit einem Grauwert gleich 1 aufgefunden, so werden
alle Pixel der entsprechenden Spalte oder Zeile auf 0 gesetzt. Zusätzlich werden
alle Pixel einer bestimmten Anzahl n weiterer Spalten oder Zeilen zur
Bildmitte hin ebenfalls auf 0 gesetzt. Die Anzahl n der ebenfalls
auf 0 zu setzenden weiteren Spalten oder Zeilen zur Bildmitte hin
kann unterschiedlich sein, wobei diese Anzahl insbesondere von der
Bildmatrixgröße abhängt. Beispielhaft
ist ein geeigneter Wert von n = 20 für eine Bildmatrixgröße von 960·960 zu
nennen. Bei anderen Bildgrößen oder
in Abhängigkeit
vom Aufnahmebereich können
aber auch ganz andere Anzahlen, insbesondere auch unterschiedliche
Anzahlen für
die unterschiedlichen Ränder,
geeignet sein.
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Durch
dieses Eliminierungsverfahren werden zum Bildrand parallele Kanten,
die durch reguläre
Einblendung entstandenen Kanten zuzuordnen sind, mit Sicherheit
gelöscht,
wohingegen nichtparallele Kanten, die beispielsweise auf extreme
Dosisunterschiede bei einer kardiologischen Aufnahme zurückzuführen sind,
erhalten bleiben.
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Wenn
sich in dem Kantenbild, beispielsweise nach einer Elimierung der
Kanten, die durch feste Blenden hervorgerufen werden, nur noch eine
oder mehrere Kanten befinden, die durch einen Übergang von einem hoch- zu
einem niedrigabsorbierenden Bereich hervorgerufen werden, kann die
Houghtransformation durchgeführt
werden.
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Möglich ist
es auch, dass sich bei dem betroffenen Bild bzw. der Bildfolge,
die analysiert werden soll, eine weitere Kante im Bild befindet,
die durch eine halbtransparente Blende hervorgerufen wird, die bei
der Erstellung der Bildaufnahme bzw. der Videosequenz oder des Films
bereits zumindest teilweise in den Bildbereich eingefahren war.
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Zur
Analyse einer Folge von Bildaufnahmen können diese gegebenenfalls zusammengefasst werden
und bestimmte Mittelungsverfahren verwendet werden. Es kann auch
ein Vergleich der einzelnen Bilder der Folge vorausgehen, um in
Abhängigkeit
des Vergleichsergebnisses gegebenenfalls bestimmte Bilder der Folge
von der Analyse auszuschließen
oder nur bestimmte spezifisch relevante oder zeitlich beabstandete
Bilder zu berücksichtigen.
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Wird
nun die Houghtransformation durchgeführt, so werden die Linien des
Bildraums auf Peaks bzw. Cluster im sogenannten Houghraum abgebildet. Anschließend werden
die Koordinaten der Peaks oder Cluster im Houghraum analysiert,
um hieraus den Winkel und den Normalenabstand der entsprechenden
Linie zum Bildmittelpunkt abzulesen. Dabei ist der Houghraum derart
aufgebaut, dass auf der horizontalen Achse der jeweilige Winkel
angegeben ist, während
die vertikale Achse den Normalenabstand zum Bildmittelpunkt wiedergibt.
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Das
Verfahren zur Bestimmung einer Position für wenigstens eine halbtransparente
Blende kann des Weiteren die folgenden Schritte aufweisen:
- – Tiefpassfilterung
der mittels einer Houghtransformation in den Houghraum transformierten
Bildaufnahme und/oder der Folge von Bildaufnahmen,
- – Suche
nach lokalen Maxima in der in den Houghraum transformierten Bildaufnahme
und/oder der Folge von Bildaufnahmen und
- – Ermittlung
der Position für
die halbtransparente Blende anhand der lokalen Maxima in der in
den Houghraum transformierten Bildaufnahme und/oder der Folge von
Bildaufnahmen.
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Die
Tiefpassfilterung des Houghbildes hat den Hintergrund, dass je nachdem,
wie hoch der Grad der Geradlinigkeit der erkannten Kante ist, sich ein
entsprechender Cluster im Hough raum auf einen einzelnen Punkt zusammenzieht.
Im umgekehrten Fall verteilt sich bzw. verschmiert der Cluster im
Houghraum umso mehr, je mehr die zugrunde liegende Kante von einer
Geraden bzw. einer geraden Linie abweicht, wobei in der Regel bei
den gesuchten Bereichsübergängen mit
solchen Abweichungen zu rechnen ist.
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Daher
gilt es, Nebenmaxima, die von kurzen und geraden Linienabschnitten
erzeugt werden können,
zu vermeiden. Hierzu wird die Tiefpassfilterung durchgeführt. Beispielsweise
kann im Rahmen der Tiefpassfilterung ein Mittelungsfilter mit einer
bestimmten Ausdehnung von einigen Pixeln in horizontaler und vertikaler
Richtung verwendet werden. Die Ausdehnung des Filters ist dabei
in Abhängigkeit
von den zur Beobachtung der interventionellen Maßnahme zu verwendenden Bildaufnahmen
geeignet zu wählen.
Beispielhaft wird die Verwendung eines Mittelungsfilters mit einer
Ausdehnung von 11 Pixeln in horizontaler und vertikaler Richtung
für eine
Bildmatrixgröße von 960·960 genannt,
die sich bei dieser Bildgröße als geeignet
erwiesen hat. Schließlich
werden die lokalen Maxima im Houghraum, die wiederum größer als
ein bestimmter seitens eines Nutzers bzw. einer auf der Recheneinrichtung
abgelegten Software vorzugebender bzw. einstellbarer Schwellwert
sein sollten, gesucht. Dieser Schwellwert ist geeignet zu wählen. Bei
der vorgenannten Bildmatrixgröße kann
beispielsweise ein Schwellwert von 30 optimal sein.
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Eine
Suche nach dem globalen Maximum alleine genügt nicht, da z. B. durch bereits
teilweise eingefahrene halbtransparenter Blenden mehr als eine,
insbesondere zwei Kanten im Bild sein können.
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Das
Verfahren zum Auffinden lokaler Maxima kann so ablaufen, dass zunächst das
globale Maximum, das gleichzeitig dem ersten lokalen Maximum entspricht,
gesucht wird. In der Folge werden alle Pixel in einer n·n-Umgebung
um dieses globale Maximum herum auf 0 gesetzt. Die hierbei verwendete n·n-Umgebung ist wiederum
geeignet zu wählen,
wobei bei einer Bildmatrixgröße von 960·960 ein
Wert von beispielsweise n gleich 50 geeignet sein kann.
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Wird
nun ein zweites Mal das globale Maximum gesucht, entspricht dieses
dem zweiten lokalen Maximum. Die gesuchte Endposition für die halbtransparente
Blende ist dann das lokale Maximum, das näher am Bildmittelpunkt liegt.
Diese Lage lässt sich
auf der vertikalen Achse des Houghbildes ablesen.
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Nach
der erfolgreichen Suche nach den lokalen Maxima kann somit die Position
für die
halbtransparente Blende durch die Ermittlung des Winkels bzw. der
Lage, gegeben durch den Normalenabstand zum Bildmittelpunkt, aus
dem Houghbild gewonnen werden.
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Alternativ
kann zur Geradenerkennung beziehungsweise Linienerkennung ein Fitverfahren durchgeführt werden,
wenn keine Houghtransformation verwendet werden soll. Ein solches
Fitverfahren kann auch ergänzend
zu einer Houghtransformation, beispielsweise zur Überprüfung der
Ergebnisse, eingesetzt werden.
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Das
Verfahren kann vorteilhafterweise auch derart durchgeführt werden,
dass die Position für
die halbtransparente Blende anhand einer Bildaufnahme und/oder einer
Folge von Bildaufnahmen bestimmt wird, die eine zumindest teilweise
in den Aufnahmebereich eingefahrene halbtransparente Blende aufweisen
oder die keine eingefahrene halbtransparente Blende aufweisen. Es
gibt also unterschiedliche Möglichkeiten
für die
Positionsbestimmung. Die Positionsbestimmung kann durchgeführt werden,
ohne dass sich bereits eine Blende im Bildaufnahmeraum befindet,
woraufhin die Blende anschließend
beispielsweise automatisch mittels der angesteuerten Stellmotoren
eingefahren wird. Des Weiteren können sich
bereits eine oder mehrere halbtransparente Blenden ganz oder teilweise
im Bildaufnahmeraum befinden. In diesem Fall kann für diese
Blenden eine nunmehr bessere Position bestimmt werden, oder es können Positionen
für andere
Blenden bestimmt werden.
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Die
bereits eingefahrenen Blenden stören das
Verfahren zur Ermittlung der optimalen Position für diese
Blenden bzw. eine dieser Blenden nicht, wenn dieses wie vorstehend
geschildert durchgeführt wird.
Vielmehr kann vorteilhaft mit dem Verfahren eine optimale Positionierung
der sich bereits im Bildraum befindlichen Blenden für in der
Folge durchzuführende
weitere Aufnahmen erreicht werden.
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Die
Position für
die halbtransparente Blende kann anhand einer eine hohe Dynamik
aufweisenden Folge von Bildaufnahmen bestimmt werden. Die Position
für die
halbtransparente Blende kann somit aus Bewegtbildern bestimmt werden.
Es kann also für
die Analyse z. B. ein Film verwendet werden, beispielsweise ein
Film im Bereich der Kardiologie, auf dem die Herzbewegung dargestellt
ist. Die Bildaufnahmen können
auch weitere dynamische Vorgänge
zeigen, ohne dass durch diese Bewegungsvorgänge wie z. B. die Atmung die
Blendenpositionierung beeinträchtigt
wäre.
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Wenn
von einer hohen Dynamik die Rede ist, so lässt sich dieser Begriff nicht
in klare Zahlenangaben fassen. Beispielhaft sei lediglich auf die
Kardiologie verwiesen, in der ein Herzschlag mit einer Dauer von
etwa einer Sekunde zu berücksichtigen
ist, der in einzelne Phasen mit einer Dauer im Subsekunden- bzw.
Zehntelsekundenbereich zerfällt.
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Die
Position für
die halbtransparente Blende kann in Echtzeit ermittelt werden. Das
Verfahren kann somit so durchgeführt
werden, dass für
jedes Bild bzw. jedes n-te Bild eine Positionsbestimmung durchgeführt wird,
woraufhin die Blende neu positioniert wird, sofern dieses erforderlich
ist. Damit ergibt sich der Vorteil, dass die Positionierung der
Blende jeder Änderung
der geometrischen Verhältnisse,
beispielsweise durch Bewegungen von Organen oder dergleichen, in
Echtzeit folgen kann. Des Weiteren kann die Bewegung beziehungsweise
tatsächliche Positionsänderung
der Blende aufgrund einer vorherge henden Analyse berücksichtigt
und es können
gegebenenfalls Korrekturen durchgeführt werden.
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Die
radiologische Beobachtung kann insbesondere im Bereich der Kardiologie
durchgeführt werden,
in der Kathetereingriffe und andere Eingriffe mit medizinischen
Instrumenten, die eine exakte begleitende Beobachtung erfordern,
häufig
durchgeführt
werden.
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Die
Position für
die halbtransparente Blende kann bei einer Folge von Bildaufnahmen
nur für
einige Bildaufnahmen der Folge und/oder im Rahmen einer Mittelung
für mehrere
Bildaufnahmen gemeinsam bestimmt werden.
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Es
kann also für
die Positionsbestimmung z. B. jedes n-te Bild herangezogen werden
bzw. eine Mittelung über
eine bestimmte Anzahl von Bildern durchgeführt werden. Möglich ist
es auch, dass die Berücksichtigung
jedes n-ten Bildes bzw. die Mittelung im Wechsel durchgeführt werden,
je nachdem, in welcher Phase sich beispielsweise die zu beobachtende
interventionelle Maßnahme,
die parallel zur Bildaufnahme durchgeführt wird, befindet.
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Für die Ermittlung
der Position für
die halbtransparente Blende bei einer Folge von Bildaufnahmen kann
gegebenenfalls eine Änderung
der ermittelten Position im Verlauf der Bildfolge zumindest teilweise
wieder herausgefiltert werden. So kann dem Verfahren gegebenenfalls
eine gewisse Trägheit
auferlegt werden, beispielsweise wenn sich ergibt, dass eine ständige oder
sehr häufige
Umpositionierung der Blende nicht erforderlich ist bzw. eine Änderung der
Position, die ermittelt wurde, für
den weiteren Verlauf nicht relevant ist. Es kann also ein weiterer Filter
bei hochdynamischen Aufnahmen verwendet werden, um unnötige und
abrupte Positionsänderungen,
die für
die weitere Bildaufnahme nachteilig sein können, zu vermeiden.
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Die
Analyse der Bildaufnahme und/oder der Folge von Bildaufnahmen kann
unter Berücksichtigung
von Vorgaben eines Nutzers durchgeführt werden. Insbesondere kann
ein mit der begleitenden Bildaufnahme befasster Naturwissenschaftler,
beispielsweise ein Physiker, oder ein Techniker vor der Bildaufnahme
bzw. währenddessen
Werte für
geeignete Simulationsparameter beispielsweise für die Suche nach den Maxima
im Houghraum oder dergleichen eingeben, um eine ansonsten automatisch
erfolgende Analyse zu optimieren. Denkbar ist auch, dass dem Nutzer
beispielsweise für
eine Kantendetektion, die je nach Anwendungsbereich beziehungsweise
dem Aufnahmebereich in der Kardiologie oder in anderen Gebieten
zweckmäßigerweise
unterschiedlich durchgeführt
werden kann, eine Auswahl von Filtern dargestellt wird und dergleichen.
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Die
Eingabe bzw. Auswahl kann dabei anhand einer Softwareoberfläche an der
Recheneinrichtung bzw. einem weiteren Arbeitsplatzrechner vorgenommen
werden.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung eines
Verfahrens zur Bestimmung einer Position für wenigstens eine halbtransparente
Blende bei einer radiologischen Beobachtung eines Körperbereichs
eines Patienten, insbesondere wie im vorstehenden geschildert, mit
einer radiologischen Einrichtung zur Erstellung wenigstens einer
radiologischen Bildaufnahme und/oder einer Folge von Bildaufnahmen
bei der radiologischen Beobachtung und einer Recheneinrichtung zur
Analyse der Bildaufnahme und/oder der Folge von Bildaufnahmen zur
Erkennung niedrigabsorbierender Bildbereiche mittels einer automatischen
Bildverarbeitung und zur automatischen Ermittlung der Position für die wenigstens
eine halbtransparente Blende in Abhängigkeit des Bildanalyseergebnisses.
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Die
Einrichtung, die die Positionsbestimmung für halbtransparente Blenden
für eine
Beobachtung durch radiologische Aufnahmen ermöglicht, weist also eine radiologische
Einrichtung für
die Erstellung der Bildaufnahmen sowie eine Rechenein richtung für die erforderliche
Analyse auf. Die radiologische Einrichtung kann beispielsweise ein
C-Bogen-System sein. Denkbar ist des Weiteren eine Computertomographie-Einrichtung
als radiologische Einrichtung. Die Recheneinrichtung weist eine
Bildverarbeitungssoftware auf, um die Bildaufnahmen bzw. Filme geeignet
zu analysieren. Die Bildverarbeitungssoftware kann dabei in der
Form eines Softwarepakets aufgebaut sein. Dieses Softwarepaket kann
einem Nutzer unterschiedliche Optionen beispielsweise für eine Kantendetektion
oder eine allgemeine Parameterauswahl bieten bzw. nach Anwahl eines
bestimmten Programms automatisch ablaufen.
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Somit
entfällt
erfindungsgemäß die manuelle Positionierung
von halbtransparenten Blenden, so dass hierdurch entstehende Fehler
eine interventionelle Maßnahme,
die begleitend zur radiologischen Beobachtung durchgeführt wird,
nicht negativ beeinträchtigen
können.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den folgenden Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Ablaufskizze eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2A u. 2B Ausgangsbildaufnahmen ohne
bzw. mit teilweise eingefahrener halbtransparenter Blende,
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3A u. 3B das
Ergebnis der Binarisierung der Ausgangsbildaufnahme der 2A und 2B,
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4A u. 4B das
Ergebnis der Filterung der binarisierten Bildaufnahme nach 2A und 2B,
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5A u. 5B die
jeweilige Bildaufnahme nach einer Kantendetektion,
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6A u. 6B die
Bildaufnahme nach Eliminierung durch reguläre Einblendung hervorgerufener
Kanten wiederum ohne und mit teilweise eingefahrener halbtransparenter
Blende,
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7A u. 7B das
Ergebnis einer Houghtransformation der Bildaufnahme,
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8A u. 8B das
tiefpassgefilterte Houghbild,
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9A u. 9B das
Ergebnis, nachdem das globale Maximum des Houghbilds auf 0 gesetzt wurde,
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10A u. 10B die
ermittelte Position für
die halbtransparente Blende in der Bildaufnahme bzw. die sich mit
der eingefahrenen Blende ergebende Bildaufnahme und
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11 eine
erfindungsgemäße Einrichtung zur
Bestimmung einer Position für
wenigstens eine halbtransparente Blende.
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Die 1 zeigt
eine Ablaufskizze eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im
Schritt a liegt zunächst
eine Bildaufnahme vor, die im Rahmen eines für eine interventionelle Maßnahme vorgesehenen
begleitenden Monitorings aufgenommen wurde. Dieses Ausgangsbild
zeigt sehr große
Dosisunterschiede, also extrem dunkle, niedrigkontrastige und extrem
helle Bildbereiche. Der Über gang
zwischen diesen Bildbereichen ist vergleichsweise scharf und geradlinig.
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Im
folgenden Schritt b wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Binarisierung der Bildaufnahme durchgeführt, indem Pixel oberhalb eines
Schwellwerts auf 1 gesetzt werden und Pixel unterhalb eines Schwellwerts
auf 0 gesetzt werden. Als Schwellwert wird der Schwellwert verwendet,
der der Hälfte
des maximalen Grauwerts entspricht.
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An
die Binarisierung schließt
sich im Schritt c die Filterung des im Schritt b binarisierten Bildes
an. Es wird eine morphologische Filterung verwendet, um Fehlstellen
und Lücken
des binarisierten Bildes zu eliminieren. Dies führt zu einer weitgehend homogenen
Fläche
des niedrigabsorbierenden Bereichs. Das gefilterte Binärbild wird
gemäß dem Schritt
d einer Kantendetektion unterworfen, so dass nur an den Stellen
ein Signal verbleibt, an denen ein Übergang von 0 auf 1 bzw. 1
auf 0 vorhanden ist.
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Im
Schritt e werden schließlich
durch reguläre
Einblendung hervorgerufene Kanten, die parallel zu den Bildrändern verlaufen,
eliminiert.
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Daran
schließt
sich eine Houghtransformation gemäß Schritt f an, durch die die
Linien des Bildes des Schrittes e auf Peaks bzw. Cluster im Houghraum
abgebildet werden. Das entstandene Houghbild wird gemäß dem Schritt
g einer Tiefpassfilterung unterworfen, um Nebenmaxima zu erkennen,
die durch kurze gerade Linienabschnitte erzeugt werden.
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Schließlich zeigt
der Schritt h die ermittelte Position, in die die halbtransparente
Blende zur Optimierung der bei der Beobachtung aufzunehmenden Bildaufnahmen
einzubringen ist.
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Die
folgenden 2A–10A zeigen
jeweils die Situation, ohne dass sich eine halbtransparente Blende
im Bildbereich befindet. In den 2B–10B ist jeweils die Situation mit einer teilweise
eingefahrenen halbtransparenten Blende bzw. in der 10B mit der an der richtigen Position eingefahrenen
halbtransparenten Blende dargestellt.
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Die 2A zeigt
eine Ausgangsbildaufnahme, ohne dass sich eine halbtransparente
Blende im Bild befindet. Deutlich zu erkennen ist ein großer Intensitätsunterschied
zwischen einem niedrigabsorbierenden Bildbereich 1 und
einem hochabsorbierenden Bildbereich 2. Der Übergang
zwischen den beiden Bildbereichen 1 und 2 ist
vergleichsweise scharf bestimmt. Am Bildrand 3 beziehungsweise
im zugeordneten Aufnahmebereich sind feste Blenden positioniert.
Bei der vorliegenden Bildaufnahme handelt es sich um eine Bildaufnahme
aus dem Bereich der Kardiologie, in der häufig mittels Bildaufnahmen
zu überwachende
interventionelle Maßnahmen
wie beispielsweise Katheteruntersuchungen und dergleichen durchgeführt werden.
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Die 2B zeigt
die Ausgangsbildaufnahme mit einer teilweise eingefahrenen halbtransparenten Blende,
wobei wiederum an den Bildrändern 4 dunkle Bereiche
durch feste Blenden, die nichttransparent sind, entstanden sind.
Durch die teilweise eingefahrene halbtransparente Blende ergibt
sich neben einem kleineren niedrigabsorbierenden Bildbereich 5 ein
neuer höherabsorbierender
Bereich 6, der durch die Blende entsteht. Der hochabsorbierende
Bildbereich 7 entspricht dem hochabsorbierenden Bildbereich 2 der
Ausgangsbildaufnahme der 2A ohne eingefahrene
Blende.
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In
der 3A ist das Ergebnis einer Binarisierung der Bildaufnahme
der 2A ohne eingefahrene Blende dargestellt. Zu sehen
sind die Pixel 8 oberhalb des gesetzten Schwellwerts sowie
die Pixel 9 unterhalb des Schwellwerts, die auf 0 gesetzt
wurden und dunkel dargestellt sind. Damit ergibt sich im Ergebnis
eine Isolation der zu niedrigabsorbierenden Bereichen mit hohen
Grauwerten gehörenden
Pixeln.
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In
der 3B ist durch die bereits teilweise eingefahrene
halbtransparente Blende eine kleinere Anzahl von Pixeln 10 oberhalb
des Schwellwerts im Vergleich zu den Pixeln 11 unterhalb
des Schwellwerts zu erkennen, wobei die höhere Anzahl von Pixeln unterhalb
des Schwellwerts durch die rechts oben in der Bildaufnahme bereits
teilweise eingefahrene halbtransparente Blende entsteht.
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Die 4A bzw. 4B zeigen
das Ergebnis der Filterung des binarisierten Bildes der 3A bzw. 3B ohne
beziehungsweise mit teilweise eingefahrener halbtransparenter Blende.
Die Filterung wird mit einem morphologischen Filter durchgeführt, wodurch
eine vergleichsweise homogene Fläche 12 bzw. 13 des
niedrigabsorbierenden Bereichs entsteht. Zur Filterung wird eine
Closing-Funktion mit einer von einer Erosion gefolgten Dilatation
verwendet.
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Daran
schließt
sich eine Kantendetektion gemäß den 5A und 5B an.
Diese Kantendetektion liefert nur an den Stellen ein Signal, an
denen ein Übergang
zwischen 0 und 1 bzw. 1 und 0 festgestellt wird. Dadurch ergeben
sich die Kanten 14 bzw. 15 der 5A und 5B.
Aufgrund der bereits teilweise eingefahrenen halbtransparenten Blende
der 5B fehlt dort im rechten oberen Bereich unter
anderem jeweils die parallel zur Bildumrandung verlaufende Kante,
die durch die festen Blenden entsteht.
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In
den 6A bzw. 6B ist
jeweils zu sehen, wie die durch reguläre Einblendung hervorgerufenen
Kanten im Vergleich zu den 5A bzw. 5B eliminiert
worden sind. Diese Kanten entstehen durch nichttransparente, in
diesem Sinne reguläre,
Blenden im Bild, die in der Regel wie hier parallel zu den Bildrändern verlaufen
und fest angeordnet sind. Damit diese Kanten die weitere Bildanalyse nicht
stören,
werden sie durch eine von den vier Bildrändern beginnende Suche in allen
Spalten bzw. Zeilen nach einem ersten Auftreten des Grauwertes 1 eliminiert.
Nach dem Auffinden einer solchen Spalte bzw. Zeile werden alle Pixel
der entsprechenden Spalte oder Zeile auf 0 gesetzt. Dies kann zusätzlich für alle Pixel
von n weiteren Spalten oder Zeilen zur Bildmitte hin durchgeführt werden.
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Dadurch
werden zum Bildrand parallele Kanten gelöscht, während nichtparallele Kanten
erhalten bleiben.
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Das
Ergebnis sind Bildaufnahmen, wie sie in den 6A und 6B gezeigt
sind, die lediglich nicht zu den Bildrändern parallele Kanten 16 und 17 aufweisen.
Daran schließt
sich eine Houghtransformation gemäß den 7A und 7B an.
Zufällig parallel
zum Rand verlaufende Kanten weiter zur Bildmitte würden im
Rahmen der Eliminierung nicht entfernt. In den Kantenbildern befinden
sich nur noch die Kanten, die durch den Übergang vom hoch- zum niedrigabsorbierenden
Bereich bedingt sind.
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Befindet
sich eine halbtransparente Blende bereits im Bild, so ruft diese
ebenfalls eine Kante hervor, die im Kantenbild gemäß der 6B zu
erkennen ist.
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In
der Folge wird das Bild nun in den Houghraum transformiert, wodurch
sich eine Darstellung wie in den 7A und 7B ergibt.
Die Linien im Bildraum werden auf Peaks bzw. Cluster im Houghraum
abgebildet. Aus den zugehörigen
Koordinaten lassen sich der Winkel sowie der Normalenabstand zum
Bildmittelpunkt der Linie ablesen. In der 7A sind
für den
Fall ohne eingefahrene halbtransparente Blende die entsprechenden
Peaks und Cluster 18 dargestellt. Dabei ist auf der Achse 19 der
zugehörige
Winkel aufgetragen, während
auf der Achse 20 der Abstand zum Bildmittelpunkt angegeben
ist.
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Entsprechend
ist in der 7B für den Fall mit teilweise eingefahrener
halbtransparenter Blende der Winkel auf der Achse 21, der
Abstand zum Bildmittelpunkt auf der Achse 22 aufgetragen.
Bei den Peaks und Clustern 23 der 7B fehlen
die Bereiche, die auf Kanten zurückzuführen sind,
die bereits durch die teilweise eingefahrene halbtransparente Blende überdeckt
wurden. Damit konzentrieren sich die Peaks und Cluster 23 der 7B deutlicher
auf zwei Cluster, die den parallelen Kanten in der 6B zuzuordnen
sind.
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Die 8A und 8B zeigen
jeweils die tiefpassgefilterten Houghbilder, die aus den Houghbildern
der 7A und 7B hervorgehen.
Zu sehen sind die jeweiligen Cluster 24, 25, die
nach der Tiefpassfilterung verbleiben. Hintergrund der Filterung
ist, dass sich ein Cluster 24, 25 im Houghraum umso
mehr auf einen einzelnen Punkt zusammenzieht, je höher der
Grad der Geradlinigkeit zugrunde liegenden Kante ist. Verschmierungen
der beiden Cluster 24 und 25 entstehen durch Abweichungen von
einer geraden Linie. Nebenmaxima, die durch große gerade Linienabschnitte
erzeugt werden können,
werden so vermieden.
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Schließlich wird
gemäß den 9A sowie 9B das
globale Maximum auf 0 gesetzt. Es verbleiben lokale Maxima 26 bzw. 27.
Daraus ergibt sich der Winkel bzw. der Abstand zum Bildmittelpunkt
für die
Positionierung der Blende. Zum Auffinden der lokalen Maxima wird
das globale Maximum als erstes lokales Maximum gesucht, woraufhin
alle Pixel in einer bestimmten Umgebung um dieses globale Maximum
herum auf 0 gesetzt werden. Bei einer zweiten Suche nach dem globalen
Maximum wird somit das zweite lokale Maximum aufgefunden. Die Endposition
für die
halbtransparente Blende ergibt sich durch das lokale Maximum, das
näher am
Bildmittelpunkt und somit am Bildaufnahmezentrum liegt, wobei der Abstand
zum Bildmittelpunkt wiederum an der vertikalen Achse im Houghraum
abgelesen werden kann.
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Die 10A zeigt schließlich die ermittelte Position 28 für eine halbtransparente
Blende in der Bildaufnahme gemäß der 1A. In der 10b ist die
sich ergebende Bildaufnahme 29 mit nunmehr an der optimalen
Position eingefahrener halbtransparenter Blende dargestellt. Die
Bildaufnahme 29 weist keinen störenden Übergang von Bereichen sehr
großer
zu Bereichen sehr niedriger Intensität auf. Damit können Übersteuerungen
des Bildaufnahmedetektors und des Bildsystems vermieden werden.
Die Bildaufnahme 29 weist die Qualität auf, die für eine bildgestützte Überwachung
neben einer interventionellen Maßnahme erforderlich ist.
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In
der 11 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung 37 zur
Bestimmung einer Position für
wenigstens eine halbtransparente Blende dargestellt, die eine radiologische
Einrichtung 30 aufweist, die als C-Bogen-System ausgebildet
ist. Auf der Liege 31 wird für die Durchführung der
interventionellen Maßnahme
ein hier nicht dargestellter Patient angeordnet.
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Die
radiologische Einrichtung 30 weist eine Strahlenquelle
bzw. einen Detektor 32a, 32b auf.
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Verbunden
ist die radiologische Einrichtung 30 mit einer Recheneinrichtung 33,
die neben einem Rechenmittel 34 über ein Bildausgabemittel 35 mit
einer Bedieneinrichtung verfügt.
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Mit
Hilfe der radiologischen Einrichtung 30 werden radiologische
Bildaufnahmen erstellt, die über
die Verbindungsleitung 36 an die Recheneinrichtung 33 übertragen
werden. Seitens des Rechenmittels 34 werden die Bildaufnahmen
im Hinblick auf die Erkennung niedrigabsorbierender Bildbereiche analysiert,
um so automatisch die geeignete Position für die Anordnung wenigstens
einer halbtransparenten Blende zu erkennen. Hierzu verfügt die Recheneinrichtung 33 über eine
automatische Bildverarbeitung in Form eines geeigneten Softwarepakets.
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Ein
nicht dargestellter Bediener kann zudem mit Hilfe des Bildausgabemittels 35 mit
der Bedieneinrichtung Vorgaben für
die Analyse der Bildaufnahmen angeben, beispielsweise im Hinblick
auf den zu verwendenden Kantenfilter oder den bei der Eliminierung
von durch reguläre
Einblendung hervorgerufenen Kanten zu verwendenden Algorithmus.
Im Übrigen
arbeitet die Recheneinrichtung 33 der Einrichtung 37 zur
Bestimmung einer Position für
eine halbtransparente Blende automatisch. In Abhängigkeit der seitens des Rechenmittels 34 ermittelten
Position für
die halbtransparente Blende wird diese mit Hilfe hier nicht dargestellter
Stellmotoren an der optimalen Position für die Bildbeobachtung angeordnet.
Ein manuelles Positionieren der hier nicht gezeigten halbtransparenten
Blende bzw. der mehreren Blenden entfällt. Diese werden über Stellmotoren
automatisch positioniert.
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Damit
kann sich ein Benutzer, der mit der Bildbeobachtung befasst ist,
ganz und gar auf die Überwachung
der Qualität
des Bildes konzentrieren, das dem medizinischen Personal für die Überwachung
einer Intervention zur Verfügung
gestellt wird, ohne dass er zusätzlich
die Positionierung der halbtransparenten Blenden vornehmen müsste. Andererseits
kann ein Benutzer, der gleichzeitig für medizinische Aktionen zuständig ist,
sich voll und ganz auf diese Aktionen fokussieren, ohne dass er
eine zusätzliche
Belastung durch den Arbeitsaufwand für das manuelle Positionieren
der Blenden in Kauf nehmen müsste.