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Rauschunterdrückung und Artefaktreduktion an
Interventionsanlagen
22. APT-Seminar, Münster; 8./9.6.2018
Dipl. Phys. B. Renger, Institut für diagnostische und interventionelle Radiologie
Klinikum rechts der Isar, TU-München
Rauschunterdrückung und Artefaktreduktion an Interventionsanlagen
• „Echtzeit“-Bildverarbeitung im Fluoro- und DSA-Mode
• Bewegungsdetektion und Kompensation
• Rauschunterdrückung durch zeitliche Mittelung
• Rauschunterdrückung durch örtliche Mittelung
• Bildharmonisierung und Kontrastverstärkung
• Automatischer Pixelshift (DSA)
• Keine Navigationstechniken, wie z.B. Roadmap, Kathetertracking, Stent-enhancement, etc.
• Keine nachgelagerte Bildverarbeitung
• Kein 3D
Worum geht es ?
Grundsätzliches
• Prinzipiell zwei Varianten:
• Wavelet- Zerlegung
• Bildpyramide
• Dabei wird das Bild entweder in verschiedene Frequenzbänder zerlegt, oder Stufenweise auf niedrigere Auflösungen heruntergesampled (Bildpyramide)
• Anschließend werden verschiedene Verarbeitungsschritte auf die Teilbilder angewant.
• Dies erlaubt die getrennte Prozessierung von Elementen unterschiedlicher Ortsfrequenzen.
Multi-Skalare Bildverarbeitung
Grundsätzliches
Bildpyramide
Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit
Eindhoven DOI: 10.6100/IR692938
Grundsätzliches
Bildverarbeitungsschritte
Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit
Eindhoven DOI: 10.6100/IR692938
Rauschreduktion
• Adaptive Filter werden abhängig vom Bildinhalt lokal angepasst.
• Dazu wird zunächst das Bild nach interessierenden Strukturen gefiltert und diese entsprechend klassifiziert.
• Im Falle der Angiographie wird vor allem nach länglichen Strukturen (Gefäße) gesucht.
• Abhängig von der Klassifizierung werden nun bei den Bildfiltern lokal die Parameter angepasst.
• z. B. Kernelgröße
• Oder Kernelform
• …
• Ziel ist es Rauschen und Strukturen zu unterscheiden und diese entsprechen zu unterdrücken oder zu verstärken.
Adaptive Filterung
Rauschreduktion
Strukturerkennung und Klassifizierung
Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit
Eindhoven DOI: 10.6100/IR692938
Rauschreduktion
Adaptiver Filter
Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit
Eindhoven DOI: 10.6100/IR692938
Rauschreduktion
Adaptiver Filter; Anpassung der Kernelgröße
Low-dose imaging is becoming a clinical reality. Siemens Whitepaper
Rauschreduktion
• Bei der zeitlichen Filterung wird das Signal aus mehreren Bildern pixelweise gemittelt.
• Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und das Rauschen unterdrückt.
• Die Signal-Rausch-Verstärkung entspricht ungefähr der Wurzel aus der Anzahl der gemittelten Bilder.
• Probleme sind Artefakte bei bewegten Objekten im Bild.
• Daher muss vor der zeitlichen Mittelung eine Bewegungskorrektur durchgeführt werden.
• Außerdem wird die Bildanzahl für die Mittelung in bewegten Regionen reduziert.
• Das angezeigte Bild kann somit regional über unterschiedliche Bildanzahlen gemittelt sein.
Zeitliche Filterung
Bewegungsdetektion und Kompensation
Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit
Eindhoven DOI: 10.6100/IR692938
ClarityIQ technology; Philips Whitepaper
Zeitliche Filterung ohne und mit Bewegungskorrektur
Hierarchische Bewegungsdetektion auf
mehreren Ebenen der Bildpyramide
Rauschreduktion
Zeitliche Filterung
Image Quality Criteria & Image Processing; Canon
Zeitliche Filterung
ohne BewegungskorrekturZeitliche Filterung
mit Bewegungskorrektur
Bildharmonisierung und Kontrastverstärkung
• Um den Bildkontrast zu verbessern, wird das Histogramm der Aquisitionsdaten auf den Bilddatenraum skaliert.
• Dabei werden hohe Signalamplituden gedämpft und niedrige verstärkt.
• Dies kann auf den Ebenen der Bildpyramide oder den Frequenzbändern getrennt duchgeführt werden.
• Verstärkt das Hintergrundrauschen
https://en.wikipedia.org/wiki/Histogram_equalization
Bildharmonisierung und Kontrastverstärkung
Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit
Eindhoven DOI: 10.6100/IR692938
Kantenanhebung
Multifrequenz-Verarbeitung
Kantenanhebung: Das Bild wird in Teilbilder mit unterschiedlichen Ortsfrequenzen zerlegt. Das
Frequenzband mit den hohen Ortsfrequenzen wird verstärkt, das Frequenzband mit den niedrigen
Ortfrequenzen wird gedämpft. Anschließend werden beide Frequenzbereiche zum Ergebnisbild
rekombiniert.
ClarityIQ technology; Philips Whitepaper
Mal alles als Film
Image Quality Criteria & Image Processing; Canon
Echtzeit Pixelshift (DSA)
• Bei DSA-Serien kommt es zu Argefakten in der Subtraktion aufgrund von Bewegungen.
• Konventionell wurden die Serien anschließend manuell registriert um diese Artefakte zu reduzieren.
• Aktuelle DSA-Anlagen verfügen über einen vollautomatischen Pixelshiftwährend der Aufnahmeserie.
Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for
interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven DOI:
10.6100/IR692938
Echtzeit Pixelshift - Verarbeitungsschritte
• Vorbereitungsphase mit Kantenerkennung, Referenzpunktselektion und
Triangulation auf dem Maskenbild.
• Live-Phase mit oberen Phasen auf dem Live-Bild. Anschließend werden
die Referenzpunkte registriert und das Maskenbild verschoben..Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit
Eindhoven DOI: 10.6100/IR692938
Echtzeit Pixelshift (DSA)
• Die Applikation ist sehr Rechenaufwendig, da neben den vorher beschriebenen Echtzeit-Prozessierungen auch der Pixelshift und die Subtraktion durchgeführt werden muss.
• Daher wird der Pixelshift auf Basis vorher automatisch festgelegter Referenzpunkte im Maskenbild durchgeführt.
• Die Anlagen berücksichtigen dabei Translations- und Rotationsbewegungen.
Albers, A. H. R. (2010). Modeling and control of image processing for interventional X-ray Eindhoven: Technische Universiteit
Eindhoven DOI: 10.6100/IR692938
Echtzeit Pixel-Shift (DSA)
ClarityIQ technology; Philips Whitepaper
DSA-Bild ohne Pixelshift DSA-Bild mit Pixelshift
Durch den Echtzeit-Pixelshift verschwinden die Subtraktionsartefakte an den Gefäßen
(links) . Stationäre Objekte, wie zum Beispiel Blendenkanten werden aber dadurch
sichtbar (rechts).
Danke für die Unterstützung
• Canon (Hr. Schmidbauer)
• Philips (Hr. Belei)
• Siemens (Hr. Schildhauer, Hr. Krätzlmeier)
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
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