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

Fragen?