Bei Röntgenuntersuchungen an Menschen versucht man die Rönt- gendosis und die Injektion von (meist toxischem) Kontrast¬ mittel, welches die Adern sichtbar macht, möglichst niedrig zu halten, um den Patienten wenig zu belasten. Darunter lei¬ det jedoch die Bildqualität, da das Röntgenrauschen zunimmt. Die Sichtbarkeit schmaler Strukturen wie Blutgefäße oder Ka¬ theter werden eingeschränkt und die Diagnose wird erschwert. Auch andere bildgebende Aufnahmeverfahren, wie z. B. die Ma- gnetresonanztomographie oder die Sonographie vermindern durch systembedingtes Rauschen die Sichtbarkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah¬ ren zur Verbesserung der Bildqualität, speziell der Sicht- barkeit von linienhaften Strukturen in einem digitalen Bild anzugeben, welches die Vermeidung oder Reduktion der Anwendung von Kontrastmitteln ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Verfahrens mit Merkmalen nach Anspruch 1 ge¬ löst.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedem Bildpunkt eine Richtung, eine Amplitude und ein Satz von Zusammen¬ hangsvektoren zugeordnet, mit deren Hilfe Linien von zusammenhängenden Punkten gefunden werden. Jedem Bildpunkt wird daraufhin mit Hilfe eines Gütemaßeε, welches von seiner Amplitude und den Amplituden seiner Nachbarpunkte sowie der Länge des Linienstücks, auf dem er sich befindet, abhängt, ein Gütewert zugeordnet, welcher anschließend zu dem Helligkeitswert dieses Bildpunktes addiert wird.

Dem Fachmann ist hierbei klar, daß die Bedeutung des Wortes Addition in diesem Zusammenhang so zu verstehen ist, daß je nach dem Helligkeitswert der Linien in bezug auf ihren Un-

tergrund geeignete Vorzeichen bei diesen Additionen zu ver¬ wenden sind. So weichsein die Vorzeichen bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbesserung der Sichtbarkeit von hellen Linien auf dunklem Untergrund gegenüber einer Anwendung des Verfahrens zur Verbesserung der Sichtbarkeit von dunklen Linien auf hellem Untergrund. Die richtige Wahl der jeweiligen Vorzeichen ergibt sich für den Fachmann jedoch in selbstverständlicher Weise.

In gleicher Weise ist dem Fachmann klar, daß er die Addition von Helligkeitswerten oder auch die Multiplikation von Hel¬ ligkeitswerten mit Gewichten immer so zu verstehen hat, daß vor Ausführung oder nach Ausführung dieser Rechenoperationen geeignete Normierungen der Zahlenwerte erforderlich sind, damit diese Rechenopertionen ein auf hierfür vorgesehenen digitalen Datenverarbeitungsanlagen speicherbares und darstellbares Bild ergeben. Dem Fachmann ist geläufig, wie solche Normierungen durchzuführen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es zu einem kontinuierlichen Bild führt, dessen Werte um so höher sind, je wahrscheinlicher und deutlicher Linien im Original¬ bild vorliegen. Dabei werden keine künstlichen Strukturen (z. B. Schließen von Stenosen) eingefügt.

Bei der kontrastverstärkten Darstellung von Linienstrukturen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bleiben Hellig¬ keitsunterschiede auf den Linien erhalten. Dies schafft den für eine klinische Anwendung notwendigen natürlichen Eindruck. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Ver¬ stärkung der Linienkontraste mit einer Genauigkeit von einem Pixel möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet schneller als andere, z. b. regelbasierte Verfahren zur bi¬ nären Blutgefäßsegmentierung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch außerhalb der Medizintechnik ganz allgemein zur Verbesserung der Sichtbar-

keit von linienhaften Strukturen in digitalen Bildern anwendbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Figur 1 zeigt drei Beispiele von Richtungsmasken, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Linien¬ richtungen verwendet werden.

Figur 2 zeigt schematisch einen Suchwinkel zur Suche von be¬ nachbarten Bildpunkten mit ähnlichen Richtungen.

Figur 3 zeigt schematisch einen Suchbereich längs einer durch die Richtung eines Bildpunktes gegebenen Geraden.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispielε beschrieben.

Ausgangspunkt des erfindungsgmäßen Verfahrens ist ein digitales Grauwertbild, wie es üblicherweise in der digita¬ len Bildverarbeitung, speziell in der Medizintechnik verwendet wird. Ein solches digitales Grauwertbild kann man sich als matrixförmige Anordnung von Bildpunkten vorstellen, wobei jedem Bildpunkt ein Helligkeitswert zugeordnet ist, der üblicherweise Werte zwischen 0 und 255 annehmen kann. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun in einem ersten Schritt jedem Bildpunkt eine Richtung, eine Amplitude und ein Satz von Zusammenhangsvektoren zu Nachbar- punkten zugeordnet. Dieser Satz von Zusammenhangsvektoren kann aus 0,1 oder n Zusammenhangsvektoren bestehen. Zur Be¬ stimmung der Richtung eines Bildpunktes wird vorzugsweise ein Satz von Richtungsmasken verwendet, wobei für jede Rich¬ tungsmaske aus diesem Satz von Richtungsmasken (Figur 1) die Summe der Helligkeitswerte der zu dieser Richtungsmaske ge¬ hörenden benachbarten Bildpunkte dieses Bildpunktes ermit¬ telt wird. Der Satz von Richtungsmasken kann beispielsweise aus 8 Richtungsmasken bestehen, deren Länge typischer Weise

zwischen 5 und 9 Pixeln beträgt. Die Richtung des Bildpunk¬ tes ergibt sich dabei aus der Richtung derjenigen Richtungε- maske, welche der größten Helligkeitsεum e entspricht. Für die Suche nach breiteren Linien, welche z. B. Kanülen entsprechen, kann man auch breitere Richtungsmasken mit Breiten von mehr als einem Pixel (Pixel = Bildpunkt) benutzen.

Zur Bestimmung der Amplitude eineε Bildpunktes wird zu jedem Bildpunkt die Differenz zwischen dem über alle Richtungsmas¬ ken gebildeten maximalen Helligkeitswert und dem über alle Richtungsmasken gebildeten Mittelwert aller Helligkeitssum¬ men dieses Bildpunktes ermittelt. Diese Differenz wird dem Bildpunkt als Amplitude zugeordnet.

Ein Punkt hängt mit einem nächsten oder entfernteren Punkt zusammen, wenn die Richtungen beider Punkte am ähnlichsten (bezüglich eines Ähnlichkeitsmaßes) sind. In diesem Fall wird dem aktuellen Punkt ein Vektor zu diesem Nachbarpunkt (Zusammenhangsvektor) zugeordnet. Einem Bildpunkt wird also ein auf einen benachbarten Bildpunkt zeigender Zusammen¬ hangsvektor zugeordnet, wenn die Richtungen beider Bild¬ punkte sich im Sinne eines Ähnlichkeitsmaßes hinreichend äh¬ neln.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Ähnlich¬ keit der Richtungen zweier Bildpunkte dadurch ermittelt, daß ein Suchwinkel um die Richtung eineε ersten Bildpunktes vor¬ gegeben ist, innerhalb welcher solche benachbarten Bild- punkte des ersten Bildpunktes ausgewählt werden, deren Rich¬ tung sich von der Richtung des ersten Bildpunkteε maximal um einen vorgegebenen Wert unterscheidet. Dem ersten Bildpunkt werden dann Zusammenhangsvektoren zugeordnet, die auf diese benachbarten Bildpunkte zeigen.

Figur 2 zeigt εchematisch den Suchbereich um einen ersten Bildpunkt des digitalen Bildes. In diesem Beispiel wird in einem Suchwinkel von einem Pixel um die zugeordnete Richtung

(in der Figur 2 durch eine unterbrochene Linie dargestellt) nach in Frage kommenden Nachbarpunkten gesucht (Pfeile) . Nachbarpunkte kommen in die engere Wahl, wenn die Richtungen dieser Nachbarpunkte nur um 1 Pixel von der Suchrichtung ab- weichen. Kommen mehr als ein Nachbarpunkt in Frage, wird be¬ vorzugt der mittlere ausgewählt. Falls ein in Frage kommen¬ der Nachbarpunkt gefunden ist, wird ein Vektor dorthin dem aktuellen Punkt (ersten Bildpunkt) zugeordnet. Der gleiche Suchvorgang wird in Gegenrichtung durchgeführt, so daß in diesem Beispiel maximal zwei Vektoren einem Punkt zugeordnet werden können. In einem anderen Beispiel kann der Suchwinkel auch mehr als drei Nachbarbildpunkte (z. B. 5) auf jeder Seite der zugeordneten Richtung umfassen.

In einem weiteren Beispiel kann man so vorgehen, daß ein Nachbarpunkt nur dann für einen Zusammenhangsvektor ausge¬ wählt wird, wenn seine zugeordnete Richtung parallel zur Suchrichtung (Richtung deε ersten Bildpunktes) ist. Mit die¬ ser Vorgehensweise schränkt man Linienverzweigungen im Ergebnisbild weitgehend ein.

Ist eine größere Genauigkeit beim Finden von Linien wichtig und ist es erforderlich, schmale Lücken oder Kreuzungen zu überspringen, ist es vorteilhaft, auch Nachbarbildpunkte im Abstand von 1 bis 3 Pixeln vom aktuellen (ersten) Bildpunkt in den Vergleich mit dem Ähnlichkeitsmaß einzubeziehen. An¬ stelle von 3, wie im Fall der Figur 2, würden in diesem Fall (Figur 3) etwa 7 benachbarte Bildpunkte überprüft.

Bei einem bevorzugten Auεführungsbeispiel der Erfindung wird deshalb die Ähnlichkeit der Richtungen zweier Bildpunkte da¬ durch ermittelt, daß ein Suchwinkel um die Richtung eineε ersten Bildpunktes vorgegeben ist innerhalb welcher solche benachbarten Bildpunkte des ersten Bildpunktes ausgewählt werden, deren Richtimg zu der Richtung des ersten Bildpunk¬ tes parallel ist; dem ersten Bildpunkt werden Zusammenhangs- vektoren zugeordnet, die auf diese benachbarten Bildpunkte zeigen.

Die Verfolgung und Auffindung von Linien mit Hilfe der Zu- εammenhangεvektoren geschieht vorteilhaft in der Weise, daß von jedem Bildpunkt aus die Linien verfolgt werden, indem man ausgehend von einem ersten Bildpunkt entlang der diesen Bildpunkten zugeordneten Zusammenhangsvektoren springt, bis kein weiterführender Zusammenhangsvektor mehr gefunden wird oder bis eine maximale Suchlänge (z. B. 10 Pixel) erreicht ist. Bei dieser Linienverfolgung wird nun der Auεgangεpunkt gewichtet, indem seine Amplitude mit einer Zahl multipli¬ ziert wird, welche abhängig ist von der Summe der Luminanz- werte der durchlaufenen Punkte oder ihrer Anzahl. Dazu al¬ ternativ ist es auch möglich, eine gewichtete Summe zu ver¬ wenden, bei der solche Punkte mehr zum Gewichtswert beitragen, die näher am aktuellen (ersten) Bildpunkt liegen. Der so ermittelte Gewichtswert wird z. B. mit dem Amplitu¬ denwert des aktuellen Wertes multipliziert oder in anderer Weise zur Gewichtung des Amplitudenwerteε verwendet. Dieεeε Ergebniε iεt, nachdem es normiert wurde, d. h. einem vorgegebenen Helligkeitswertsbereich angepaßt wurde, das ge¬ suchte Gütemaß für die Linien.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeiεpiel des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt zu seiner Ausführung 88 Operationen (Additionen, Vergleiche und Multiplikationen) pro Bildpunkt. Hierbei wurden Speicherzugriffe nicht mitgezählt. Damit iεt das erfindungsgemäße Verfahren schneller als vergleichbare, bekannte Verfahren zur Findung von Linien.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft verwendet werden,

a) zur Hervorhebung feinster Linien (Blutgefäße, Katheter) in verrauschten Röntgenbildem zur deutlicheren Darstel- lung; dazu wird das Linienmaß dem Originalbild überlagert (addiert) ;

zur Rauschunterdrückung durch Steuerung der Zeitmitte¬ lung in Herzkathetersequenzen. In Herzkathetersequenzen soll das Röntgenrauschen vermindert werden, indem über jeweils die gleichen Bildpunkte verschiedener Bilder in zeitlicher Richtung der Mittelwert gebildet wird. Dies entspricht einer längeren Belichtung und daher höherer Röntgenεchärfe. Eε darf jedoch nicht über den εich bewe¬ genden Katheter gemittelt werden, da er εonεt ver- i εchmiert abgebildet würde. Deshalb muß der Katheter mit dem Liniendetektor erkannt werden (wozu eine Schwelle auf das Linienmaß angewendet wird) und aus der Mittelung herausgenommen werden. Hierbei läßt sich der Rechenauf¬ wand zusätzlich reduzieren, wenn man eine Kalmannfilte¬ rung zur zeitlichen Glättung vornimmt. Diese zeitliche Filterung schätzt den Ort des Herzkatheters relativ ge¬ nau, wenn auch noch Lücken und Rauschstrukturen verblei¬ ben, man kann jedoch diese Grobεchätzung als Start für den Linienverfolgungsalgorithmus benutzen und spart da¬ mit Rechenschritte.