DE10142605A1

DE10142605A1 - Verfahren zur Überprüfung der Qualität der Bilddarstellung von bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik

Info

Publication number: DE10142605A1
Application number: DE10142605A
Authority: DE
Inventors: Markus Lautenschlager; Karl Stierstorfer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-04-03
Also published as: JP2003159246A; US6639966B2; US20030063709A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Überprüfung der Qualität der Bilddarstellung von bildgebenden Systemen (12) für die medizinische Diagnostik, das die folgenden Schritte aufweist: DOLLAR A S10: Erstellung wenigstens eines Testbildes (41); DOLLAR A S11: Definition von konzentrischen Kreisen (46) in dem wenigstens einen Testbild (41); DOLLAR A S12: Mitteilung von auf den jeweiligen Umfangslinien der Kreise (46) angeordneten Bildpunkten des Testbildes (41) zur Erzeugung eines Ringprofils (42); DOLLAR A S13: Detektion von Ringartefakten (43, 44) in dem erzeugten Ringprofil (42); DOLLAR A S14: Vergleichen der detektierten Ringartefakte (43, 44) mit einem voreingestellten Kriterium zur Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte (43, 44). DOLLAR A Weiter wird eine Vorrichtung (10) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens offenbart.

Description

Mit modernen medizinischen Diagnoseverfahren, wie beispielsweise der Computertomographie (CT), können Bilddaten eines untersuchten Messobjektes gewonnen werden. In der Regel handelt es sich bei dem untersuchten Messobjekt um einen Patienten.
Üblicherweise liegen die gewonnenen Bilddaten in digitaler Form vor und sind somit der digitalen Datenverarbeitung zugänglich. Typische Operationen der digitalen Datenverarbeitung sind beispielsweise eine Verstärkung, Überlagerung oder Filterung.
Die mittels bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik gewonnenen Bilddaten enthalten üblicherweise neben der gewünschten Bildinformation des untersuchten Messobjektes auch Informationen, die auf Störeinflüsse während des Messvorganges zurückzuführen sind.
Es werden allgemein zwei verschiedene Kategorien von Problemen, die die Qualität der gewonnenen Bilddaten reduzieren, unterschieden: Bildrauschen und Artefakte.
Diese beiden Probleme sollen im Folgenden am Beispiel der Computertomographie näher erläutert werden.
Das Bildrauschen lässt sich seinerseits in mehrere Ursachen gliedern.
Der Hauptteil des Bildrauschens wird von dem Quantenrauschen hervorgerufen, welches daraus resultiert, dass jede Strahlung aus einer endlichen Anzahl von Quanten besteht, so dass die Anzahl der gemessenen Quanten immer normal verteilt um einen Mittelwert schwankt.
Weitere Ursachen für das Bildrauschen sind die meist nicht exakt monochromatischen Quanten der praktisch realisierbaren Röntgenröhren sowie Streustrahlung, die auf Wechselwirkungen der verwendeten Röntgenstrahlung mit der Elektronenhülle von Atomen bei der Transmission durch das Messobjekt beruht.
Auch die Artefakte werden weiter untergliedert:
Aliasing, Teilvolumenartefakte, Aushärtungsartefakte sowie Bewegungsartefakte sind typische Artefakte, deren Auftreten insbesondere von der Geometrie oder einer Bewegung des Messobjektes abhängt.
Entsprechende Effekte wie das oben anhand der Computertomographie beschriebene Bildrauschen und die Artefakte finden sich auch bei anderen bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik.
Eine besondere Form der Artefakte, deren Ursache vor allem in dem verwendeten bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik selber zu suchen ist, bilden die Ringartefakte:
In bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik, in denen (wie beispielsweise in modernen Computertomographen) mehrere Detektoren verwendet werden, besteht die Möglichkeit der unzureichenden Kalibrierung der einzelnen Detektoren. Das heißt, das gleiche Abschwächungen der das Messobjekt durchdringenden Strahlung von unterschiedlichen Detektoren unterschiedlich gemessen werden.
Bei einer unzureichenden Kalibrierung der einzelnen Detektoren beispielsweise eines Computertomographen weisen die gewonnenen Bilddaten aufgrund der Rotation der Strahlenquelle und der Detektoren um das Messobjekt während des Messvorganges konzentrische Ringe um das Drehzentrum auf, die keinen tatsächlichen Bezug zu dem betrachteten Messobjekt haben. Derartige Störungen in den Bilddaten werden Ringartefakte genannt.
Da die Kalibrierung der Detektoren üblicherweise von dem Hersteller eines bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik vorgenommen wird, ist die Häufigkeit und Deutlichkeit von Ringartefakten ein Indikator für die Qualität einer Bilddarstellung eines solchen Systems.
Deshalb werden derartige bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik vor der Auslieferung durch den Hersteller einer Endprüfung unterzogen. Im Rahmen dieser Endprüfung wird anhand eines Testkörpers mit einem bekannten Absorptionskoeffizienten (ein solcher Testkörper wird auch als "Phantom" bezeichnet) für jede Detektorschicht wenigstens ein Testbild erstellt. Wie bei vielen anderen Kalibrierungsverfahren erhöht auch hier die Anzahl der Messungen (Testbilder) die Genauigkeit. Die gewonnenen Testbilder werden dann durch besonders geschultes Personal visuell auf Ringartefakte untersucht und die einzelnen Detektoren entsprechend kalibriert.
Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist der damit verbundene erhebliche Aufwand. Bei modernen CT-Anlagen kann beispielsweise die visuelle Überprüfung von mehreren hundert Testbildern je Anlage erforderlich sein.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine Überprüfung der Qualität der Bilddarstellung von bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik mit reduziertem Aufwand erlaubt.
Die Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch der Erfindung gelöst. Die Erfindung wird in ihren Unteransprüchen weitergebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Überprüfung der Qualität der Bilddarstellung von bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik, die folgenden Schritte auf:
Erstellung wenigstens eines Testbildes;
Definition von konzentrischen Kreisen in dem wenigstens einen Testbild;
Mittelung von auf den jeweiligen Umfangslinien der Kreise angeordneten Bildpunkten des Testbildes in Umfangsrichtung des jeweiligen Kreises zur Erzeugung eines Ringprofils;
Detektion von Ringartefakten in dem erzeugten Ringprofil;
Vergleichen der detektierten Ringartefakte mit einem voreingestellten Kriterium zur Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte.
Da erfindungsgemäß zunächst eine Definition von konzentrischen Kreisen in dem wenigstens einen Testbild erfolgt, bevor eine Mittelung von auf den Umfangslinien der konzentrischen Kreisen angeordneten Bildpunkten durchgeführt wird, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die einem Testbild zugrundeliegenden Bilddaten so zu verarbeiten, dass vorhandene Ringartefakte aufgrund einer Reduzierung der sonstigen Bildinformation deutlich hervorgehoben werden.
Die so hervorgehobenen Ringartefakte können besonders einfach detektiert und in Bezug auf ihre visuelle Erkennbarkeit anhand des voreingestellten Kriteriums beurteilt werden. Das Kriterium ist somit ein Maßstab, mit dem die visuelle Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte beurteilt wird. Vorteilhaft an der Verwendung eines solchen Kriteriums ist, das es beispielsweise eine Anpassung an verschiedene bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik oder verschiedene bei der Erstellung des Testbildes verwendete Messobjekte erlaubt.
Da die Häufigkeit und Deutlichkeit von Ringartefakten in einem Testbild ein Indikator für die Qualität der Bilddarstellung eines bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik ist, kann die Qualität eines solchen Systems anhand der Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte somit leicht überprüft werden.
Für eine automatisierte Detektion und/oder Beurteilung von Ringartefakten in dem Testbild ist es vorteilhaft, wenn gleichzeitig mit der Erzeugung des Ringprofils für jede Umfangslinie der Kreise ein von dem jeweiligen Radius des jeweiligen Kreises abhängiges Pixelrauschen ermittelt wird. Dies kann vorzugsweise während der Mittelung der auf der Umfangslinie der jeweiligen Kreise angeordneten Bildpunkte erfolgen.
Vorzugsweise durchläuft das Ringprofil vor der Detektion der Ringartefakte zur Rauschunterdrückung einen Tiefpass-Filter und/oder zur Unterdrückung von langwelligen Störungen einen Hochpass-Filter, da in einem so aufbereiteten Ringprofil vorhandene Ringartefakte noch einfacher detektiert werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Detektion der Ringartefakte in dem Ringprofil durch eine Detektion von Vorzeichenwechseln in dem Ringprofil.
Weiter ist es besonders vorteilhaft, wenn das Vergleichen der detektierten Ringartefakte mit dem voreingestellten Kriterium durch Berechnen des visuellen Signal-Rauschens der detektierten Ringartefakte und Vergleich des berechneten Signal-Rauschens mit dem voreingestellten Kriterium erfolgt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Vergleichen der detektierten Ringartefakte mit dem voreingestellten Kriterium durch Berechnen des visuellen Signal-Rauschens für jedes Ringartefakt und Vergleich des berechneten Signal-Rauschens mit dem voreingestellten Kriterium, wobei die Berechnung des visuellen Signal-Rauschens für jedes Ringartefakt anhand einer Bewertungsformel erfolgt, die sich wie folgt darstellen lässt:

wobei
SNR das zu berechnende visuelle Signal-Rauschen des jeweiligen Ringartefakts,
α eine Konstante,
B_r das Ringprofil des entlang den jeweiligen Umfangslinien der Kreise gemittelten Testbildes,
R_r den Radius der Umfangslinie des jeweiligen Kreises, entlang dessen die Mittelung des Testbildes erfolgt,
s_r das von dem jeweiligen Radius R_r abhängige Pixelrauschen,
_r einen Index, der mit einer geeigneten Rasterung den Radius R_r beschreibt, und
r_min, r_max die Anfangs- und Endradien der verschiedenen detektierten potentiell sichtbaren Ringartefakte bezeichnen.
Die Konstante α kann dabei gleich 1 sein. Vorzugsweise nimmt sie jedoch zur Normierung des visuellen Signal-Rauschens den Wert α = √2π an.
Um die Qualität der Bilddarstellung von bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik anhand eines einheitlichen Maßstabs überprüfen zu können ist es vorteilhaft, wenn in einem weiteren Verfahrensschritt für die visuelle Erkennbarkeit der Ringartefakte ein Schwellenwert festgelegt wird, und der Schwellenwert mit der beurteilten visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte verglichen wird.
Die Festlegung eines Schwellenwertes für visuelle Erkennbarkeit der Ringartefakte erlaubt nicht nur die Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte anhand des Kriteriums, sondern die Überprüfung der beurteilten visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte im Hinblick auf einen höchstzulässigen Wert für die visuelle Erkennbarkeit der detektierten und beurteilten Ringartefakte.
Dieser höchstzulässige Wert kann beispielsweise von dem zu überprüfenden bildgebenden System für die medizinische Diagnostik abhängen oder auch kundenspezifisch in Form von Spezifikationen vorgegeben sein.
Vorzugsweise wird der Schwellenwert für das Signal-Rauschen des jeweiligen Ringartefaktes festgelegt, da sich das Signal- Rauschen für alle Ringartefakte anhand der oben angegebenen Formel leicht errechnen lässt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Qualität der Bilddarstellung des zu überprüfenden bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik als ungenügend beurteilt, wenn die visuelle Erkennbarkeit bzw. das Signal-Rauschen der jeweiligen detektierten Ringartefakte größer als der Schwellenwert ist.
Bei der Überprüfung von bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik ist es aufgrund der besseren Normierbarkeit von Vorteil, wenn das wenigstens eine Testbild anhand eines homogenen Phantoms, d. h. anhand eines Testkörpers mit bekanntem Absorptionskoeffizient erstellt wird. Bei diesem homogenen Phantom kann es sich beispielsweise um ein homogenes Wasserphantom handeln.
Ein weiterer Vorteil in der Verwendung eines Phantoms bei der Erstellung des wenigstens einen Testbildes ist darin zu sehen, dass in der Natur des Messobjektes begründete Störeinflüsse vermieden werden können, bzw. für alle zu überprüfenden bildgebenden Systeme für die medizinische Diagnostik gleichermaßen auftreten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut für die Überprüfung der Qualität der Bilddarstellung von Computertomographen geeignet, da diese eine hohe Anzahl an Detektorschichten aufweisen und somit eine Überprüfung der Qualität der Bilddarstellung von Computertomographen mittels einer konventionellen visuellen Beurteilung von Testbildern durch geschultes Personal aufgrund der großen Anzahl von Testbildern sehr teuer und aufwendig ist.
Vorzugsweise erfolgt die Definition von konzentrischen Kreisen in dem wenigstens einen Testbild um ein Drehzentrum des Testbildes, das von dem verwendeten bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik in dem Testbild hervorgerufen wird.
Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellt, die die folgenden Einrichtungen aufweist:
eine Definiereinrichtung die geeignet ist, in dem wenigstens einen von dem zu überprüfenden bildgebenden System für die medizinische Diagnostik erstellten Testbild konzentrische Kreise zu definieren;
eine Mittelungseinrichtung die geeignet ist, auf den jeweiligen Umfangslinien der Kreise angeordnete Bildpunkte des Testbildes zur Erzeugung eines Ringprofils in Umfangsrichtung zu mitteln;
einen Detektor der geeignet ist, in dem erzeugten Ringprofil Ringartefakte zu detektieren; und
eine Vergleicheinrichtung die geeignet ist, die detektierten Ringartefakte mit einem voreingestellten Kriterium zur Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte zu vergleichen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Computerprogrammprodukt, das geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn es in einen Speicher einer Verarbeitungseinrichtung geladen ist.
Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
Fig. 2 schematisch anhand einer ersten Ausführungsform den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch anhand einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 schematisch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Testbildes.
Im Folgenden wird zunächst die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, näher beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an ein bildgebendes System für die medizinische Diagnostik 11, beispielsweise einen Computertomographen, angeschlossen, und weist eine Definiereinrichtung 12, eine Mittelungseinrichtung 13, einen Detektor 14 sowie eine Vergleicheinrichtung 15 auf. Ferner ist eine Ausgabeeinrichtung 16 (beispielsweise ein Monitor, ein Drucker oder ein Signalgeber) an die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 angeschlossen.
Die Definiereinrichtung 12 ist geeignet, in einem von dem zu überprüfenden bildgebenden System für die medizinische Diagnostik 11 erstellten Testbild 41 konzentrische Kreise 46 zu definieren.
Die Kreise 46 dienen als Eingangsgröße für die mit der Definiereinrichtung 12 verbundene Mittelungseinrichtung 13.
Die Mittelungseinrichtung 13 ist geeignet, auf den jeweiligen Umfangslinien der Kreise 46 angeordnete Bildpunkte des von dem bildgebenden System für die medizinische Diagnostik 11 erstellten Testbildes 41 zur Erzeugung eines Ringprofils 42 in Umfangsrichtung des jeweiligen Kreises 46 zu mitteln.
Somit wird mittels der definierten Kreise 46 festgelegt, über welche Bildpunkte (Pixel) des Testbildes 41 die Mittelung erfolgen soll.
Da die Mittelung entlang der Kreise 46 und somit entlang der Form eventuell vorhandener Ringartefakte 43, 44 verläuft, werden Bildpunkte eines Ringartefaktes 43, 44 nur mit Bildpunkten des selben Ringartefaktes 43, 44 gemittelt. Das Ringartefakt 43, 44 bleibt somit als solches bestehen, wobei ihm ein einheitlicher Wert (Mittelwert der Bildpunkte des Ringartefaktes 43, 44) zugeordnet wird.
Für Bildelemente 45 des Testbildes 41, die keine Ringartefakte 43, 44 sind, erfolgt die Mittelung durch die Mittelungseinrichtung 13 ebenfalls entlang der Kreise 46. Da die Bildpunkte der Bildelemente 45 somit mit einer z. T. über das ganze Testbild 41 verteilten willkürlichen Auswahl an Bildpunkten gemittelt werden, geht das Bildelement 45 als solches verloren. Die Bildpunkte des Bildelements 45 gehen jedoch anteilig in den Mittelwert des jeweiligen Kreises 46, entlang dessen gemittelt wurde, ein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 erlaubt somit eine Mittelung des Testbildes 41 derart, dass Ringartefakte 43, 44 hervorgehoben werden, wohingegen andere Bildelemente 45 des Testbildes 41 unterdrückt werden.
Der Detektor 14 ist mit der Mittelungseinrichtung 13 verbunden und geeignet, in dem erzeugten Ringprofil 42 Ringartefakte 43, 44 zu detektieren.
Eine solche Detektion ist erforderlich, um Elemente des Ringprofils 42, die auf Ringartefakte zurückzuführen sind, von solchen Elementen des Ringprofils 42 zu unterscheiden, die auf andere Bildelemente 45 zurückzuführen sind.
Weiter ist der Detektor 14 mit der Vergleicheinrichtung 15 verbunden, welche geeignet ist, die detektierten Ringartefakte 43, 44 mit einem voreingestellten Kriterium zur Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte 43, 44 zu vergleichen. Vorteilhaft an der Verwendung eines solchen Kriteriums ist, das es beispielsweise eine Anpassung an verschiedene bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik oder verschiedene bei der Erstellung des Testbildes verwendete Messobjekte erlaubt.
Das Ergebnis der Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte 43, 44 ist ein anhand des voreingestellten Kriteriums normiertes Maß für die Qualität der Bilddarstellung des zu überprüfenden bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik 11 und kann über eine Ausgabeeinrichtung 16 an einen Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ausgegeben werden.
Alternativ zu der in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsform ist zu beachten, dass die Definiereinrichtung 12, die Mittelungseinrichtung 13, der Detektor 14 sowie die Vergleicheinrichtung 15 eine feste Einheit bilden können. Beispielsweise wäre eine gemeinsame Realisierung in einem (nicht gezeigten) Computerchip möglich.
Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, wie sie beispielsweise von der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 durchgeführt werden kann.
Entsprechend dieser ersten bevorzugten Ausführungsform wird in einem ersten Schritt S10 mittels des bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik 11 ein Testbild 41 eines homogenen Wasserphantoms gewonnen (dabei versteht man unter einem homogenen Phantom allgemein einen Testkörper mit bekanntem Absorptionskoeffizienten).
Ein solches Testbild 41 eines homogenen Phantoms ist schematisch in Fig. 4-1 am Beispiel eines Schwächungsbildes eines Computertomographen gezeigt.
Das Testbild 41 weist insgesamt ein auf das homogene Phantom zurückzuführendes, im wesentlichen homogenes Bild (in Fig. 4-1 grau dargestellte Fläche) mit zusätzlichen, im wesentlichen zufällig verteilten Bildelementen 45, die auf diverse Störeinflüsse zurückzuführen sind, auf. Weiter enthält das Testbild 41 Ringartefakte 43, 44.
In Schritt S11 werden von der Definiereinrichtung 12 in dem gewonnenen Testbild 41 konzentrische Kreise 46 definiert.
Wie in Fig. 4-2 gezeigt, erfolgt die Definition der konzentrischen Kreisen 46 in dem Testbild 41 in der hier beschriebenen Ausführungsform um ein Drehzentrum 47 des Testbildes 41, das von einer Bewegung des bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik 11 in dem Testbild 41 hervorgerufen wird.
In Schritt S12 werden die auf den jeweiligen Umfangslinien der Kreise 46 angeordneten Bildpunkte des Testbildes 41 von der Mittelungseinrichtung 13 in Umfangsrichtung des jeweiligen Kreises 46 zur Erzeugung eines Ringprofils 42 gemittelt.
Ein solches Ringprofil 42 ist in Fig. 4-3 abgebildet. Wie in Fig. 4-3 deutlich zu sehen ist, sind die auf sonstige Störungen zurückzuführenden Bildelemente 45 aufgrund der vorangegangenen Mittelung nicht mehr als solches vorhanden, sondern gehen aufgrund der zahlenmäßigen Dominanz der das Wasserphantom darstellenden Bildpunkte bei der Mittelung in diesen auf.
In der hier beschriebenen Ausführungsform durchläuft das Ringprofil 42 vor dem folgenden Verfahrensschritt S13 zur Rauschunterdrückung zunächst einen nicht abgebildeten Tiefpass-Filter (z. B. dreimalige Filterung des Testbildes 41 mit 5-Punkt Boxcar) sowie zur Unterdrückung von langwelligen Störungen einen nicht abgebildeten Hochpass-Filter (z. B. Subtraktion eines dreimal mit einem 17-Punkt Boxcar gefilterten Testbildes 41).
Sowohl Hochpass-Filter als auch Tiefpass-Filter sind vorzugsweise in der Mittelungseinrichtung 13 integriert. Alternativ können sie auch in dem Detektor 14 integriert oder als separate Bausteine ausgeführt sein.
In dem Verfahrensschritt S13 werden in dem erzeugten Ringprofil 42 mittels des Detektors 14 Ringartefakte 43, 44 detektiert.
In der hier beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Detektion der Ringartefakte 43, 44 durch eine Detektion von Vorzeichenwechseln in dem Ringprofil 42.
Somit erhält man am Ausgang des Detektors 14 ein beispielhaft in Fig. 4-4 gezeigtes Ringprofil 42 mit den darin identifizierten Ringartefakten 43 und 44.
Im folgenden Schritt S14 wird die visuelle Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte 43, 44 von der Vergleicheinrichtung 15 beurteilt, d. h. anhand eines vorgegebenen Kriteriums normiert. Das vorgegebene Kriterium kann beispielsweise von dem zu überprüfenden bildgebenden System für die medizinische Diagnostik oder von dem bei der Erstellung des Testbildes verwendeten Messobjekt abhängen.
Das Ergebnis der Beurteilung ist ein jedem detektierten Ringartefakt 43, 44 zugehöriges Maß für seine visuelle Erkennbarkeit.
Somit ist das Ergebnis der Beurteilung in Schritt S14 auch ein Maß für die Qualität der Bilddarstellung des zu überprüfenden bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik 11.
In dem in Fig. 4-4 gezeigten Beispiel beurteilt die Vergleicheinrichtung 15 das Ringartefakt 43 als nur gering visuell erkennbar und das Ringartefakt 44 als deutlich visuell erkennbar.
Folglich ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne visuelle Beurteilung der Testbilder durch besonders geschultes Personal und somit mit reduziertem Aufwand möglich, die Qualität der Bilddarstellung von bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik zu überprüfen.
In Fig. 3 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform schematisch dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass es sich bei der in Fig. 3 zweiten Ausführungsform um eine Unterform der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform handelt. Deshalb sind in der ersten und zweiten Ausführungsform gleiche Verfahrensschritte mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
Auch das in der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann von der in Fig. 1 abgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Analog zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird auch hier in Schritt S10 mittels des bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik 11 ein Testbild 41 gewonnen, in dem in einem weiteren Schritt S11 konzentrische Kreise 46 definiert werden.
Weiter erfolgt auch hier in Verfahrensschritt S12 eine Mittelung von auf den jeweiligen Umfangslinien der Kreise 46 angeordneten Bildpunkten des Testbildes 41 in Umfangsrichtung des jeweiligen Kreises 46 zur Erzeugung eines Ringprofils 42.
Zusätzlich wird in Schritt S12 gleichzeitig mit der Mittelung der Bildpunkte für jede Umfangslinie der Kreise 46 ein von dem jeweiligen Radius R_r des jeweiligen Kreises 46 abhängiges Pixelrauschen s_r ermittelt. Der Index _r beschreibt dabei mit einer geeigneten Rasterung den Radius R_r.
Das so gewonnene Pixelrauschen s_r wird, wie noch erläutert wird, gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform in Schritt S14 bei der Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte 43, 44 verwendet.
Wie schon in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden in Schritt S13 in dem erzeugten Ringprofil 42 Ringartefakte 43, 44 detektiert.
Diese werden mittels der Vergleicheinrichtung 15 in Schritt S14 durch Berechnen des visuellen Signal-Rauschens der detektierten Ringartefakte 43, 44 und Vergleichen mit einem vorgegebenen Kriterium im Hinblick auf ihre visuelle Erkennbarkeit beurteilt.
In dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Vergleichen der detektierten Ringartefakte 43, 44 mit dem voreingestellten Kriterium durch Berechnen des visuellen Signal-Rauschens für jedes Ringartefakt 43, 44 und Vergleich des berechneten Signal-Rauschens mit dem voreingestellten Kriterium erfolgt, wobei die Berechnung des visuellen Signal- Rauschens für jedes Ringartefakt 43, 44 anhand einer Bewertungsformel erfolgt, die sich wie folgt darstellen lässt:
Dabei bezeichnet SNR das zu berechnende visuelle Signal-Rauschen des jeweiligen Ringartefakts 43, 44, B_r das Ringprofil 42, R_r den Radius der Umfangslinie des jeweiligen Kreises 46 entlang dessen die Mittelung des Testbildes 41 erfolgt, s_r das in Schritt S12 berechnete Pixelrauschen, und r_min, r_max die Anfangs- und Endradien der verschiedenen detektierten Ringartefakte 43, 44. Der Index _r beschreibt den Radius R_r mit einer geeigneten Rasterung.
Parallel zu den Schritten S12 bis S14 wird in Schritt S15 mittels einer in Fig. 1 nicht abgebildeten Schwellenwert- Stelleinrichtung, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 sein kann, ein Schwellenwert T für die visuelle Erkennbarkeit der Ringartefakte 43, 44 festgelegt.
Der Schwellenwert wird von einem Benutzer vorgegeben und kann beispielsweise von Spezifikationen, die vom Kunden vorgegeben sein können, oder dem zu überprüfenden bildgebenden System für die medizinische Diagnostik abhängen.
Im folgenden Schritt S16 wird mittels einer ebenfalls in Fig. 1 nicht abgebildeten Prüfeinrichtung geprüft, ob die in Schritt S14 beurteilte visuelle Erkennbarkeit der einzelnen detektierten Ringartefakte 43, 44 größer als der in Schritt S15 festgelegte Schwellenwert T ist.
Auch die Prüfeinrichtung kann Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 sein, wobei sie vorzugsweise in die Vergleicheinrichtung 15 integriert und mit der Schwellenwert-Stelleinrichtung verbunden ist.
Liefert der Schritt S16 als Ergebnis den Wert "Wahr" ("ja"), so wird die Qualität der Bilddarstellung des zu überprüfenden bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik 11 als ungenügend beurteilt, und mittels der Ausgabeeinrichtung 16 in Schritt S17 eine entsprechende Warnung an einen Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ausgegeben.
Liefert der Schritt S16 als Ergebnis den Wert "Falsch" ("nein"), so wird die Qualität der Bilddarstellung des zu überprüfenden bildgebenden Systems für die medizinische Diagnostik als ausreichend beurteilt, und mittels der Ausgabeeinrichtung 16 in Schritt S18 eine entsprechende Freigabe an einen Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ausgegeben.
Auch mit der hier exemplarisch beschriebenen zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ohne visuelle Beurteilung der Testbilder durch besonders geschultes Personal und somit mit reduziertem Aufwand möglich, die Qualität der Bilddarstellung von bildgebenden Systemen für die medizinische Diagnostik zu überprüfen.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren in ein Computerprogrammprodukt implementiert, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine Verarbeitungseinrichtung (beispielsweise einen Computer oder die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung 10) geladen werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Überprüfung der Qualität der Bilddarstellung von bildgebenden Systemen (11) für die medizinische Diagnostik, aufweisend die folgenden Schritte:

- Erstellung (S10) wenigstens eines Testbildes (41);

- Definition (S11) von konzentrischen Kreisen (46) in dem wenigstens einen Testbild (41);

- Mittelung (S12) von auf den jeweiligen Umfangslinien der Kreise (46) angeordneten Bildpunkten des Testbildes (41) in Umfangsrichtung des jeweiligen Kreises (46) zur Erzeugung eines Ringprofils (42);

- Detektion (S13) von Ringartefakten (43, 44) in dem erzeugten Ringprofil (42);

- Vergleichen (S14) der detektierten Ringartefakte (43, 44) mit einem voreingestellten Kriterium zur Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte (43, 44).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Erzeugung (S12) des Ringprofils (42) für jede Umfangslinie der Kreise (46) ein von dem jeweiligen Radius des jeweiligen Kreises (46) abhängiges Pixelrauschen ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringprofil (42) vor der Detektion (S13) der Ringartefakte (43, 44) einen Tiefpass-Filter durchläuft.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringprofil (42) vor der Detektion (S13) der Ringartefakte (43, 44) einen Hochpass-Filter durchläuft.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion (S13) der Ringartefakte (43, 44) durch eine Detektion von Vorzeichenwechseln in dem Ringprofil (42) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen (S14) der detektierten Ringartefakte (43, 44) mit dem voreingestellten Kriterium durch Berechnen des visuellen Signal-Rauschens der detektierten Ringartefakte (43, 44) und Vergleich des berechneten Signal-Rauschens mit dem voreingestellten Kriterium erfolgt.

7. Verfahren nach der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen (S14) der detektierten Ringartefakte (43, 44) mit dem voreingestellten Kriterium durch Berechnen des visuellen Signal-Rauschens für jedes Ringartefakt (43, 44) und Vergleich des berechneten Signal-Rauschens mit dem voreingestellten Kriterium erfolgt, wobei die Berechnung des visuellen Signal-Rauschens für jedes Ringartefakt (43, 44) anhand einer Bewertungsformel erfolgt, die sich wie folgt darstellen lässt:

wobei
SNR das zu berechnende visuelle Signal-Rauschen des jeweiligen Ringartefakts (43, 44),
α eine Konstante,
B_r das Ringprofil (42) des entlang den jeweiligen Umfangslinien der Kreise (46) gemittelten Testbildes (41),
R_r den Radius der Umfangslinie des jeweiligen Kreises (46), entlang dessen die Mittelung des Testbildes (41) erfolgt,
s_r das von dem jeweiligen Radius R_r des jeweiligen Kreises (46) abhängige Pixelrauschen,
_r einen Index, der mit einer geeigneten Rasterung den Radius R_r beschreibt, und
r_min, r_max die Anfangs- und Endradien der verschiedenen detektierten Ringartefakte (43, 44) bezeichnen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstante α gleich √2π ist.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend die folgenden zusätzlichen Schritte:

- Festlegung (S15) eines Schwellenwerts (T) für die visuelle Erkennbarkeit der Ringartefakte (43, 44); und

- Vergleichen (S16) der beurteilten visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte (43, 44) mit dem Schwellenwert (T).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (T) für das Signal-Rauschen des jeweiligen Ringartefaktes (43, 44) festgelegt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität der Bilddarstellung des zu überprüfenden bildgebenden Systems (11) für die medizinische Diagnostik als ungenügend beurteilt (S16) wird, wenn die visuelle Erkennbarkeit bzw. das Signal-Rauschen der jeweiligen detektierten Ringartefakte (43, 44) größer als der Schwellenwert (T) ist.

12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Testbild (41) anhand eines homogenen Phantoms erstellt wird.

13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem System (11) für die medizinische Diagnostik um einen Computertomographen handelt.

14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Definition (S11) von konzentrischen Kreisen (46) in dem wenigstens einen Testbild (41) um ein Drehzentrum (47) des Testbildes (41) erfolgt, das von dem verwendeten bildgebenden System (11) für die medizinische Diagnostik in dem Testbild (41) hervorgerufen wird.

15. Vorrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend:
eine Definiereinrichtung (12) die geeignet ist, in dem wenigstens einen von dem zu überprüfenden bildgebenden System (11) für die medizinische Diagnostik erstellten Testbild (41) konzentrische Kreise (46) zu definieren;
eine Mittelungseinrichtung (13) die geeignet ist, auf den jeweiligen Umfangslinien der Kreise (46) angeordnete Bildpunkte des Testbildes (41) zur Erzeugung eines Ringprofils (42) in Umfangsrichtung zu mitteln;
einen Detektor (14) der geeignet ist, in dem erzeugten Ringprofil (42) Ringartefakte (43, 44) zu detektieren; und
eine Vergleicheinrichtung (15) die geeignet ist, die detektierten Ringartefakte (43, 44) mit einem voreingestellten Kriterium zur Beurteilung der visuellen Erkennbarkeit der detektierten Ringartefakte (43, 44) zu vergleichen.

16. Computerprogrammprodukt, das geeignet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen, wenn es in einen Speicher einer Verarbeitungseinrichtung geladen ist.