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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen medizinisch diagnostische
Bildgebungssysteme und betrifft insbesondere die Kalibrierung der
Auflösung
in medizinischen Bildgebungssystemen, die digitale Detektoren nutzen.
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Die
Röntgenbildgebung
ist seit langem ein akzeptiertes medizinisch diagnostisches Werkzeug. Röntgenbildgebungssysteme
werden üblicherweise eingesetzt,
um beispielsweise thorakale, zervikale, spinale, kraniale und abdominale
Bilder zu erfassen, welche oft die für den Arzt erforderliche Information enthalten,
um eine genaue Diagnose zu stellen. Wenn beispielsweise ein thorakales
Röntgenbild
aufgenommen werden muss, steht der Patient mit seiner Brust vor
einem Röntgensensor,
während
ein Röntgentechniker
den Röntgensensor
und eine Röntgenquelle
in einer geeigneten Höhe
einstellt. Der Röntgensensor
detektiert dann die von der Quelle erzeugte und in unterschiedlichen
Graden durch verschiedene Teile des Körpers abgeschwächte Röntgenenergie.
Ein zugeordnetes Steuersystem (wenn der Röntgensensor ein digitaler Festkörper-Bilddetektor ist)
scannt die detektierte Röntgenenergie
ab und erzeugt ein entsprechendes diagnostisches Bild auf einer
Anzeigeeinrichtung. Wenn der Röntgensensor ein
herkömmlicher
Film ist, wird der Film anschließend entwickelt und unter Verwendung
einer Hintergrundbeleuchtung dargestellt.
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In
jedem Bildgebungssystem, einem Röntgensystem
oder einem anderem, ist die Bildqualität von primärer Bedeutung. Diesbezüglich stehen
Röntgenbildgebungssysteme,
die digitale Bilddetektoren verwenden ("digitale Röntgensysteme"), bestimmten einzigartigen
Schwierigkeiten gegenüber.
Insbesondere müssen
digitale Röntgensysteme
die strengen Anforderungen von qualitätskritischen (CTQ – Critical to
Quality) Messwerten erfüllen,
die Bildauflösung (sowohl
in einem absoluten Sinne als auch in der Gleichförmigkeit über einem Bild), Bildauflösungskonsistenz
(z. B. von System zu System und über
der Zeit) und Bildrauschen beinhalten. In der Vergangenheit waren
jedoch digitale Röntgensysteme
oft nicht in der Lage, CTQ-Parameter zu erfüllen oder Detektoren mit konsistenter
Bildqualität
teilweise aufgrund von Prozessschwankungen in den zum Herstellen von
digitaler Festkörper-Bilddetektoren
eingesetzten Halbleiterherstellungstechniken, oder von Natur aus wegen
der Bildgebungstechnologie zu liefern.
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Somit
können
beispielsweise zwei unterschiedliche digitale Röntgensysteme an einer einzigen
Einsatzstelle eine wahrnehmbare Abweichung in der wahrgenommenen
Bildqualität
haben, obwohl beide Systeme die CTQ-Messungen bestehen. Ärzte oder
Techniker können
dann unnötigerweise
eine Maschine schlechter als eine andere betrachten, von der Verwendung
einer oder mehrerer verfügbarer Maschinen
absehen, oder Zeit damit verbringen, die Bilddifferenzen zwischen
den zwei digitalen Röntgensystemen
aufzulösen.
Ferner kann der Lieferant des digitalen Röntgensystems Zeit und Kosten
für die
Reaktion auf Wartungsanforderungen aufwenden, um auf die wahrgenommene
Abweichung des digitalen Röntgensystems
zu reagieren, um nur herauszufinden, dass beide digitalen Röntgensysteme
innerhalb der Spezifikation liegen (oder viel Zeit und Geld aufwenden,
um einen digitalen Bilddetektor für die als schlechter wahrgenommene
Maschine zu finden, der dem als besser wahrgenommenen System entspricht).
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Wie
vorstehend erwähnt,
variieren die Eigenschaften digitaler Bilddetektoren von Natur aus.
Obwohl ein Bedarf für
die Bereitstellung einer konsistenten Bildqualität (und insbesondere Bildauflösung) über mehrere
digitale Bildgebungssystem hinweg besteht, gab es in der Vergangenheit
keine automatisierte Technik für
die Bereitstellung einer derartigen Konsistenz. Ferner können die
strengen CTQ-Messungen zu niedrigen akzeptablen Ausbeuten für digitale
Bilddetektoren führen,
welche dann zerstört
werden oder bestenfalls für
medizinische Diagnosesysteme nicht verwendbar sind. Demzufolge werden Zeit,
Geld und Ressourcen verschwendet.
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US 5,760,403 offenbart einen
ladungsgekoppelten Röntgensensor
und eine Kamera, welche ein Verfahren zum gleichzeitigen Messen
der Modulationsübertragungsfunktionen
von Röntgenbildern
und sichtbaren Bildern bei einer Bildgebung eines Ziels oder einer
Szene einsetzen. Dann werden unter Einsatz der Punktverwaschungsfunktion
und gemessener MTFs bei verschiedenen räumlichen bzw. Raumfrequenzen
eine Raumfrequenz-abhängige
Korrekturtabelle oder Korrekturparameter berechnet
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Es
bestand in der Industrie seit langem ein Bedarf nach einem Verfahren
und einer Vorrichtung zum Bereitstellen einer Steuerung der Auflösung in digitalen
Bildgebungssystemen, die die vorstehend erwähnten Probleme und weitere
früher
erkannte überwinden.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Kalibrieren der Auflösung eines
digitalen Bildgebungssystems gemäß Definition
in den unabhängigen
An sprüchen
1 bzw. 3. Das Verfahren und die Vorrichtung beinhalten die Messung
eines nicht angepassten Verhaltens eines in dem Bildgebungssystem
eingesetzten ersten digitalen Bilddetektors. Das Verfahren und die
Vorrichtung bestimmen dann einen Gewichtungskoeffizienten für ein durch
das medizinische Bildgebungssystem verarbeitetes erstes Raumfrequenzband.
Jedes verarbeitete Raumfrequenzband kann beispielsweise unter Anwendung
einer Mehrfachauflösungszerlegungstechnik,
wie z. B. einer Burt-Pyramidenzerlegung erzeugt werden. Der Gewichtungskoeffizient basiert
auf einem gewünschten
Verhalten des digitalen Bilddetektors und dem gemessenen Verhalten des
digitalen Bilddetektors. Der Gewichtungskoeffizient kann auch auf
einem Sollverhalten oder auf einer Sollauflösung basieren. Der Gewichtungsfaktor
wird zur anschließenden
Anwendung auf das Raumfrequenzband durch das medizinische Bildgebungssystem
gespeichert. Identische oder unterschiedliche Gewichtungskoeffizienten
können
bei mehreren räumlichen
Auflösungspegeln
verwendet werden. Ein einziger Gewichtungskoeffizient kann auf alle
Pixel bei einer vorgegebenen räumlichen
Auflösung angewendet
werden, oder zahlreiche Variationskompensationskoeffizienten der
räumlichen
Auflösung können in
unterschiedlichen Bereichen für
jedes Raumfrequenzband verwendet werden. Die Kalibrierung kann auf
zusammenhängende
Zeitsysteme unter Verwendung eines Kalibrierungsfaktors anstelle diskreter
Gewichtungskoeffizienten verallgemeinert werden.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
stellt auch ein Auflösungskalibrierungssubsystem
für ein
digitales Bildgebungssystem unter Einsatz eines digitalen Bilddetektors
dar. Das Auflösungskalibrierungssubsystem
enthält
einen digitale Bilddaten speichernden Speicher (z. B. Bilddaten,
die aus einem digitalen Bilddetektor wie z. B. einem Festkörper- Röntgendetektor erfasst wurden)
und einen mit dem Speicher verbundenen Prozessor. Der Prozessor
ermittelt mittels spezieller Hardware oder Hardware/Software-Kombination
ein erstes Raumfrequenzband der Bilddaten und wendet einen Gewichtungskoeffizienten
auf das ersts Raumfrequenzband an. Der Gewichtungskoeffizient basiert
auf einer vordefinierten gewünschten
Auflösung
(beispielsweise in Form einer vordefinierten gewünschten Modulationsübertragungsfunktion)
des digitalen Bilddetektors und einer gemessenen Auflösung (beispielsweise
in Form einer gemessenen Modulationsübertragungsfunktion) des digitalen
Bilddetektors. Wiederum kann die Kalibrierung auf zusammenhängende Zeitsysteme
unter Verwendung eines Filters mit einer durch den Kalibrierungsfaktor
gekennzeichneten Frequenzantwort verallgemeinert werden.
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Die
Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 ein
medizinisches Bildgebungssystem darstellt, welches ein Auflösungskalibrierungssubsystem
enthält.
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2 ein
Flussdiagramm zum Kalibrieren der Auflösung eines digitalen medizinischen
Bildgebungssystems darstellt.
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3 eine
Mehrfachauflösungs-Bildzerlegung
darstellt, die ein digitales Bild bei einem speziellen Raumfrequenzband
enthält.
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4 ein
Beispielergebnis der Auflösungsanpassung
eines digitalen Bilddetektors darstellt.
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1 stellt
ein medizinisches Bildgebungssystem 100 dar, das ein Auflösungskalibrierungssubsystem 102 enthält. Das
Auflösungskalibrierungssubsystem 102 umfasst
eine Kommunikationsschnittstelle 104, eine CPU 106 und
ein Programm/Daten-Speichersystem 108. Mit der Kommunikationsschnittstelle 104 ist
ein digitaler Bilddetektor 109 verbunden, der in 1 als
ein Röntgensensor 110 (mit
zugeordneter Auslöseelektronik 112)
dargestellt ist. Eine Energiequelle ist in 1 als eine Röntgenquelle 114 mit
zugeordneter Steuerelektronik 116 dargestellt. Die Röntgenquelle 114 erzeugt Röntgenenergie 118,
die der Röntgensensor 110 detektiert.
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In
dem Speicher 108 werden von dem digitalen Bilddetektor 109 erfasste
Bilddaten 120 (z. B. einen Bildpegel repräsentierende
Pixelwerte) gespeichert. Der Speicher 108 speichert ferner
eine Mehrfachauflösungszerlegung 122 der
Bilddaten 120. Ferner sind in 1 ein flaches
Phantom 124, ein Strichmusterphantom 126 und ein
gleichmäßiges Gitter 128 dargestellt.
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Der
Röntgensensor 110 ist
bevorzugt ein Festkörper-Röntgendetektor. Die Röntgenquelle 114 und
Steuerelektronik 116 sind in kommerziell erhältlichen
Röntgenröhrenbaugruppen
zu finden.
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Das
Auflösungskalibrierungssubsystem 102 verwendet
die Kommunikationsschnittstelle 104, um digitale Bilddaten 120 aus
dem digitalen Bilddetektor 109 zu erfassen. Die Kommunikationsschnittstelle 104 kann
eine allgemeine Kommunikationsschnittstelle einschließlich einer
seriellen, parallelen, industriellen oder Netzwerkschnittstelle
sein. Die CPU 106 kann beispielsweise eine allgemeine CPU,
ein DSP, oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung sein,
die ein in dem Speichersystem 108 gespeichertes Kalibrierungsprogramm
ausführt.
Das Kalibrierungsprogramm kann dem in 2 dargestellten Flussdiagrammschritten
folgen.
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Die
CPU 106 ermittelt eine Mehrfachauflösungszerlegung 122 beispielsweise
unter Anwendung einer Burt-Pyramidenzerlegung der Bilddaten 120 oder
mittels einer anderen Mehrfachauflösungszerlegungstechnik. Ein
Beispiel einer Mehrfachauflösungszerlegungstechnik
ist detailliert in "Multiresolution
Image Processing and Analysis",
Ed. A. Rosenfield, Springer Series in Information Sciences, Springer
Verlag, pp. 10-14 (1984) dargestellt. Die sich ergebende Mehrfachauflösungszerlegung 122 weist zahlreiche
Raumfrequenzbänder
auf, die Bildinhalt über
eine Reihe von Auflösungspegeln
repräsentieren.
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Eine
Mehrfachauflösungszerlegung
ist eine Serie von Bildern, wovon jedes eine tiefpassgefilterte Kopie
seines Vorgängers
ist. Das Ursprungsbild kann das erste aus der Serie der Bilder bilden,
und jedes nachfolgende Bild enthält,
da es eine tiefpassgefilterte Kopie seines Vorgängers ist, räumliche
Frequenzinformation in zunehmend kleineren Frequenzbändern. Mit
anderen Worten, es liegt ein abnehmender Frequenzinhalt in jedem
Bild in der Serie der Bilder vor.
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Der
digitale Bilddetektor 109 kann durch seine Auflösung gekennzeichnet
sein. Typischerweise ist die Auflösung in Form einer Modulationsübertragungsfunktion
(MTF) gegeben, welche die Amplitudenantwort des digitalen Bilddetektors 109 auf
unterschiedliche räumliche
Frequenzen (d. h., eine Anzahl von Linienpaaren pro mm) quantifiziert.
Sobald die Raumfrequenz zunimmt, nimmt die MTF des digitalen Bilddetektors 109 aufgrund
seiner begrenzten Auflösung
ab. Mit anderen Worten, der digitale Bilddetektor 109 ist
nur in der Lage, die Linien und Räume von räumlichen Frequenzen bis zu
einem gewissen Punkt (z. B. mehreren Linienpaaren/mm) zu unterscheiden,
wonach der digitale Bilddetektor 109 keine Linie von Zwischenräumen unterscheiden kann.
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Als
eine Hilfe zur Ermittlung der MTF des digitalen Bilddetektors 109 kann
das digitale Bildgebungssystem 100 ein Bildgebungsphantom
verwenden. Ein Bildgebungsphantom ist ein Materialstück, das
ein bekanntes Kalibrierungsmuster trägt, wie z. B. eine Reihe von
Bleistangen, die durch Zwischenräume
getrennt sind. Die Dicke und der Abstand bestimmen die zu messenden
räumlichen
Frequenzen. Das Blei hat eine starke Abschwächung, die Zwischenräume eine
geringe Abschwächung.
Die räumliche
Variation dieser Sprungantworten wird zum Ermitteln der MTF wie
nachstehend beschrieben verwendet.
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Insbesondere
ist das Stangenmusterphantom 126 ein Beispiel von vielen
Arten von Phantomen, die zum Ermitteln einer MTF verwendet werden können, die
die Auflösung
eines digitalen Bilddetektors angibt. Das Stangenmusterphantom 126 stellt eine
Reihe von Bleistreifen bereit, die voneinander bevorzugt mit 0,5-2,5
Linienpaaren/mm (im Wesentlichen angepasst an die unter Verwendung
des digitalen Bilddetektors zu detektierende Merkmalsgröße) in Abstand
angeordnet sind. Die MTF für
jedes räumliche
Frequenzband wird abhängig
davon ermittelt, wie gut die Pixel in dem Band eine durch die Bleistreifen
auf dem Stangenmusterphantom 126 erzeugte Sprungantwort
erfassen. Die MTF kann beispielsweise bei zwölf den nachstehenden Linienpaargruppen 0,50, 0,55,
0,60, 0,70, 0,80, 0,90, 1,0, 1,1, 1,2, 1,4, 1,6, 1,8 lp/mm entsprechenden
räumlichen
Frequenzen ermittelt abhängig
von: MTF = (Pi·sqrt(2))/((4·Mean0)·sqrt(VarFreq))ermittelt
werden, wobei: VarFreq = |VarROI – VarNoise| VarROI = Varianz in dem ROI ist VarNoise = (VarBlack + VarWhite)/2 Mean0 = (MeanWhite – MeanBlack)/2
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Jeder
interessierende Bereich (ROI) kann beispielsweise als in der Mitte
jeder vorstehend erwähnten
Auflösungsgruppe
befindlich definiert sein. Die Größe jedes ROIs wird bevorzugt
so eingestellt, dass der ROI n – 2
Linienpaare überdeckt,
wobei n die Gesamtanzahl der Linienpaare in der aktuellen Gruppe
ist. Beispielsweise überdeckt
für Gruppen, mit
insgesamt 5 Linienpaaren der ROI drei Linienpaare. Man beachte,
dass die vorstehende Formel für
die MTF den Mittelwert (Mean) und die Varianz (Var) der weißen (White)
und schwarzen (Black) Pegel in dem ROI sowie das Rauschen (Noise)
des Hintergrundes unter Verwendung des Terms VarNoise berücksichtigt.
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Weitere
Phantomtypen sind jedoch ebenfalls für die Ermittlung der MTF geeignet.
Als ein Beispiel kann ein Phantom mit einer steil definierten Kante
(z. B. ein Wolfram- oder
Kupferkantenphantom) ein Kantenbild auf dem Detektor liefern. Das
Kantenbild geht von einem schwarzen auf einen weißen über einen grauen
Bereich über.
Die Fourier-Transformierte
der Ableitung der Kantenantwort (Linienver waschungsfunktion) kann
zum Berechnen der MTF verwendet werden.
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Eine
absolute MTF ist die in einem vorgewählten Bereich auf dem digitalen
Bilddetektor, wie z. B. in der Mitte ermittelte MTF. Die räumliche
Variation in der MTF-Auflösungsgleichmäßigkeit
kann dann auf die absolute MTF wie nachstehend beschrieben normiert
werden. Die Auflösungsgleichmäßigkeit kann
durch Abbildung eines Gittermusters (z. B. das Gleichmäßigkeitsgitter 128 gemessen
werden, welches bevorzugt ein Gitter aus rostfreiem Stahl mit einer
räumlichen
Frequenz ist, die von der Detektorgrenzauflösung abhängt). In einer Ausführungsform hat
das Gleichmäßigkeitsgitter 128 eine
Frequenz von angenähert
1,5 Linienpaaren/mm (z. B. angenähert
3/5 der Grenzauflösung
von 2,5 Linienpaaren/mm). Das Verhältnis der Standardabweichung
zu dem mittleren Bildpegel in interessierenden Bereichen über dem
digitalen Bilddetektor gibt einen relativen Schätzwert der lokalen Auflösung in
diesem Bereich über
alle räumlichen
Frequenzbänder.
Die Auflösungsgleichmäßigkeit
kann in Bezug auf die Verhältnismessung
bei der Mitte des Bildes normiert werden.
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Das
ebene Phantom 124 kann zum Ermitteln des Rauschleistungsspektrums
(NPS) des digitalen Bilddetektors 110 genutzt werden. Das
flache Phantom 124 weist eine gleichmäßige Dicke auf. Durch Subtraktion
von zwei flachen Feldbildern kennzeichnet das sich ergebende Differenzbild
das NPS des digitalen Bilddetektors. Beispielsweise liefert der
radiale Mittelwert der Fourier-Transformierten des Differenzbildes
ein Maß für das NPS.
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Gewichtungskoeffizienten
Coef(i) bestimmen innerhalb eines vorgegebenen Bandes "i" den Betrag der MTF-Anpassung (welcher
zu einer Zunahme oder Abnahme in der MTF führen kann). Allgemein gesagt
ist für
jedes Frequenzband, "i", über dem
Bereich der Frequenzbänder: Coef(i) = Funktion (Wunschverhalten(i), Rohverhalten(i))und
als ein Beispiel Coef(i) = Wunschverhalten(i)/Rohverhalten(i)so
dass, wenn das Wunschverhalten(i) = 100 ist (z. B. perfekte Wiedergabe
der Sprungantwort des Stangenmusterphantoms 126 und das
Rohverhalten(i) = 50 ist, dann Coef(i) = 2 ist. Das Wunschverhalten(i) ist
bevorzugt die gewünschte
Auflösung
(z. B. ein Soll-MTF) bei dem räumlichen
Frequenzband "i" und das Rohverhalten(i)
ist bevorzugt die gemessene (z. B. die nicht angepasste anfängliche)
Auflösung
bei dem räumlichen
Frequenzband "i".
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Coef(i)
kann auf jeden Pixelwert p(x, y, i) in jedem räumlichen Frequenzband angewendet
werden, um neue Pixelwerte P'(x,
y, i) = Coef(i)·p(x,
y, i) zu erzeugen. Weitere lineare und nicht lineare Funktionen
können
jedoch ebenfalls verwendet werden.
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Statt
nur einen Gewichtungskoeffizienten auf jedes Pixel in einem speziellen
räumlichen
Frequenzband anzuwenden, kann das Auflösungskalibrierungssubsystem 102 mehrere
Gewichtungskoeffizienten ermitteln, um einen Gewichtungskoef fizienten für jeden
von mehreren Bereichen von Pixeln bereitzustellen, oder für jedes
Pixel in einem räumlichen Frequenzband.
Somit kann Coef(i) durch Coef(x, y, i) auf der Basis eines Messwertes
der Auflösungsgleichmäßigkeit
(z. B. MTFU): p'(x,
y, i = Coef(x, y, i)·p(x,
y, i) ersetzt werden.
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In
einigen Fällen
folgt die Auflösungsgleichmäßigkeit
einem speziellen Muster auf dem digitalen Detektor wie z. B. einem
radialen Muster. Das Auflösungskalibrierungssubsystem 102 kann
dieses Muster nutzen, um schnell (durch Ausführen weniger Messungen) Coef(x,
y, i) zu erfassen und auf die Pixel in den räumlichen Frequenzbändern anzuwenden.
Der Term
R(x, y) wird nachstehend dazu verwendet, um den normierten
räumlich
abhängigen
Auflösungsfaktor
in Bezug auf den Mittelpunkt des digitalen Bilddetektors (wo die
absolute MTF ermittelt wird) anzuzeigen. Im Allgemeinen ist Coef(x,
y, i) = Coef(i)·R(x,
y).
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Obwohl
die Auflösung
verbessert werden kann, indem Pixelwerte mit den Gewichtungskoeffizienten
multipliziert werden, kann zuviel Verbesserung in unerwünschter
Weise den Rauschanteil in dem Bild beeinflussen. Im Allgemeinen
bleibt, da das Ausgangssignal/Rausch-Verhältnis (SNR) (eine Funktion der
Frequenz f) unverändert
bleibt, wenn die Auflösung
verbessert wird: SNR(f) = C·[MTFA(f)]^2/[NPSA(f)]
C·[MTFB(f)]^2/[NPSB(f)] C·[alpha(f)·MTFA(f)]^2/alpha(f)^2[NPSA(f)] wobei
C ein Faktor ist, der von der Belichtung, Röntgenstrahlqualität und dergleichen
abhängt,
alpha der Betrag der angewendeten MTF-Verbesserung (z. B. die Größe des Gewichtungskoeffizienten
in dem diskreten Falle) ist, A der Rohwert (gemessene Bildwert) und
B der kompensierte (verarbeitete) Bildwert ist. Wie man sehen kann,
beeinflusst die Auflösungsverbesserung
linear die MTF, beeinflusst jedoch das Rauschen gemäß dem Quadrat
von alpha(f). Rasche Zunahmen in der MTF führen daher zu weitaus rascheren
Zunahmen im Rauschen. Um die Einführung von zuviel Rauschen in
einem Bild zu verhindern, kann das Auflösungskalibrierungssubsystem 102 die Gewichtungskoeffizienten
gemäß einem
Rauschfaktor für
jedes Auflösungsband
und für
jedes Pixel gemäß: Coef(x, y, i) = min(Coef(x, y, i), Rauschfaktor)begrenzen,
wobei ein Beispiel Coef(x, y, i) = min((MTFD(i)/MTFR(i))·R(x, y), sqrt(NPSM(i)/NSPR(i)))ist,
in welchem sqrt die Wurzelfunktion ist, das tiefgestellte D einen
Sollwert anzeigt, das tiefgestellte R einen Rohwert (gemessenen
Wert) repräsentiert
und das tiefgestellte M ein vorgewähltes Maximum anzeigt (d. h.,
NPSM(i) ist beispielsweise das vorgewählte maximale
Rauschen gemäß Kunden-CTQ-Spezifikation)
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Nachdem
die Gewichtungskoeffizienten in jedem räumlichen Frequenzband angewendet
wurden, kann das medizinische Bildgebungssystem 100 eine
zusätzliche
Bildverarbeitung (wie z. B. eine Kontrastverbesserung) anwenden,
und dann ein Bild zur Darstellung rekonstruieren.
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Die
Kalibrierung der Bildauflösung
ist nicht auf den diskreten (Pixelbild-)Fall beschränkt. Stattdessen
kann die Kalibrierung der Bilddetektorauflösung auf den kontinuierlichen
Zeitfall ausgeweitet werden, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird.
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In
einem zusammenhängenden
Zeitsystem (in welchem diskrete Werte von Coef(i) durch einen zusammenhängenden
Kalibrierungsfaktor alpha(f): alpha(f) = min
(Rauschfaktor(f), MTFD(f)/MTFR(f))ersetzt
werden ist als ein Beispiel alpha(f) = min (sqrt(Beta(f)),
MTFD(f)/MTFR(f))wobei NPSR(f) = (1/beta(f))·NPSM(f) und typischerweise MTFD(f) ≥ MTFR(f) und beta (f) ≥ 1,0
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In
dem allgemeinen Falle kann ein digitales Filter mit der durch alpha(f)
charakterisierten Frequenzantwort konstruiert werden. Ein zusammenhängendes
Bildsignal kann dann an das Filter angelegt werden, um die gewünschte Auflösungskalibrierung
zu erzielen. Gemäß nochmaligem
Bezug auf 1 kann somit ein Bildeingangssignal 150 an
ein Auflösungskalibrierungsfilter 152 angelegt
werden. Das Auflösungskalibrierungsfilter 152 erzeugt
als ein Ergebnis ein auflösungskalibriertes
Ausgangssignal 154.
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In
einer Mehrfachauflösungszerlegung
wie der vorstehend beschriebenen wird der Kalibrierungsfaktor alpha(f)
durch einen diskreten Koeffizienten, Coef(i) (z. B. über i =
0–7 Auflösungspegel
in der Mehrfachauflösungszerlegung)
ersetzt:
und
wobei N = die Nyquist-Frequenz
des digitalen Bilddetektors (z. B. 2,5 Linienpaare/mm) ist. Coef(i)
ist somit bevorzugt der Mittelwert des Kalibrierungsfaktors alpha(f) über dem
vorgegebenen Bereich.
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2 stellt
ein Flussdiagramm 200 für
die Kalibrierung der Auflösung
eines digitalen medizinischen Bildgebungssystems dar. Bei dem Schritt 202 misst
ein Auflösungseinstellsystem
(z. B. das medizinische Bildgebungssystem 100, oder ein
Fabrikkalibrierungssystem) das nicht angepasste Verhalten eines
digitalen Bilddetektors. Das nicht angepasste Verhalten kann beispielsweise
einer(m) MTF, MTFU, NPS oder SNR entsprechen. Da es erwünscht sein kann,
zwei oder mehr zugeordnete digitale Bildgebungssysteme, die an nur
einem Einsatzort installiert sind, abzugleichen, kann beispielsweise
das Auflösungseinstellsystem
das nicht angepasste Verhalten auf zwei oder mehr digitalen Bilddetektoren
messen, die in den zugeordneten digitalen Bildgebungssystemen eingesetzt
werden sollen.
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Anschließend ermittelt
bei dem Schritt 204 das Auflösungsanpassungssystem die Gewichtungskoeffizienten
für die
von einem medizinischen Bildgebungssystem verarbeiteten räumlichen
Frequenzbänder.
Die Gewichtungskoeffizienten basieren bevorzugt auf dem gewünschten
Verhalten (beispielsweise gemäß Spezifikation
durch die Kunden-CTQ-Werte) und dem gemessenen nicht angepassten
Verhalten des digitalen Bilddetektors. Ferner können, wenn zwei Systeme angeglichen
werden, die Gewichtungskoeffizienten für den digitalen Bilddetektor
in dem zweiten System auf einem vorgewählten Sollverhalten des ersten
digitalen Bilddetektors und dem gemessenen nicht angepassten Verhalten
des zweiten digitalen Bilddetektors basieren. Mit anderen Worten,
die Gewichtungskoeffizienten werden so gewählt, dass beide Systeme dieselbe vorgewählte gewünschte angepasste
Auflösung
erzielen. Man beachte, dass die Angleichung digitaler Bildsysteme
auf eine vorgewählte
Auflösung
tatsächlich
eine Verringerung in einer Systemauflösung oder MTF erfordern kann,
wenn der spezielle digitale Bilddetektor in diesem System besonders
gut ist. Ferner kann der Prozess der Anpassung von Systemen auf der
Basis irgendeiner besonderen Referenz erfolgen. Somit kann ein Gesamtauflösungsstandard
durch den Hersteller des digitalen Bildsystems festgelegt werden.
Dann können
die von diesem Hersteller hergestellten digitalen Systeme alle an
diesen Auflösungsstandard
angepasst werden.
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Bei
dem Schritt 206 ermittelt das Auflösungsanpassungssystem optional
Kompensationsgewichtungskoeffizienten der räumlichen Auflösungsvariation
für einzelne
Pixel bei jedem räumlichen
Auflösungspegel.
Wie vorstehend beschrieben, kompensieren die Kompensationsgewichtungskoeffizienten der
räumlichen
Auflösungsvariation
Coef(x, y, i) Änderungen
in der Auflösungsgleichmäßigkeit über dem
digitalen Bilddetektor (110). Ein Gewichtungskoeffizient
kann für
jedes Pixel in jedem räumlichen
Auflösungspegel
ermittelt werden oder ein kleinerer Satz von Gewichtungskoeffizienten
kann zur Verwendung zwischen Pixeln in größeren Bereichen jedes räumlichen
Auflösungspegels
ermittelt werden. Alternativ können
die Gewichtungskoeffizienten auf eine Konstante, Coef(x, y, i) =
Coef(i) eingestellt werden, was keine Korrektur für die Auflösungsgleichmäßigkeit darstellt.
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Bei
dem Schritt 208 stellt das Auflösungsanpassungssystem bevorzugt
sicher, dass die Gewichtungskoeffizienten nicht so groß sind,
dass deren Anwendung einen maximal gewünschten Rauschfaktor in dem
sich ergebenden verarbeiteten Bild überschreiten würde. Mit
anderen Worten, das Auflösungsanpassungssystem
kann jeden Gewichtungskoeffizienten durch den minimalen Gewichtungskoeffizienten
und einen Rauschfaktor wie vorstehend beschrieben ersetzen. Bei
dem Schritt 210 speichert das Auflösungsanpassungssystem die Koeffizienten für den digitalen
Detektor in einem Speicher für
zukünftige
Nutzung durch das den digitalen Detektor enthaltende medizinische
Bildgebungssystem.
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Bevor
das medizinische Bildgebungssystem 100 ein Bild anzeigt,
erzeugt die CPU 106 bevorzugt eine Mehrfachauflösungszerlegung 122 der
Bilddaten 120 (Schritt 212). Wie vorstehend erwähnt, beinhaltet
die Mehrfachauflösungszerlegung 122 zahlreiche
Auflösungspegel,
die räumlichen
Frequenzbändern
in dem Bild entsprechen. Die CPU 106 wendet bei dem Schritt 214 die
für jedes
Pixel, Region oder räumliche
Frequenzband ermittelten Gewichtungskoeffizienten an. Anschließend rekonstruiert
die CPU 106 bei dem Schritt 216 ein Bild für die Darstellung unter
Verwendung der auflösungsverbesserten Mehrfachauflösungsdarstellung
des Bildes.
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3 veranschaulicht
eine Mehrfachauflösungsbildzerlegung 300.
Die Zerlegung 300 stellt Auflösungspegel 302–310 (zusätzliche
oder weniger können
in der Praxis verwendet werden) in zugeordnet zu speziellen räumlichen
Frequenzen in der Zerlegung 300 dar. Jeder Auflösungspegel 302–310, beispielsweise
der Auflösungspegel 302 besteht
aus Pixeln 312. Die Pixel 312 können in
Regionen einer vorgewählten
Form und Anzahl von Pixeln gruppiert sein. Ein außen liegender
Bereich 314 und ein zentraler Bereich 316 sind
in 3 dargestellt.
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Der
zentrale Bereich 316 überdeckt
insbesondere das Zentrum des digitalen Bilddetektors und stellt
insbesondere den Bereich dar, in welchem bevorzugt die absolute
MTF (wie vorstehend erwähnt) ermittelt
wird. Die räumliche
Variation in der Bildauflösung
wird außerhalb
des räumlichen
Bereichs 316, beispielsweise in einem oder mehreren außen liegenden
Bereichen (z. B. dem außen
liegenden Bereich 314) gemessen. Wie vorstehend erwähnt kann nur
ein Gewichtungskoeffizient für
ein gesamtes räumliches
Frequenzband 302–310 ermittelt
werden, mehrere Gewichtungskoeffizienten können ermittelt werden, um eine
Gewichtungskoeffizienten für
jeden Bereich 314, 316 in jedem räumlichen
Frequenzband 302–310 bereitzustellen,
oder mehrere Gewichtungskoeffizienten können ermittelt werden, um einen
Gewichtungskoeffizienten für
jedes Pixel 312 in jedem räumlichen Frequenzband 302–310 bereitzustellen. Die
mehreren Gewichtungskoeffizienten sind bevorzugt Kompensationskoeffizienten
der räumlichen Auflösungsvariation
Coef(x, y, i), die wie vorstehend dargestellt ermittelt werden.
Die Gewichtungskoeffizienten wer den auf die Pixelwerte in jedem
räumlichen
Frequenzband 302–310 oder
Bereich 314, 316 vor der Bildrekonstruktion angewendet
(z. B. damit multipliziert), um den digitalen Bilddetektor auf die gewünschte Auflösung zu
kompensieren.
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In 4 zeigt
eine graphische Darstellung 400 ein Beispielergebnis der
Auflösungsanpassung. Die
graphische Darstellung hat eine Achse 402 der räumlichen
Frequenz und eine MTF-Achse 404. Eine (gemessene) Roh-MTF-Linie 406,
eine Soll-MTF-Linie 408 und eine erzielte MTF-Linie 410 sind
in 4 vorhanden. Unter Anwendung der vorstehend beschriebenen
Auflösungsanpassung
verbessert sich die Roh-MTF auf den durch die erzielte-MTF-Linie 410 dargestellten
Pegel. Die erzielte MTF-Linie 410 stellt ferner eine enge Übereinstimmung
mit der vorgewählten
gewünschten
oder Soll-MTF-Linie 408 über den
interessierenden Frequenzen dar.
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Die
vorliegende Erfindung stellt dadurch die Fähigkeit bereit, Auflösungsspezifikationen
eines digitalen Bilddetektors (aufgrund der Bildverarbeitungsauflösungsverbesserung)
zu lockern. Die Ausbeute wird dementsprechend gesteigert. Die vorliegende
Erfindung ermöglicht
auch eine Kalibrierung auf eine spezifische Systempegelauflösung gemäß einer
Kunden-CTQ-Spezifikation, während
gleichzeitig der Betrag der Auflösungsverbesserung
begrenzt wird, um rauschbezogene Verhaltensziele zu erreichen. Die
vorliegende Erfindung kann auch als Teil einer vollautomatischen
Kalibrierung eines digitalen Bildgebungssystems verwendet werden,
und um eine Auflösungskonsistenz
zwischen zahlreichen digitalen Bilddetektoren und digitalen Bildgebungssystemen
zu erreichen. Ferner ermöglichen
das vorstehend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung eine räumliche
Anpassung der Auflösungskoeffizienten,
um eine gleichmäßige Auflösung über dem
gesamten digitalen Bilddetektor zu erhalten.