DE19915851A1 - Verfahren zum Verarbeiten der von einem aus einer Pixelmatrix mit einer Dunkelreferenzzone bestehenden Festkörperbildsensor gelieferten Pixelbildsignale - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Verarbeiten der von einem aus einer Pixelmatrix mit einer Dunkelreferenzzone bestehenden Festkörperbilddetektor gelieferten Pixelbildsignale zur Korrektur des Offset sowie etwaiger Offset-Instabilitäten, umfassend folgende Schritte: DOLLAR A - rechnerische Verknüpfung der Signale eines Offsetbildes mit den ausgelesenen Pixelbildsignalen zur Ermittlung eines offset-korrigierten Bilds, DOLLAR A - Ermittlung eines Offset-Korrekturwerts anhand von Signalen der Pixel der Dunkelreferenzzone, und DOLLAR A - vom ermittelten Offset-Korrekturwert abhängige rechnerische Verknüpfung des Offset-Korrekturwerts mit allen Pixelbildsignalen des offset-korrigierten Bilds.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten der von einem aus einer Pixelmatrix mit einer Dunkelreferenzzone be­ stehenden Festkörperbildsensor gelieferten Pixelbildsignale zur Korrektur des Offset sowie etwaiger Offset-Instabilitä­ ten.

Festkörperbilddetektoren sind bekannt und basieren auf akti­ ven Pixelmatrizen (Panels), z. B. aus amorphen Silizium (a- Si). Die Bildinformation, welche beispielsweise von einer auf den Festkörperbilddetektor treffenden Röntgenstrahlung, die zuvor ein zu durchleuchtendes Objekt, beispielsweise einen Patienten durchstrahlt hat, geliefert wird, wird in einem Röntgenkonverter in Form einer Szintillatorschicht (z. B. aus Cäsiumjodid (CsJ), Gadolinium-Oxi-Sulfit (GOS) oder Selen) in von der Pixelmatrix verarbeitbare Strahlung gewandelt. In den aktiven Pixeln der Matrix werden hierdurch elektrische Ladun­ gen generiert und gespeichert und anschließend mit einer de­ dizierten Elektronik ausgelesen. Die Daten, die der Detektor liefert, werden als Rohdaten bezeichnet. Der Dateninhalt ei­ nes jeden Pixels setzt sich dabei aus einem Offsetwert und einem der absorbierten Strahlung entsprechenden Wert (Nutz­ signal) zusammen. Die Rohdaten enthalten Insuffizienzen des Festkörperbilddetektors (unterschiedliche Werte im Offset, unterschiedliche Sensitivität und Defekte, neben anderen mög­ lichen Störungen). Die Mindestanforderung an die Rohdatenver­ arbeitung, also die Pixelbildsignalverarbeitung eines rönt­ genbelichteten Bildes bei Festkörperdetektoren beinhalten da­ her (in der angegebenen Reihenfolge)

• 1. eine Korrektur des Offsets durch Subtraktion eines soge­ nannten Offsetbildes, welches vorher oder kurz nachher oh­ ne Applizierung von Strahlung aufgenommen wurde,
• 2. eine "Flatfielding"-Korrektur, die die lokal unterschied­ lichen Sensitivitäten berücksichtigt, und
• 3. eine Korrektur der defekten Stellen durch geeignete Be­ rechnung (z. B. Interpolation) aus dem Nachbarbereich.

Probleme hinsichtlich des gegebenen Offsets können daraus re­ sultierend auftreten, dass die Stabilität des Offsetverhal­ tens unter Umständen nicht vollkommen gewährleistet sein kann, das heißt, dass der Offsetwert von zwei aufeinander folgend aufgenommenen Bildern - z. B. dem Röntgenbild und dem zur Offsetkorrektur benötigten Offsetbild - unterschiedlich und nicht vorhersagbar sein kann. Gründe für solche Schwan­ kungen sind z. B. elektronische Instabilitäten, Eigenschaften des a-Si-Materials oder Temperatureffekte. Die Instabilität des Offsetverhaltens kann folglich zu einer fehlerhaften Kor­ rektur führen und Artefakte erzeugen. Dies kann unter Umstän­ den die Bildqualität erheblich verschlechtern. Die Instabili­ tät und damit die sichtbaren Artefakte können sich dabei auf geometrische Strukturen, also Flächenabschnitte der Pixelma­ trix beziehen, die durch die Ansteuer- oder Ausleseelektronik definiert sind oder durch eine Unterteilung der gesamten ak­ tiven Fläche auf mehrere individuelle Panels bei großflächi­ gen Detektoren. Die Strukturen, die von der Elektronik erwar­ tet werden, sind durch die Anzahl der Kanäle pro Ansteuer- oder Auslesechip (z. B. 64 oder 128) definiert, also bei­ spielsweise in Form von Streifen einer Breite von 64 oder 128 Kanälen.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das auf einfache Weise eine Korrektur des Offsets sowie etwaiger Offset-Instabilitäten ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems umfasst ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß folgende Schritte:

• - rechnerische Verknüpfung der Signale eines Offsetbilds mit den ausgelesenen Pixelbildsignalen zur Ermittlung eines offset-korrigierten Bilds,
• - Ermittlung eines Offset-Korrekturwerts anhand von Signalen der Pixel der Dunkelreferenzzone, und
• - vom ermittelten Offset-Korrekturwert abhängige rechnerische Verknüpfung des Offset-Korrekturwerts mit allen Pixelbild­ signalen des offset-korrigierten Bilds.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt zur Offsetkorrektur die sich am Rande des Festkörperbilddetektors befindliche Dunkel­ referenzzone (DRZ). Diese Dunkelreferenzzone ist nicht oder so gut wie nicht sensitiv für Röntgenstrahlung, sie verhält sich aber ansonsten wie alle anderen Pixel in der aktiven Fläche des Festkörperbilddetektors, das heißt, die von den Pixeln der Dunkelreferenzzone gelieferten Pixelbildsignale bestehen nicht aus Offsetwert und Nutzsignal, sondern (idea­ lerweise) nur aus dem Offsetwert. Die Dunkelreferenzzone dient daher als Maß für den Offset des gesamten Detektors. Durch geeignete Verarbeitung der Pixelbildsignalinformation aus der Dunkelreferenzzone kann damit auf die Instabilität des Festkörperbilddetektors geschlossen werden. Im Rahmen dessen wird anhand der Pixelbildsignale aus der Dunkelrefe­ renzzone ein Offset-Korrekturwert ermittelt, welcher dann - abhängig von seinem konkreten Wert (bei einem Offset von 0 erübrigt sich eine Korrektur) - rechnerisch mit sämtlichen Pixelbildsignalen des offset-korrigierten Bilds verknüpft wird. Es wird also ein "globaler" Offset-Korrekturwert für die gesamte Pixelmatrix ermittelt, das heißt, es erfolgt eine "globale" Korrektur über die gesamte aktive Detektorfläche. Hierdurch kann bereits eine beachtliche Offsetkorrektur er­ reicht werden.

Wie beschrieben, können Offset-Instabilitäten auch innerhalb geometrischer Strukturen, sogenannter Flächenabschnitte über die Pixelmatrix auftreten. Da sich die geometrischen Struktu­ ren in der Dunkelreferenzzone fortsetzen, dient die Dunkelre­ ferenzzone zusätzlich auch als Maß für den Offset der geome­ trischen Struktur, also des Flächenabschnitts der Pixelma­ trix, z. B. den individuellen Panels oder den Matrixregionen, die von derselben Ansteuer- bzw. Ausleseelektronik bzw. deren Chips beeinflusst werden. Um diese Instabilitäten erfassen und korrigieren zu können sieht eine zweckmäßige Weiterbil­ dung der Erfindung vor, dass in einem weiteren Korrektur­ schritt die Pixelbildsignale bestimmter Flächenabschnitte der Pixelmatrix, in welche diese unterteilt ist (also z. B. der einzelnen Panels oder aber der chipbezogenen Matrixstreifen), korrigiert werden, wozu zu jedem Flächenabschnitt ein zweiter Offset-Korrekturwert anhand der Signale der Pixel eines dem Flächenabschnitt zugeordneten Abschnitts der Dunkelreferenz­ zone ermittelt und mit dem ersten Offset-Korrekturwert ver­ glichen wird, wonach in Abhängigkeit des Vergleichsergebnis­ ses der Differenzwert zwischen erstem und zweitem Offset- Korrekturwert mit den Pixelbildsignalen des Flächenabschnitts rechnerisch verknüpft wird. Hierdurch wird quasi eine "loka­ le" Korrektur realisiert, die flächenabschnittsbezogen er­ folgt. Es wird anhand der Pixelsignale aus dem DRZ-Abschnitt, welcher dem betrachteten Flächenabschnitt zugeordnet ist (z. B. im Falle eines aus mehreren Panels bestehenden Detektors der das Panel an zwei Randseiten umgebende Bereich der DRZ, im Falle eines chipbezogenen Streifens der dem Streifen ange­ schlossene DRZ-Abschnitt) ein zweiter Offset-Korrekturwert ermittelt, welcher mit dem ersten Offset-Korrekturwert ver­ glichen wird. Idealerweise sollten beide gleich groß sein, wenn nämlich keine Offset-Instabilität vorliegt. Im Falle ei­ ner gegebenen Differenz wird der Differenzwert zwischen dem Korrekturwert mit den relevanten Pixelbildsignalen des be­ trachteten Flächenabschnitts rechnerisch verknüpft, wobei die Korrekturwerte in der Regel von den Pixelbildsignalen subtra­ hiert werden.

Wie beschrieben besteht die Möglichkeit, dass Offset-Instabi­ litäten in unterschiedlich großen geometrischen Strukturen bzw. Flächenabschnitten auftreten können. So beispielsweise über ein gesamtes Panel bei einem sich aus mehreren, z. B. vier Panels zusammensetzenden Festkörperbilddetektor, und zu­ sätzlich noch über einen oder mehrere chipbezogene Matrix­ streifen. Um jede Instabilitäten zeigende Struktur zu be­ trachten kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die weitere Korrektur wenigstens ein weiteres Mal bezüglich gegenüber den im vorherigen Korrekturschritt bearbeiteten Flächenabschnitten kleineren bestimmten Flächenabschnitten der Pixelmatrix unter Ermittlung eines jeweiligen abschnitts­ bezogenen Offset-Korrekturwerts anhand der abschnittsbezoge­ nen Signale der Pixel der Dunkelreferenzzone, Vergleich des­ selben mit dem im vorangehenden Korrekturschritt ermittelten Offset-Korrekturwert und gegebenenfalls rechnerische Verknüp­ fung des sich ergebenden Differenzwerts der verglichenen, ab­ schnittsbezogenen Offset-Korrekturwerte mit den Pixelbildsi­ gnalen des weiteren Flächenabschnitts durchgeführt wird. Man betrachtet also nacheinander immer kleiner werdende Flächen­ abschnitte, ausgehend von einer ersten globalen Betrachtung der gesamten Pixelmatrix. Beispielsweise erfolgt zunächst die globale Korrektur der gesamten Pixelmatrix, anschließend wer­ den die Flächenabschnitte der einzelnen Panels berücksich­ tigt, und danach die jeweiligen ansteuer- oder auslesechipbe­ zogenen Flächenabschnitte, welche in diesem Fall die kleinste Flächenabschnittseinheit bilden. Die jeweils flächenab­ schnittsbezogenen Korrekturwerte werden stets mit dem Korrek­ turwert des jeweils größeren, im Rahmen des vorangehenden Korrekturschritts bearbeiteten Flächenabschnitt verglichen und hieraus der Differenzwert gebildet. Auf diese Weise ist es möglich, sukzessive mit immer größerer Genauigkeit und Auflösung etwaige Offset-Instabilitäten zu korrigieren, so dass letztendlich ein weitestgehend offset- und instabili­ tätsfreies Bild erhalten wird. An die Korrektur schließen sich dann die eingangs genannten weiteren Verarbeitungs­ schritte ("Flatfielding" und Defektkorrektur) an.

Bei dem beschriebenen Verfahren erfolgt nach jeder Ermittlung eines Offset-Korrekturswerts unmittelbar die Verknüpfung des­ selben mit den Pixelbildsignalen der jeweils betrachteten Fläche bzw. des Flächenabschnitts. Es wird also in jedem Schritt ein Korrekturbild ermittelt. Ein hierzu alternatives Verfahren zur Korrektur des Offsets sowie etwaiger Offset- Instabilitäten umfasst demgegenüber erfindungsgemäß folgende Schritte:

• - rechnerische Verknüpfung der Signale eines Offsetbilds mit den ausgelesenen Pixelbildsignalen zur Ermittlung eines offset-korrigierten Bilds,
• - Ermittlung eines ersten Offset-Korrekturwerts anhand von Signalen der Pixel der Dunkelreferenzzone,
• - Ermittlung eines oder mehrerer weiterer Offset-Korrektur­ werte zu jeweils einem vorbestimmten Flächenabschnitt, wo­ bei die Pixelmatrix in mehrere solcher Flächenabschnitte unterteilt ist, anhand der Signale der Pixel eines dem Flä­ chenabschnitt zugeordneten Abschnitts der Dunkelreferenzzo­ ne,
• - Ermittlung eines Differenzwerts zwischen dem jeweils ermit­ telten weiteren Offset-Korrekturwert und dem bezüglich des vorher betrachteten Flächenabschnitts ermittelten Offset- Korrekturwert, und
• - summarische Verknüpfung des Offset-Korrekturwerts und des oder der Differenzwerte zur Ermittlung eines auf den im Rahmen der Ermittlung der Offset-Korrekturwerte betrachte­ ten kleinsten Flächenabschnitt bezogenen Gesamt-Korrektur­ werts, welcher mit den Pixelbildsignalen des jeweiligen Flächenabschnitts zur Ermittlung eines Gesamt-Korrektur­ bilds rechnerisch verknüpft wird.

Gemäß dieser Erfindungsalternative werden wenigstens zwei Offset-Korrekturwerte, die verschieden großen Flächenab­ schnitten zugeordnet sind, anhand der jeweils abschnittsbezo­ genen Bereiche der Dunkelreferenzzone ermittelt, beispiels­ weise ein erster globaler, auf die gesamte Matrix bezogener Offset-Korrekturwert sowie ein zweiter, panelbezogener und ein dritter, chipstreifenbezogener Offset-Korrekturwert. Der kleinste Flächenabschnitt ist in diesem Fall der Chipstrei­ fen. Erfindungsgemäß werden nun anhand der einzelnen Korrek­ turwerte die Differenzwerte ermittelt und diese bezogen auf den Chipstreifen summarisch miteinander verknüpft, das heißt, zu jedem Chipstreifen der gesamten aktiven Pixelmatrix wird ein chipstreifenbezogener Gesamtkorrekturwert bestimmt, wel­ cher dann mit den chipstreifenbezogenen Pixelbildsignale ver­ knüpft wird. Es erfolgt hier also lediglich eine einmalige rechnerische Verknüpfung des Korrekturwerts mit den Pixel­ bildsignalen, wenn nämlich der Gesamt-Korrekturwert bezogen auf den kleinsten Flächenabschnitt ermittelt wurde. Hier wie auch betreffend die erste Erfindungsalternative kann als kleinster Flächenabschnitt der einem Auslesechip der Ausle­ seelektronik oder einem Ansteuerchip der Ansteuerelektronik zugeordnete Matrixabschnitt verwendet werden. Eine noch fei­ nere Unterteilung ist selbstverständlich denkbar.

Die Ermittlung der jeweiligen Offset-Korrekturwerte kann er­ findungsgemäß durch Mittelwertbildung über wenigstens einen Teil der Signale der Pixel der Dunkelreferenzzone bzw. des jeweiligen flächenabschnittsbezogenen Abschnitts der Dunkel­ referenzzone erfolgen. Alternativ hierzu können die jeweili­ gen Offset-Korrekturwerte als Medianwerte anhand wenigstens eines Teils der Signale der Pixel der Dunkelreferenzzone bzw. des jeweiligen flächenabschnittsbezogenen Abschnitts der Dun­ kelreferenzzone ermittelt werden, wozu eine entsprechende Hochpass-Filterung durchgeführt wird.

Bei der Korrekturwertermittlung sollten alle Pixelbildsignale ausgeschlossen werden, die entweder von defekten Pixeln ge­ liefert werden, oder die zusätzlich zum Offsetwert noch An­ teile von Nutzsignal enthalten, was beispielsweise durch op­ tische Einstreuung oder ähnliches im Bereich des Übergangs von der Dunkelreferenzzone zur aktiven Pixelmatrix gegeben sein kann. Um dem Rechnung zu tragen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zur Mittelwertbildung oder Medianwer­ termittlung sämtliche Signale verwendet werden, die eine vor­ gegebene Schwellwertbedingung erfüllen, und die inbesondere in einem vorgegebenen Schwellwertintervall liegen. Pixelbild­ signale, die noch einen Anteil an Nutzsignal enthalten, sind wesentlich größer als die reinen Offsetsignale. Solche Pixel­ bildsignale, die die Wertermittlung verfälschen würden, kön­ nen durch geeignete Schwellwertbedingungen ausgeschlossen werden. Gleiches gilt für defekte Pixel, die entweder über­ haupt kein Signal liefern oder aber ein wesentlich höheres Signal als der zu erwartende Offset. Darüber hinaus sind De­ fektpixel in der Regel in ihrer Lage ohnehin vorab bestimm­ bar, so dass deren Signale unmittelbar ausgeschlossen werden können.

Bei einer Ermittlung der Offset-Korrekturwerte bzw. des Ge­ samt-Korrekturwerts in Form reeller Zahlen können solche mit nicht ganzzahligem Bruchteil vorkommmen. Um den sich tatsäch­ lich ergebenden Offset-Korrekturwert möglichst exakt im Rah­ men der Korrektur berücksichtigen zu können kann erfindungs­ gemäß bei Ermittlung von derartigen Offset-Korrekturwerten mit nicht ganzzahligem Bruchteil vorgesehen sein, dass die mit dem jeweiligen Offset-Korrekturwert zu korrigierenden Pi­ xelbildsignale mit zwei Teilkorrekturwerten verknüpft werden, wobei die Anzahl der mit dem ersten und dem zweiten Teilkor­ rekturwert zu verknüpfenden Pixelbildsignale abhängig von der Größe des jeweiligen Offset-Korrekturwerts ist, wobei die An­ zahl der mit dem zweiten Teilkorrekturwert zu verknüpfenden Pixelbildsignale basierend auf dem nicht ganzzahligen Bruch­ teil, insbesondere der ersten und gegebenenfalls einer oder mehrerer weiterer Nachkommastellen des jeweiligen Offset- Korrekturwerts ermittelt wird. Die Größe des Offset-Korrek­ turwerts geht gemäß dieser Erfindungsausgestaltung also zu­ sätzlich auch in die Anzahl der mit den verschiedenen Teil­ korrekturwerten zu korrigierenden Pixelbildsignale ein, wobei der nicht ganzzahlige Bruchteil bzw. die Nachkommastelle se­ parat berücksichtigt wird, so dass eine wesentlich bessere Korrektur möglich ist. Dabei kann erfindungsgemäß die Anzahl der mit dem zweiten Teilkorrekturwert zu korrigierenden Pi­ xelbildsignale als der sich durch Multiplikation des nicht ganzzahligen Bruchteils, insbesondere der wenigstens einen Nachkommastelle mit einem Faktor ergebende Prozentsatz der zu korrigierenden Pixelbildsignale ermittelt werden. Konkret be­ deutet dies, dass bei einem angenommenen Offset-Korrekturwert von beispielsweise 0,7 du bzw. lsb (du = digital units, lsb = least significant bit, wobei die Offset-Korrekturwerte in Form digitaler Einheiten (du) bzw. in Form der lsb ermittelt werden) 70% der Pixelsignalwerte der jeweils betrachteten Fläche oder des Flächenabschnitts mit dem zweiten Rauschkor­ rekturwert korrigiert werden (Bruchteil × Faktor = 0,7 × 100 = 70% oder Nachkommastelle × Faktor = 7 × 10 = 70%). Im Falle eines ermittelten Wertes von z. B. 0,3 du bzw. lsb wäre dies 30% usw. Natürlich kann hierbei auch die zweite oder dritte Nachkommastelle zusätzlich noch Berücksichtigung finden.

Die Pixelbildsignale können als Digitalwerte in Form von In­ tegerzahlen abgebildet werden, wobei auch die Teilkorrektur­ werte als Integerzahlen aus den in Form reeller Zahlen ermit­ telten Offset-Korrekturwerten, gegebenenfalls dem Gesamt- Korrekturwert derart bestimmt werden, dass der erste Teilkor­ rekturwert der ganzen Zahl des jeweiligen Offset-Korrektur­ werts bzw. des Gesamt-Korrekturwerts entspricht und der zwei­ te Teilkorrekturwert bei einer von Null verschiedenen Nach­ kommastelle die nächsthöhere oder nächstniedrigere Integer­ zahl oder abhängig vom Vorzeichen des Offset-Korrekturwerts "1" oder "-1" ist. Wird also beispielsweise ein Offset- Korrekturwert oder ein Gesamt-Korrekturwert von "-2,7" ermit­ telt, so wäre der erste Teilkorrekturwert "-2", der zweite Teilkorrekturwert kann entweder "-3" sein, alternativ dazu kann der zweite Teilkorrekturwert auch lediglich "-1" sein, nämlich dann, wenn der erste und der zweite Teilkorrekturwert auf einen Pixelbildsignalwert gemeinsam angewendet werden. Der absolute Korrekturwert beträgt in jedem Fall "-3". Die Korrektur kann nun so erfolgen, dass beispielsweise auf eine erste Anzahl an Pixelbildsignalen der erste Teilkorrekturwert "-2" angewendet wird, hier beispielsweise subtrahiert wird, wobei es sich in diesem Fall um 30% aller Pixel handelt (auf­ grund der Nachkommastelle "7", die besagt, dass 70% aller Pi­ xelbildsignale einer besonderen Korrektur bedürfen). Auf die übrigen 70% aller Pixelbildsignale kann dann die in diesem Fall nächstniedrigere Integerzahl "-3" angewendet werden. Al­ ternativ ist es möglich, den ersten Teilkorrekturwert "-2" auf sämtliche Pixelbildsignalwerte anzuwenden und anschlie­ ßend auf die abhängig von der Nachkommastelle des Offset- Korrekturwerts ermittelten 70% der Pixel zusätzlich noch den zweiten Teilkorrekturwert von "-1" anzuwenden, so dass diese Pixel insgesamt ebenfalls mit "-3" korrigiert werden. Wird beispielsweise ein Offset-Korrekturwert oder ein Gesamt- Korrekturwert von 0,5 du bzw. lsb gemessen, so wäre der erste Teilkorrekturwert "0", der zweite Teilkorrekturwert wäre "1", er würde auf 50% der Pixelbildsignale angewendet.

Die Auswahl der mit dem ersten und/oder dem zweiten Teilkor­ rekturwert zu verknüpfenden Pixelbildsignale kann zufällig erfolgen oder fest vorgegeben sein, wobei im letzteren Fall hierfür die jeweiligen, einer bestimmten Anzahl, insbesondere einem bestimmten Prozentsatz an zu korrigierenden Pixelbild­ signalwerten zugeordneten Teilkorrekturwerte aus einem oder mehreren Speichermitteln, in dem oder denen die jeweiligen Teilkorrekturwerte pixelbezogen gespeichert sind, ausgelesen und verknüpft werden. Diese Speichermittel können nach Art von Arrays ausgeführt sein. Für den Fall, dass beispielsweise zur Bestimmung des Prozentsatzes lediglich die erste Nachkom­ mastelle berücksichtigt wird, ist es ausreichend, insgesamt zehn verschiedene Arrays vorzusehen. In diesen bestimmten Nachkommastellen zugeordneten Arrays sind die jeweiligen Kor­ rekturwerte, z. B. "1" für die zu korrigierenden Pixelbildsi­ gnale abgelegt, für die übrigen Pixelbildsignale ist "0" ein­ geschrieben. Wird also beispielsweise ein Offset-Korrektur­ wert mit "2,3" gemessen, wird auf Array Nummer "3" zurückge­ griffen, wo an 30% der Pixelpositionen eine "1", an den übri­ gen eine "0" eingeschrieben ist, so dass eine feste Pixelpo­ sition definiert ist.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vor­ richtung zur Aufnahme von Strahlungsbildern, insbesondere ei­ ne medizinischen Diagnose- oder Therapie- und Behandlungsan­ lage, mit einem aus einer Pixelmatrix bestehenden Festkörper­ bilddetektor und einem Rechenmittel zum Korrigieren des Off­ sets sowie etwaiger Offset-Instabilitäten der Pixelbildsigna­ le, wobei das Rechenmittel erfindungsgemäß zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei­ spiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung,

Fig. 2 eine Prinzipansicht eines Festkörperbilddetektors,

Fig. 3 ein Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrensab­ laufs der ersten Erfindungsalternative,

Fig. 4 eine Prinzipskizze zur Darstellung der schrittwei­ sen Offset-Korrektur,

Fig. 5 ein Flussdiagramm zur Darstellung des Ablaufs des Verfahrens der zweiten Erfindungsalternative.

Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine erfindungsgemä­ ße Vorrichtung zur Aufnahme von Strahlungsbildern, welche als medizinische Diagnose- oder Therapie- und Behandlungsvorrich­ tung ausgebildet ist. Mittels einer Röntgenstrahlenquelle 1 wird Röntgenstrahlung erzeugt, wobei dies über die Vorrich­ tungssteuerung 2 gesteuert erfolgt. In der Vorrichtungssteue­ rung 2 sind die hierfür erforderlichen Komponenten wie bei­ spielsweise der Hochspannungsgenerator etc. beinhaltet oder dieser zugeordnet, was nicht näher dargestellt und an sich bekannt ist. Die Röntgenstrahlung bestrahlt einen Patienten 3 und trifft auf einen digitalen Festkörperbilddetektor 4, der, wie bezüglich Fig. 2 noch näher beschrieben werden wird, eine Pixelmatrix aufweist. Die einzelnen Pixelbildsignale werden von einem im gezeigten Beispiel in der Vorrichtungssteuerung 2 integrierten Auslesemittel 5 ausgelesen und an ein Rechen­ mittel 6 gegeben, welches zum Erzeugen und Ausgeben des Strahlungsbildes sowie zur Durchführung von Offset-Korrektu­ ren ausgebildet ist. Das Rechenmittel 6 ist mit einem Ausga­ bemedium 7 in Form eines Monitors verbunden, auf dem die Strahlungsbilder ausgegeben werden können.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Festkörperbildde­ tektors 8. Dieser besteht aus vier nebeneinander geordneten Panels 9, von denen jedes eine aus einer Vielzahl einzelner Pixel 10 bestehende Pixelmatrix aufweist. Ferner ist eine Dunkelreferenzzone 11 vorgesehen, die die aktive Pixelfläche seitlich umgibt. Gezeigt sind weiterhin Ansteuerchips 12 ei­ ner Ansteuerelektronik sowie Auslesechips 13 der Ausleseelek­ tronik des Auslesemittels 5. Ersichtlich kann die gesamte ak­ tive Pixelmatrixfläche in verschiedene Flächen bzw. Flächen­ abschnitte aufgeteilt werden. Zum einen ist die Gesamtfläche, die sich aus sämtlichen aktiven Pixelmatrizen der einzelnen Panels 9 ergibt, zu nennen. Daneben ergeben sich die Flächen­ abschnitte der paneleigenen Pixelmatrizen. Diese können schließlich noch in die von den Ansteuer- oder Auslesechips definierten, im gezeigten Beispiel horizontal oder vertikal verlaufenden chipbezogenen Flächenabschnitte unterteilt wer­ den. Die Darstellung ist lediglich schematisch, es sind selbstverständlich wesentlich mehr Ansteuer- und Auslesechips 12, 13 vorgesehen, von denen jeder beispielsweise 64 oder 128 Kanäle bedient. Den jeweiligen definierten Flächenabschnitten ist stets ein entsprechender Abschnitt der Dunkelreferenzzone zugeordnet. Im Fall der gesamten aktiven Matrixfläche die ge­ samte diese umgebende Dunkelreferenzzone, im Falle der ein­ zelnen panelbezogenen Flächenabschnitte die den jeweiligen aktiven Matrixbereich an zwei Seiten umgebenden Bereiche der Dunkelreferenzzone und im Falle der chipbezogenen Flächenab­ schnitte die sich an den jeweiligen Flächenabschnitt an­ schließenden Bereiche der Dunkelreferenzzone. Der Aufbau und die Betriebsweise eines solchen Festkörperdetektors ist an und für sich bekannt und bedarf keiner näheren Ausführung.

Fig. 3 zeigt nun in Form eines Flussdiagramms den Ablauf des Verfahrens der ersten Erfindungsalternative, bei welcher schrittweise korrigiert und schrittweise entsprechende Kor­ rekturbilder erzeugt werden. Zunächst wird vom aufgenommenen Röntgenbild 14 (A(x, y)) ein Offsetbild 15 (O(x, y)), welches bereits vorher oder kurz nach der Aufnahme des Röntgenbildes erfasst wurde, im Schritt 16 subtrahiert, wodurch ein pixel­ weise Offsoffset-korrigiertes Bild 17 (P(x, y)) erhalten wird. Anschließend erfolgt eine globale Korrektur sämtlicher Pixelsignale über die gesamte Fläche der Pixelmatrix. Hierzu wird im Schritt 18 ein globaler Offset-Korrekturwert K1 an­ hand sämtlicher Pixel bzw. Pixelbildsignale der Dunkelrefe­ renzzone ermittelt. In die Ermittlung des Offset-Korrektur­ werts K1, was beispielsweise durch Mittelwertbildung oder durch Medianwertbildung erfolgen kann, gehen sämtliche Pixel­ bildsignale der Dunkelreferenzzone ein, deren Signal im Schwellwertintervall S1 < P_DRZ (x, y) < S2 liegt, wobei S1 und S2 die unteren und oberen Schwellwerte bilden. Diese Schwell­ werte werden vorher definiert. Hierdurch werden die Signale defekter Pixel oder aber von Pixeln, deren Signal noch ein Nutzsignal enthält, herausgefiltert und im Rahmen der Korrek­ turwertermittlung nicht berücksichtigt. Der ermittelte Offset-Korrekturwert K1 wird nun rechnerisch im Schritt 19 mit sämtlichen Pixeln verknüpft, hier subtrahiert, womit ein um globale Offsetschwankungen korrigiertes Bild 20 (P'(x, y) erhalten wird.

Um lokale Offsetschwankungen korrigieren zu können, wird im Schritt 21 ein lokaler Offset-Korrekturwert K2 der Pixel ei­ nes flächenbezogenen Bereichs der Dunkelreferenzzone mit der Schwellwertbedingung S3 < P_DRZ (x, y) < S4 für alle Flächenab­ schnitte ermittelt. Als Flächenabschnitt kann beispielsweise die Fläche eines jeweiligen Panels 9 dienen. Es wird also zu jedem Panel 9 ein panelbezogener Offset-Korrekturwert K2 er­ mittelt, wobei auch hier lediglich im angegebenen Schwellwer­ tintervall liegende Pixelbildsignale berücksichtigt werden. Im Schritt 22 wird nun der ermittelte Offset-Korrekturwert K2 mit dem globalen Offset-Korrekturwert K2 verglichen und ein Differenzwert ΔK bestimmt. Im Schritt 23 werden nun sämtliche Pixelbildsignale des jeweiligen Flächenabschnitts, hier also des jeweiligen Panels 9 mit dem Differenzwert ΔK rechnerisch verknüpft, hier subtrahiert, womit ein um lokale Offset­ schwankungen korrigiertes Bild 24 (P"(x, y) erhalten wird. Die Schritte 21, 22 und 23 können nochmals durchgeführt wer­ den, um einen weiteren lokalen Offset-Korrekturwert zu ermit­ teln, wobei dieser Korrekturwert dann zu weiteren Flächenab­ schnitten, in welche die Panels 9 unterteilt werden können, also beispielsweise in die von den Ansteuer- oder Auslese­ chips definierten Flächenabschnitte, berechnet wird. In ent­ sprechender Weise erfolgt dann die Differenzwertermittlung durch Vergleich mit dem vorher ermittelten Offset-Korrektur­ wert (hier K2), wonach dieser flächenabschnittsbezogene Dif­ ferenzwert mit den jeweiligen Pixelbildsignalen des Flächen­ abschnitts (hier der chipbezogenen streifenartigen Flächenab­ schnitte) rechnerisch verknüpft wird, um auch diese chipbezo­ genen Offset-Instabilitäten ausgleichen zu können.

Fig. 4 zeigt in Form verschiedener Prinzipdarstellungen die einzelnen Korrekturschritte. Diagramm a) zeigt über eine Zei­ le der aktiven Pixelmatrix den Verlauf des Offset-Signals. Die Zeile erstreckt sich über die Länge x, wobei x/2 die Stoßkante zweier Panels definiert. Das Diagramm a) zeigt ei­ nen Ausschnitt aus dem bereits pixelweise offset-korrigierten Bild, wie es im Schritt 17 erhalten wird.

Wie beschrieben wird zunächst ein globaler Offset-Korrektur­ wert betreffend die Fläche oder den Flächenabschnitt F₁ er­ mittelt, hier der gesamten Matrixfläche. Nach Ermittlung des­ selben erfolgt die Nullpunktkorrektur, so dass der im Dia­ gramm b) gezeigte Signalverlauf erhalten wird. Anschließend erfolgt die Ermittlung weiterer Offset-Korrekturwerte betref­ fend die Flächenabschnitte F₂, hier der jeweiligen Panels. Nach Ermittlung des Differenzwerts gemäß Schritt 22 erfolgt auch hier die lokale Nullpunktkorrektur, so dass der im Dia­ gramm c) gezeigte Verlauf erhalten wird. Anschließend wird für die Flächenabschnitte F₃, hier die chipbezogenen Matrix­ streifen, der jeweilige Offset-Korrekturwert ermittelt und nach Bestimmung der jeweiligen Differenzwerte die Nullpunkt­ korrektur durchgeführt. Im Idealfall erhält man dann das im Diagramm d) gezeigte offsetfreie Signal. Die Ermittlung er­ folgt jeweils für alle Flächenabschnitte F₂, F₃, in die die Matrix unterteilt ist, im Beispiel ist sie jeweils nur für ausgewählte Abschnitte dargestellt.

Schließlich zeigt Fig. 5 ein Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrensablaufs der zweiten Erfindungsalternative. Auch hier wird ausgehend von einem Röntgenbild 25 (A(x, y)) und einem Offsetbild 26 (O(x, y)) in einem Subtraktionsschritt 27 ein pixelweise Offsoffset-korrigiertes Bild 28 (P(x, y)) er­ halten. Hieran schließt sich im Schritt 29 die Bestimmung des globalen Offset-Korrekturwertes K1 an. Im Unterschied zum Verfahren gemäß Fig. 3 erfolgt hier aber keine sofortige Ver­ knüpfung mit den Pixelbildsignalen, vielmehr wird im Schritt 30 ein lokaler Offset-Korrekturwert K2 ermittelt. Nach er­ folgter Differenzbildung ΔK im Schritt 31 wird ein flächenab­ schnittsbezogener Gesamt-Korrekturwert K_ges durch Summation des Offset-Korrekturwerts K1 und des Differenzwerts ΔK für jeden Flächenabschnitt ermittelt (Schritt 32). Selbstver­ ständlich kann vor Bestimmung des Gesamt-Korrekturwerts K_ges noch ein weiterer lokaler Korrekturwert, beispielsweise be­ treffend die chipbezogenen Flächenabschnitte bestimmt werden. Der sich hieraus ergebende Differenzwert würde dann ebenfalls in die Berechnung des Gesamt-Korrekturwerts mit eingehen. Der Gesamt-Korrekturwert, der jeweils separat zu einem vorbe­ stimmten Flächenabschnitt ermittelt wird, wird dann im Schritt 33 mit den Pixelbildsignalen dieses Flächenabschnitts rechnerisch verknüpft, hier subtrahiert, womit ein um globale und lokale Offsetschwankungen korrigiertes Bild 34 (P'(x, y)) erhalten wird. Bei diesem Verfahren ist also nur ein einziger Korrekturschritt erforderlich.

Claims (14)

1. Verfahren zum Verarbeiten der von einem aus einer Pixel­ matrix mit einer Dunkelreferenzzone bestehenden Festkörper­ bilddetektors gelieferten Pixelbildsignale zur Korrektur des Offset sowie etwaiger Offset-Instabilitäten, umfassend fol­ gende Schritte:

• - rechnerische Verknüpfung der Signale eines Offsetbilds mit den ausgelesenen Pixelbildsignalen zur Ermittlung eines offset-korrigierten Bilds,
• - Ermittlung eines Offset-Korrekturwerts anhand von Signalen der Pixel der Dunkelreferenzzone, und
• - vom ermittelten Offset-Korrekturwert abhängige rechneri­ sche Verknüpfung des Offset-Korrekturwerts mit allen Pi­ xelbildsignalen des offset-korrigierten Bilds.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass in einem weiteren Korrek­ turschritt die Pixelbildsignale bestimmter Flächenabschnitte der Pixelmatrix, in welche diese unterteilt ist, korrigiert werden, wozu zu jedem Flächenabschnitt ein zweiter Offset- Korrekturwert anhand der Signale der Pixel eines dem Flächen­ abschnitt zugeordneten Abschnitts der Dunkelreferenzzone er­ mittelt und mit dem ersten Offset-Korrekturwert verglichen wird, wonach in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses der Differenzwert zwischen erstem und zweitem Offset-Korrektur­ wert mit den Pixelbildsignalen des Flächenabschnitts rechne­ risch Verknüpft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die weitere Korrektur we­ nigstens ein weiteres Mal bezüglich gegenüber den im vorheri­ gen Korrekturschritt bearbeiteten Flächenabschnitten kleine­ ren bestimmten Flächenabschnitten der Pixelmatrix unter Er­ mittlung eines jeweiligen abschnittsbezogenen Offset-Korrek­ turwerts anhand der abschnittsbezogenen Signale der Pixel der Dunkelreferenzzone, Vergleich desselben mit dem im vorange­ henden Korrekturschritt ermittelten Offset-Korrekturwert und gegebenenfalls rechnerischer Verknüpfung des sich ergebenden Differenzwerts der verglichenen Offset-Korrekturwerte mit den Pixelbildsignalen des weiteren Flächenabschnitts durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erster oder als weiterer Flächenabschnitt der einem Auslesechip der Auslese­ elektronik oder der einem Ansteuerchip der Ansteuerelektronik zugeordnete Matrixabschnitt verwendet wird.

5. Verfahren zum Verarbeiten der von einem aus einer Pixel­ matrix mit einer Dunkelreferenzzone bestehenden Festkörper­ bildsensor gelieferten Pixelbildsignale zur Korrektur des Offset sowie etwaiger Offset-Instabilitäten, umfassend fol­ gende Schritte:

• - rechnerische Verknüpfung der Signale eines Offsetbilds mit den ausgelesenen Pixelbildsignalen zur Ermittlung eines offset-korrigierten Bilds,
• - Ermittlung eines ersten Offset-Korrekturwerts anhand von Signalen der Pixel der Dunkelreferenzzone,
• - Ermittlung eines oder mehrerer weiterer Offset-Korrektur­ werte zu jeweils einem vorbestimmten Flächenabschnitt, wo­ bei die Pixelmatrix in mehrere solcher Flächenabschnitte unterteilt ist, anhand der Signale der Pixel eines dem Flächenabschnitt zugeordneten Abschnitts der Dunkelrefe­ renzzone,
• - Ermittlung eines Differenzwerts zwischen dem jeweils er­ mittelten weiteren Offset-Korrekturwert und dem bezüglich des vorher betrachteten Flächenabschnitts ermittelten Offset-Korrekturwert, und
• - summarische Verknüpfung des Offset-Korrekturwerts und des oder der Differenzwerte zur Ermittlung eines auf den im Rahmen der Ermittlung der Offset-Korrekturwerte betrachte­ ten kleinsten Flächenabschnitt bezogenen Gesamt-Korrektur­ werts, welcher mit den Pixelbildsignalen des jeweiligen Flächenabschnitts zur Ermittlung eines Gesamt-Korrektur­ bilds rechnerisch verknüpft wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass als kleinster Flächenab­ schnitt der einem Auslesechip der Ausleseelektronik oder ei­ nem Ansteuerchip der Ansteuerelektronik zugeordnete Matrixab­ schnitt verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Offset-Korrekturwerte durch Mittelwert­ bildung über wenigstens einen Teil der Signale der Pixel der Dunkelreferenzzone bzw. des jeweiligen flächenabschnittsbezo­ genen Abschnitts der Dunkelreferenzzone ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, dass die je­ weiligen Offset-Korrekturwerte als Medianwerte anhand wenig­ stens eines Teils der Signale der Pixel der Dunkelreferenzzo­ ne bzw. des jeweiligen flächenabschnittsbezogenen Abschnitts der Dunkelreferenzzone ermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Mittelwertbildung oder zur Medianwertermittlung sämtliche Signale verwendet werden, die eine vorgegebene Schwellwertbedingung erfüllen, und die insbesondere in einem vorgegebenen Schwellwertinter­ vall liegen.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung von Offset-Korrekturwerten in Form reeller Zahlen mit einem nicht ganzzahligen Bruchteil die mit dem jeweiligen Offset-Korrekturwert zu korrigierenden Pixelbildsignale mit zwei Teilkorrekturwerten verknüpft werden, wobei die Anzahl der mit dem ersten und dem zweiten Teilkorrekturwert zu ver­ knüpfenden Pixelbildsignale abhängig von Größe des jeweiligen Offset-Korrekturwerts ist, und die Anzahl der mit dem zweiten Teilkorrekturwert zu verknüpfenden Pixelbildsignale basierend auf dem nicht ganzzahligen Bruchteil, insbesondere der ersten und gegebenenfalls einer oder mehrerer weiterer Nachkomma­ stellen des jeweiligen Offset-Korekturwerts ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Anzahl der mit dem zweiten Teilkorrekturwert zu verknüpfenden Pixelbildsignale als der sich durch Multiplikation des nicht ganzzahligen Bruchteils, insbesondere der wenigstens einen Nachkommastelle mit einem Faktor ergebende Prozentsatz der zu korrigierenden Pixelbildsignale ermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixelbildsignale als digitale Werte in Form von Integerzahlen abgebildet wer­ den, wobei auch die Teilkorrekturwerte als Integerzahlen aus den in Form reeller Zahlen ermittelten Offset-Korrektur­ werten, gegebenenfalls dem Gesamt-Korrekturwert derart be­ stimmt werden, dass der erste Teilkorrekturwert der ganzen Zahl des jeweiligen Offset-Korrekturwerts, gegebenenfalls des Gesamt-Korrekturwerts entspricht und der zweite Teilkorrek­ turwert bei einer von Null verschiedenen Nachkommastelle die nächsthöhere oder nächstniedrigere Integerzahl oder abhängig vom Vorzeichen des Offset-Korrekturwerts "1" oder "-1" ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, dass die Aus­ wahl der mit dem ersten und/oder dem zweiten Teilkorrektur­ wert zu verknüpfenden Pixelbildsignale zufällig erfolgt oder fest vorgegeben ist.

14. Vorrichtung zur Aufnahme von Strahlungsbildern, insbe­ sondere medizinische Diagnose- oder Therapie- und Behand­ lungsanlage, mit einem aus einer Pixelmatrix bestehenden Festkörperbilddetektor und einem Rechenmittel zum Korrigieren des Offset sowie etwaiger Offset-Instabilitäten der Pixel­ bildsignale, wobei das Rechenmittel zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.