DE19962717A1 - Algorithmus für eine A/D-Fenstersteuerung bei einer elektronischen Portalbilderfassung in einem Strahlentherapiesystem - Google Patents

Abstract

Ein robuster Histogrammanalysealgorithmus wird benutzt, um das Analog/Digital-Fenster eines elektronischen Portalbildes so zu steuern, daß die erfaßten Bilder einen ausreichenden Kontrats für ihre Verwendung in der Strahlentherapie aufweisen. Der Algorithmus umfaßt das Einstellen einer anfänglichen Abschätzung eines Dunkelbereiches innerhalb eines Histogramms, wobei das Histogramm Pixelzahlen und auf diese bezogene Pixelwerte enthält und ein Bestimmen zweier dominanter Spitzen innerhalb des Dunkelbereiches. Einer der beiden dominanten Spitze liegt unterhalb eines vorgegebenen Wertes und der andere der dominanten Spitzen zwischen dem vorgegebenen Wert und einem zweiten vorgegebenen Wert. Falls die eine dominante Spitze mehr als das Zweifache der Standardabweichung vom anderen dominanten Spitze aufweist, wird das erste örtliche Minimum rechts von der einen dominanten Spitze zur revidierten Grenze. Falls die andere dominante Spitze mehr als das Zweifache der Standardabweichung von der einen dominanten Spitze aufweist, dann wird das erste örtliche Minimum links von der anderen dominanten Spitze zur revidierten Grenze. Ansonsten wird der Durchschnittswert der beiden dominanten Spitzen zur revidierten Grenze. Der Algorithmus umfaßt auch ein Zählen der Anzahl der Pixel außerhalb der revidierten Grenze und ein Bestimmen des mittleren Pixelwertes außerhalb der revidierten Grenze auf der Grundlage der Pixelzählung. Ferner umfaßt der Algorithmus ein Akkumulieren der Pixelzahlen in ...

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine elektronische Portalbilderfassung (EPI- Erfassung) und insbesondere auf einen Algorithmus für eine Analog/Digital-Fenster­ steuerung für eine solche Bilderfassung.

Strahlenemittierende Geräte sind im allgemeinen bekannt und werden in der Strahlen­ therapie z. B. für die Behandlung von Patienten eingesetzt. Typischerweise enthält ein Strahlentherapiegerät ein Portal, das im Verlaufe der therapeutischen Behandlung um eine horizontale Drehachse verschwenkt werden kann. Ein Linearbeschleuniger ist im Portal angeordnet, um ein Hochenergiestrahlenbündel für die Therapie zu erzeugen. Dieses Hochenergiestrahlenbündel kann ein Elektronenstrahlenbündel oder ein Photonenstrahlen­ bündel (Röntgenstrahl) sein. Während der Behandlung wird das Strahlenbündel auf eine Zone eines Patienten gerichtet, der beim Isozentrum der Portaldrehung liegt.

Ziel der Bestrahlungsbehandlung ist es, die Dosis für das Zielvolumen zu maximieren, während gleichzeitig strahlungsempfindliches gesundes Gewebe geschützt werden soll.

Ein Merkmal der Strahlentherapie betrifft Portalbilder, die normalerweise benutzt werden, um die Tumorstelle des Patienten zu verifizieren und aufzuzeichnen. Portalbilder, d. h. Bilder des Durchlasses durch den Patienten durch den die Strahlung austritt, umfassen manuelle (Film) und elektronische Bilder (EPI), die vor, während oder nach der Behand­ lung aufgenommen werden. Wenn elektronische Portalbilder (EPI) vor der Behandlung aufgenommen werden, geben diese dem Therapeuten die Möglichkeit der Korrektur kleinerer Positionierungsfehler des Patienten. Während der Behandlung aufgenommene Portalbilder liefern ein Mittel zur Überwachung der Bewegung des Patienten. Ferner erlauben es die elektronischen Portalbilder, dem Therapeuten Bilder von einer entfernten Stelle aufzunehmen, ohne sich innerhalb des Behandlungsraumes aufhalten zu müssen.

Da die Energie der Röntgenstrahlen für eine Strahlungstherapie im Megavoltbereich liegt, mangelt es den durch einen traditionellen Film oder eine traditionelle EPI-Methode erfaßten Bildern im allgemeinen an Details der Patientenanatomie. Ein Verfahren zum Verbessern des Detailkontrasts bei EPI-Bildern besteht in einer Steuerung von Analog- zu Digitalfenster (A/D-Fenster) der Videoeinfangvorrichtung, so daß nur ein Teil des die brauchbare Bildinformation enthaltenden Videosignals digitalisiert wird.

Das zur Steuerung des A/D-Fensters benutzte konventionelle System weist einige Mängel auf. Das konventionelle Verfahren zum Analysieren der nützlichen bzw. brauchbaren Information in einem speziellen Bild enthält die Bildung eines Histogramms des abzubil­ denden Bereiches und das Analysieren dieses Bereiches unter Verwendung eines Algorith­ mus. Dieses Histogramm wird links mit dunklen Pixelwerten und rechts mit hellen Pixelwerten aufgezeichnet. Die Analyse umfaßt eine Bestimmung der steilsten Spitze auf der linken Seite des Histogramms um die untere Abtrennung bzw. Grenze des Bildes zu bestimmen. Typischerweise liegt die untere Abtrennung am nächst gelegenen örtlichen Minimum rechts von der steilsten Spitze. Die höchste Spitze auf der rechten Seite des Histogramms wird dann benutzt, um die obere Abtrennung bzw. Grenze zu bestimmen. Typischerweise liegt die obere Abtrennung am nächsten örtlichen Minimum links von der höchsten Spitze.

Dieser Algorithmus funktioniert gut, wenn im Betrachtungsfeld viel Luft ist und keine Gegenstände hohen Kontrastes liegen. Befindet sich jedoch im Betrachtungsfeld wenig Luft oder liegen Gegenstände hohen Kontrastes links von der echten dunklen Spitze, dann kann ein interessierender Bildteil verloren Qehen. Der beschriebene Algorithmus liefert außer­ dem dunkle und weiße verwaschene Bilder in unvorhersehbarer Weise. Schließlich erfor­ dert der Algorithmus eine Erfahrung des Benutzers, um die "Verstärkung" und den "Schwarzpegel" der Kamera richtig zu handhaben. Demzufolge sind die Benutzer manch­ mal sie frustriert, wenn sie den konventionellen Algorithmus einsetzen.

Was benötigt wird, ist ein Verfahren und ein System zum Steuern der Portalbilderfassung und ein automatisches Einfangen des EPI.

Die Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der Erfindung wird ein robuster Histogrammanalysealgorithmus benutzt, um bei einem elektronischen Portalbild das analoge zu einem digitalen Fenster (A/D-Fenster) zu steuern, derart, daß die erfaßten Bilder einen ausreichenden Kontrast für ihre Benutzung in der Strahlentherapie aufweisen. Der Algorithmus umfaßt das Einstellen einer anfänglichen Abschätzung des dunklen Bereiches innerhalb eines Histogramms, der Pixelzahlen und entsprechende Pixelwerte betrifft, und Bestimmen der zwei dominanten Spitzen innerhalb des dunklen Bereichs. Die erste der beiden dominanten Spitzen liegt unterhalb eines vor­ gegebenen Wertes und die zweite der beiden dominanten Spitzen liegt zwischen dem vor­ gegebenen Wert und einem zweiten vorgegebenen Wert.

Falls die erste dominante Spitze mehr als das zweifache der Standardabweichung der anderen dominierenden Spitze beträgt, dann wird das erste örtliche Minimum rechts von der einen dominanten Spitze zur revidierten Grenze. Falls die zweite dominante Spitze mehr als das zweifache der Standardabweichung der ersten dominanten Spitze beträgt, dann wird das erste örtliche Minimum links von der zweiten dominanten Spitze zur revidierten Grenze. Ansonsten wird der Durchschnittswert der beiden dominierenden Spitzen zur revidierten Grenze.

Der Algorithmus enthält auch ein Zählen der Pixelanzahl außerhalb der revidierten Grenze und ein Bestimmen des mittleren Pixelwertes außerhalb der revidierten Grenze auf der Grundlage der Pixelzahl. Außerdem enthält der Algorithmus akkumulierte Pixelzahlen in einer Richtung ausgehend von dem mittleren Pixelwert bis zum Erreichen eines vorgegebe­ nen Prozentsatzes der Pixelzahlen außerhalb der revidierten Abschätzung des Dunkelberei­ ches, um die untere Abtrennung zu bestimmen und ein Akkumulieren der Pixelzahlen in entgegengesetzter Richtung ausgehend von dem mittleren Pixelwert bis zum Erreichen eines vorgegebenen Prozentsatzes, um die obere Abtrennung zu bestimmen. Schließlich umfaßt der Algorithmus einen Einsatz der oberen und unteren Abtrennungen, um das A/D- Fenster einzustellen.

Der Analysealgorithmus ist robust und erzeugt Bilder hoher Qualität unter verschiedenen Abbildungsbedingungen: Verschiedenen Feldgrößen, verschiedenen Mengen an Luft im Beobachtungsfeld, der Anwesenheit von Gegenständen hohen Kontrastes im Beobachtungs­ feld. Unter den meisten klinischen Abbildungsbedingungen muß der Benutzer lediglich den "Verstärkungs"-Knopf der Kamera justieren, während der "Schwarzpegel"-Knopf der Kamera auf neutrale Position eingestellt ist.

Unter "Bins" werden in dieser Anmeldung Abschnitte des Histogramms verstanden, denen vorgegebene Wertebereiche, z. B. Bereiche von Bildhelligkeitswerten, zugeordnet werden (siehe US-A-x,594,807).

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von neun Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Strahlentherapiesystem mit einer elektronischen Portalabbildungsvorrich­ tung mit einer Portalbildsteuerung gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Prozesses für den Bildeinfangvorgang gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 3 einen konventionellen A/D-Steueralgorithmus;

Fig. 4 eine sich gut verhaltende Histogrammprobe;

Fig. 5 eine Histogrammprobe einer Szene, die Gegenstände mit hohem Kontrast enthält;

Fig. 6 ein Histogramm mit Luft in dem Feld, die sich als Spitze auf der rechten Seite manifestiert;

Fig. 7 ein Histogramm mit einem komplizierten Aufbau;

Fig. 8 ein Histogramm mit einer in einer kleinen Insel befindlichen Bildinformation;

Fig. 9 ein Flußdiagramm der Analyse eines Histogramms eines Bildes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung bei der elektronischen Portalbilderfassung. Die folgende Beschreibung soll es dem Fachmann des betreffenden Gebietes ermöglichen, die Erfindung zu realisieren und zu benutzen. Verschiedene Modifi­ kationen der bevorzugten Ausführungsform erschließen sich dem Fachmann aus der Beschreibung und die allgemeinen Prinzipien können auf andere Ausführungsformen angewandt werden. Im folgenden wird anhand eines Beispiels die Erfindung beschrieben mit bevorzugter Bezugnahme auf ein System zum Aussenden einer Röntgenstrahlung zu einem Feld auf einem Patienten.

Fig. 1 veranschaulicht ein Strahlentherapiesystem mit einer elektronischen Portalabbil­ dungsvorrichtung, die eine Portalabbildungssteuerung gemäß dieser Erfindung enthält. Die Vorrichtung enthält ein durch einen Computer 22 gesteuertes Strahlentherapiegerät 20. Der Computer 22 sendet zur Steuereinheit 24 Signale aus, um die Strahlung ein- oder auszu­ schalten (RAD-On bzw. RAD-Off). Die Strahlung wird durch einen Kopf 26 des Strahlen­ therapiegerätes 20 zu einem Behandlungsbereich 28 eines Patienten geliefert, wobei, falls gewünscht, das Feld begrenzt wird unter Einsatz wenigstens einer bewegbaren Platte/Backe (nicht dargestellt) im Pfad des Strahlenbündels. Die Abbildung des Behandlungsbereiches 28 erfolgt mittels eines Szintillationsschirms 30, das heißt, einem Strahlendetektor, der eine Metallplatte und einen fluoreszenten Schirm enthält und der die Strahlungsenergie des Behandlungsstrahlenbündels (Röntgenstrahls), das den Behandlungsbereich 28 passiert hat, in sichtbare Lichtenergie umwandelt. Das sichtbare Licht wird durch einen Spiegel 32 zu einer Linse 34 einer Kamera 36, z. B. einer Videokamera, reflektiert. Eine Kamerasteuer­ einheit 38 liefert die Steuerung für den Kamerakopf und die Energie für die Kamera 36, wie es dem Fachmann geläufig ist.

Die Kamerasteuereinheit 38 empfängt von einem Host-Computerabschnitt 40 des Compu­ ters 22 Steuersignale und liefert Videobildsignale für die Verarbeitung durch einen Video­ prozessor 42 des Computers 22. Die verarbeiteten Bilder werden über einen Videoanzeige­ monitor 44 geeignet dargestellt.

Der elektronische Portalbilderfassungsprozeß wird benutzt in Verbindung mit dem Strah­ lentherapiesystem, um das Bild zu erfassen. Der Prozeß enthält einen Algorithmus, der im Host-Computer 40 durchgeführt wird, um ein Analog- zu Digital-Fenster (A/D-Fenster) innerhalb der Videoverarbeitungshardware 42 zu steuern. Der EPI-Erfassungsprozeß umfaßt typischerweise vier Schritte, die in Fig. 2 dargestellt sind.

• 1. Erfasse ein Einstellungsbild beim A/D-Fenster der Bildeinfangvorrichtung, das weit geöffnet ist, um den gesamten Bereich des Videosignals zu digitalisieren. Ein Histogramm wird für die Analyse aufgebaut (Schritt 102).
• 2. Der A/D-Fenstersteueralgorithmus analysiert das Histogramm, um den interessierenden Bereich zu bestimmen und das A/D-Fenster einzustellen, um das Videosignal innerhalb eines Teilbereichs des interessierenden Bereichs zu digitalisieren (Schritt 104).
• 3. Das Bilderfassungssystem fährt fort, einen Satz Bilder mit der A/D-Fenstereinstellung zu erfassen, die durch den obigen Schritt 104 bestimmt worden ist (Schritt 106).
• 4. Das Bilderfassungssystem mittelt die im obigen Schritt 106 erfaßten Bilder und zeigt das erhaltene Bild auf dem Computerschirm an (Schritt 108).

Ein konventioneller A/D-Fenstersteuerungsalgorithmus führt den Analyseschritt (obigen Schritt 104) dadurch aus, daß die steilste Spitze auf der linken Seite des Histogramms festgestellt wird, um eine untere Abtrennstelle bzw. eine untere Grenze für den inter­ essierenden Bereich zu bestimmen und die höchste Spitze ausgehend von der rechten Seite des Histogramms benutzt wird, um den oberen Schnitt des Histogramms zu bestimmen.

Der Analyseschritt, d. h. Schritt 104, ist wichtig, um den exakten interessierenden Bereich einzustellen, und um das A/D-Fenster bei einer Stelle einzustellen, bei der alle Informatio­ nen bezüglich des interessierenden Bereiches gesammelt werden. In Fig. 3 ist ein Flußdia­ gramm des bekannten Algorithmus für die Analyse eines Histogramms dargestellt, um den geeigneten interessierenden Bereich zu bestimmen. Wie ersichtlich, wird zunächst die steilste Spitze auf der linken Seite des Histogramms bestimmt und zwar durch den Schritt 155. Dann wird das nächstliegende örtliche Minimum rechts von der steilsten Spitze durch den Schritt 157 bestimmt. Das örtliche Minimum ist die Stelle, an der der interessierende Bereich beginnt, bzw. der untere Schnitt, d. h. die untere Grenze. Sodann wird im Schritt 159 die höchste Spitze auf der rechten Seite des Histogramms bestimmt. Danach wird im Schritt 161 das erste örtliche Minimum links von der höchsten Spitze als Ende des inter­ essierenden Bereiches oder als oberer Schnitt, d. h. obere Grenze bestimmt.

In Fig. 1 ist ein sich gut verhaltendes Histogramm mit 64 Pixeleinheiten dargestellt. In diesem Histogramm bedeutet die Ordinate die Pixelzahl und die Abszisse den Pixelwert. Demgemäß beträgt die maximale Pixelzahl 1,5 × 10⁴ und der maximale Pixelwert 64 Pixel. Bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechen 64 Pixel z. B. 714 mV. Der Dunkelbereich entspricht z. B. angenähert dem Pixelwert 22 (der Bereich, der einen Kollimator oder dergleichen enthält). Der Dunkelbereich enthält Pixelwerte, die dunkle Bereiche innerhalb des Beobachtungsfeldes darstellen. Die brauchbare Patientenbildinformation ist im inter­ essierenden Bereich enthalten, der außerhalb des dunklen Bereiches des Histogramms liegt. Das Ziel eines A/D-Fenstersteueralgorithmus ist es, den Dunkelbereich abzuschätzen und dann einen Teilbereich innerhalb des interessierenden Bereiches auszuwählen für die Einstellung des A/D-Fensters derart, daß das meiste der Patientenbildinformation im erfaßten Bild bewahrt bleibt.

Wird das Histogramm gemäß Fig. 4 mittels des konventionellen Algorithmus der Fig. 3 analysiert, dann liegt die steilste Spitze auf der linken Seite des Histogramms an der Stelle 202 und das nächste örtliche Minimum rechts von der steilsten Spitze, an dem der inter­ essierende Bereich beginnt, liegt bei 204. Sodann wird die höchste Spitze auf der rechten Seite des Histogramms bei der Stelle 205 bestimmt. Das erste örtliche Minimum links von der höchsten Spitze wird bei 206 bestimmt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Histogramm würde es demzufolge möglich sein, das wichtigste des relevanten interessierenden Berei­ ches zu erhalten.

Die Robustheit eines A/D-Fenstersteuerungsalgorithmus wird jedoch nach seiner Fähigkeit beurteilt, auch Histogramme, die sich nicht so gut verhalten, zu handhaben. Die Fig. 5 bis 8 zeigen Beispiele von Histogrammen, die sich nicht so gut verhalten. Fig. 5 zeigt ein Histogrammbeispiel einer Szene, die Gegenstände mit einem hohen Kontrast enthält. Fig. 6 zeigt ein Histogramm mit Luft im Beobachtungsfeld, das sich auf der rechten Seite als Spitze manifestiert. Fig. 7 zeigt ein Histogramm mit kompliziertem Aufbau. Fig. 8 zeigt ein Histogramm mit einer Bildinformation, die in einer kleinen Insel enthalten ist.

Der konventionelle Algorithmus zur Analyse eines Histogramms weist einige Mängel auf, wenn diese sich nicht gut verhaltenden Histogramme zu analysieren sind.

Fig. 5 zeigt ein Histogrammbeispiel einer Szene, die Gegenstände mit hohem Kontrast enthält, wobei sich die steilste Spitze links bei 302 befindet. Das erste örtliche Minimum, das die untere Grenze bildet, befindet sich bei 304. Die höchste Spitze auf der rechten Seite würde an der Stelle 306 liegen. Das örtliche Minimum links davon, an der sich die obere Grenze befindet, würde bei 308 liegen. Demzufolge geht, wie aus der Figur ersicht­ lich ist, das wesentliche der Information im interessierenden Bereich zwischen 308 und 310 verloren.

Fig. 6 zeigt ein Histogramm mit Luft im Betrachtungsfeld, die sich auf der rechten Seite als Spitze darstellt. Die steilste Spitze liegt bei 402. Das örtliche Minimum liegt bei 404. Die höchste Spitze rechts würde bei 406 und das zugehörige örtliche Minimum bei 408 liegen. Auch hier geht einiges von der Information aus dem interessierenden Bereich verloren, weil zum Teil Patienteninformation unter der Spitze 406 liegt.

Fig. 7 zeigt ein Histogramm mit kompliziertem Aufbau. Die steilste Spitze befindet sich bei 502. Ihr entsprechendes örtliches Minimum liegt bei 504. Die höchste Spitze auf der rechten Seite befindet sich bei 506. Das ihr entsprechende örtliche Minimum liegt bei 508. Demzufolge geht wiederum viel von dem interessierenden Bereich verloren.

Fig. 8 zeigt ein Histogramm mit einer Bildinformation, die sich in einer kleinen Insel befindet. Die steilste Spitze liegt bei 602. Ihr örtliches Minimum befindet sich bei 604. Die höchste Spitze rechts liegt bei 606. Ihr zugehöriges örtliches Minimum befindet sich bei 608. Demgemäß geht wiederum viel von dem interessierenden Bereich verloren.

Was benötigt wird, ist ein robusterer Algorithmus, der eine exakte Abbildung des inter­ essierenden Bereiches ermöglicht. Das System sollte einfach zu handhaben sein, unter Verwendung vorhandener Ausrüstung und sollte keine signifikanten Modifikationen erforderlich machen. Die Erfindung ist auf einen neuen Algorithmus gerichtet, der auch Histogramme, die sich nicht gut verhalten, wie jene der Fig. 5 bis 8 gut bearbeitet. Für ein besseres Verständnis der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit der zugehörigen Figur Bezug genommen.

Fig. 9 stellt ein Flußdiagramm der Analyse eines Histogramms eines Bildes gemäß vorliegender Erfindung dar. Zuerst wird im Schritt 652 eine Anfangsschätzung des Dunkelbereiches bestimmt, die kleiner als die volle Abmessung des Videobildes ist. Dann werden im Schritt 654 die beiden dominierenden Spitzen ermittelt, die dem anfangs abgeschätzten Dunkelbereich am nächsten liegen. Sodann wird im Schritt 655 festgestellt, ob die dominierende Spitze einer der dominierenden Spitzen mehr als das zweifache der Standardabweichung von der anderen dominierenden Spitze aufweist und es wird das erste örtliche Minimum rechts von der einen dominierenden Spitze als revidierte Abschätzung der Grenze des Dunkelbereiches im Schritt 656 angesehen. Falls im Schritt 657 festgestellt wird, daß die andere dominierende Spitze mehr als das Zweifache der Standardabweichung der ersten dominierenden Spitze aufweist, dann wird im Schritt 658 das erste örtliche Minimum links von der anderen dominierenden Spitze als die revidierte Abschätzung der Grenze des Bereiches angesehen.

Falls keine dieser Bedingungen erfüllt werden, wird der Durchschnittswert der beiden dominierenden Spitzen als revidierte Abschätzung der Grenze im Schritt 659 angesehen. Danach wird die Gesamtzahl der Pixel außerhalb der revidierten Abschätzung der Grenze im Schritt 661 gezählt. Sodann wird der mittlere "Bin-Wert" (Bereiche-Wert) des Histo­ gramms auf der Grundlage der Gesamtzahl der Pixel in Schritt 663 berechnet. Danach werden in Schritt 665 durch horizontales Bewegen auf dem Histogramm in einer Richtung, ausgehend von dem neuen "Bin-Wert", Pixelzahlen im Histogramm akkumuliert, bis ein vorgegebener Prozentsatz der Gesamtpixelzahl außerhalb der revidierten Abschätzung der Grenze erreicht ist. Der niedrigste Histogrammwert ist die untere Grenze und wird dazu benutzt, die untere Grenze des A/D-Fensters einzustellen. Im Schritt 667 werden die Pixelzahlen durch horizontales Bewegen in entgegengesetzter horizontaler Richtung im Histogramm akkumuliert bis der vorgegebene Prozentsatz der Gesamtpixelzahl außerhalb der revidierten Abschätzung der Grenze erreicht ist. Dieser Wen wird benutzt für die Einstellung der oberen Grenze und zum Einstellen des A/D-Fensters für die obere Grenze.

Durch dieses System wird ein robuster Algorithmus verfügbar gemacht, der eine exakte Abbildung des interessierenden Bereiches ermöglicht. Zur Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels in diesem Zusammenhang wird auf das folgende Bezug genommen.

Die detaillierten Schritt der Analyse gemäß vorliegender Erfindung werden im folgenden beschrieben:
Schritt 1: Stelle die anfängliche Abschätzung des Dunkelbereiches so ein, daß der un­ terhalb eines vorgegebenen Wertebereiches unterhalb des Gesamtvideobildes liegt (d. h. unter 200 mV bei 714 mV für den vollen Bereich). Diese anfängliche Abschätzung basiert auf empirischen Erfahrungen, die bei der Prüfung einer großen Anzahl von Portalbildhisto­ grammen erhalten worden sind, die unter verschiedenen Abbildungsbedingungen erfaßt wurden.
Schritt 2: Finde die beiden dominanten Spitzen innerhalb des anfänglich abgeschätzten Dunkelbereiches, zum Beispiel die dominante Spitze unterhalb 100 mV und die dominante Spitze zwischen 100 mV und 200 mV.
Schritt 3: Falls z. B. die dominante Spitze unterhalb 100 mV mehr als das Zweifache der Standardabweichung von der dominanten zwischen Spitze 100 mV und 200 mV ist, wird das erste örtliche Minimum rechts von der dominanten Spitze unterhalb 100 mV zur revidierten Abschätzung der Grenze des Dunkelbereiches.

Falls die dominante Spitze zwischen 100 mV und 200 mV mehr als das Zweifache der Standardabweichung der dominanten Spitze unterhalb 100 mV ausmacht, dann wird das erste örtliche Minimum links von der dominanten Spitze zwischen 100 mV und 200 mV zur revidierten Abschätzung der Grenze des Dunkelbereiches.

In allen übrigen Bereichen wird der durchschnittliche Bin-Wert des Bin-Wertes der beiden dominanten Spitzen zur revidierten Abschätzung der Grenze des Dunkelbereiches.
Schritt 4: Zähle die Gesamtzahl der Pixel außerhalb der revidierten Abschätzung der Grenze.
Schritt 5: Finde den mittleren Bin-Wert außerhalb der revidierten Abschätzung der Grenze.
Schritt 6: Gehe von dem mittleren Bin-Wert, der in Schritt 5 berechnet worden ist, in Richtung des Dunkelbereiches und akkumuliere die Pixelzahlen in den Histogramm-Bins (Histogrammabschnitten), bis ein vorgegebener Prozentsatz der gesamten Pixelzahl au­ ßerhalb der revidierten Abschätzung der Grenze erreicht ist. In einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel ist der vorgegebene Prozentsatz 47,5%. Der erreichte niedrigste Histo­ gramm-Abschnitt ist die untere Grenze und wird dazu benutzt, die untere Grenze des A/D- Fensters einzustellen.
Schritt 7: Gehe von dem in Schritt 5 gerechneten mittleren Bin-Wen entgegengesetzt zur Richtung des Dunkelbereiches und akkumuliere die Pixelzahlen in den Histogramm- Abschnitten, bis der vorgegebene Prozentsatz der Gesamtpixelzahl außerhalb des revidier­ ten abgeschätzten Dunkelbereiches erreicht ist. Der höchste erreichte Histogramm-Ab­ schnitt ist die obere Grenze und wird dazu benutzt, die obere Grenze des A/ D-Fensters einzustellen.
Schritt 8: Konvertiere die Bin-Werte für die untere und die obere Grenze in A/D-Hardwa­ re-Registerwerte und stelle das A/D-Fenster der Bilderfassungshardware ein.

Um zu illustrieren, wie der erfindungsgemäße Algorithmus bei einem sich nicht gut verhaltenden Histogramm benutzt wird, wird auf die folgende Diskussion in Verbindung mit Fig. 5 verwiesen.

Die zwei dominanten Spitzen sind die Spitzen 302 und 306. Da keine der Spitzen zweimal der Standardabweichung der anderen entspricht, wird der Durchschnitt der beiden Spitzen (Stelle 313) als revidierte Grenze angesehen. Durch Gehen mit einem vorgegebenem Prozentsatz (im Bereich zwischen 45% bis 47,5%) der Pixelzählung in beide Richtungen von dem mittleren Pixelwert 307 aus kann der interessierende Bereich erhalten werden. Dieser Algorithmus kann mit Vorteil benutzt werden, auch bei anderen Histogrammen, die sich nicht gut verhalten, wie sie beispielsweise in den Fig. 6 bis 8 dargestellt sind, um den interessierenden Bereich effizienter zu erhalten als bei Einsatz konventioneller Algorith­ men.

Wie beschrieben, wird ein robuster Histogrammanalysealgorithmus benutzt, um das Analog/Digital-Fenster für das elektronische Portalbild zu steuern, derart, daß die erfaßten Bilder einen ausreichenden Kontrast besitzen für ihre Verwendung in der Strahlentherapie. Der neue Algorithmus ist robust und erzeugt Bilder hoher Qualität unter verschiedenen Abbildungsbedingungen: Unterschiedliche Feldgrößen, verschiedene Anteile an Luft im Beobachtungsfeld, das Vorhandensein von Gegenständen mit hohem Kontrast im Be­ obachtungsfeld. Bei den meisten klinischen Abbildungsbedingungen muß der Benutzer lediglich den "Verstärkungs"-Knopf der Bildeinfangvorrichtung justieren, während der "Schwarzpegel"-Knopf der Bildeinfangvorrichtung auf einer neutralen Position eingestellt bleibt.

Claims (16)

1. Verfahren zum Einstellen einer Analog/Digital(A/D)-Fenstersteuerung für die Bilderfassung in einem Strahlentherapiesystem enthaltend die Schritte:

• a) Einstellen einer anfänglichen Abschätzung eines Dunkelbereiches innerhalb eines Histogramms, betreffend Pixelzahlen und entsprechende Pixelwerte;
• b) Bestimmen zweier dominanter Spitzen innerhalb des Dunkelbereiches, von denen die erste der beiden dominanten Spitzen unterhalb eines ersten vorgegebenen Wertes und die zweite der beiden dominanten Spitzen zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und einem zweiten vorgegebenen Wert liegt mit den Konsequenzen, daß das erste örtliche Minimum rechts von der ersten dominanten Spitze zur revidierten Grenze wird, falls die erste dominante Spitze mehr als das Zweifache der Standardabweichung von der zweiten dominanten Spitze aufweist und daß das erste örtliche Minimum links von der zweiten do­ minanten Spitze zur revidierten Grenze wird, falls die zweite dominante Spitze mehr als das Zweifache der Standardabweichung der ersten dominanten Spitze aufweist und daß, falls beide Bedingungen nicht vorliegen, der Durchschnittswert bei beiden dominanten Spitzen zur revidierten Grenze wird;
• c) Zählen der Anzahl von Pixel außerhalb der revidierten Grenze;
• d) Bestimmen eines mittleren Pixelwertes außerhalb der revidierten Grenze auf der Grundlage der Pixelzahl;
• e) Akkumulieren der Pixelzahlen von einem mittleren Pixelwert aus in einer Richtung, bis ein vorgegebener Prozentsatz der Pixelzahlen außerhalb der revidierten Grenze erreicht ist, um den unteren Grenzwert zu bestimmen:
• f) Akkumulieren der Pixelzahlen von einem mittleren Pixelwert aus in einer zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung, bis ein vorgegebener Prozentsatz erreicht ist, um den oberen Grenzwert zu bestimmen; und
• g) Verwendung der oberen und unteren Grenzwerte, um das A/D-Fenster einzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste vorgegebene Wert 100 mV und der zweite vorgegebene Wert 200 mV beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der vorgegebene Prozentsatz im Bereich zwischen 45% und 47,5% liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Histogramm ein Histogramm mit 64 Bins (Abschnitten) umfaßt.

5. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Abschätzung kleiner ist als der Gesamtwert des Bildes.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Gesamtwert des Bildes 700 mV beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die anfängliche Abschätzung unterhalb 200 mV liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schritt (g) ferner umfaßt

• 1. Konvertieren des oberen und des unteren Grenzwertes in Registerwerte; und
• 2. Verwendung der Registerwerte, um das A/D-Fenster einzustellen.

9. System zum Einstellen einer Analog/Digital(A/D)-Fenstersteuerung für die Bilderfassung in einem Strahlentherapiesystem, enthaltend,
eine Vorrichtung zum Einstellen einer anfänglichen Abschätzung eines Dunkel­ bereiches innerhalb eines Histogramms, wobei das Histogramm Pixelzahlen und auf die Pixelzahlen bezogene Pixelwerte enthält;
eine Vorrichtung zum Bestimmen zweier dominanter Spitzen innerhalb des Dunkelbereiches, von denen einer der beiden dominanten Spitzen unterhalb eines ersten vorgegebenen Wertes liegt und der andere der beiden dominanten Spitzen zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und einem zweiten vorgegebenen Wert, mit der Folge, daß ein erstes örtliches Minimum rechts von der einen dominanten Spitze zur revidierten Grenze wird, falls die eine dominante Spitze mehr als das Zweifache der Standardabweichung der anderen dominanten Spitze aufweist, daß ein erstes örtliches Minimum links von der anderen dominanten Spitze zur revidierten Grenze wird, falls die andere dominante Spitze mehr als das zweifache der Standardabweichung der einen dominanten Spitze aufweist und falls diese Bedingungen nicht erfüllt sind, der Durchschnittswert der beiden dominanten Spitzen die revidierte Grenze darstellt;
eine Einrichtung zum Zählen der Anzahl von Pixel außerhalb der revidierten Grenze;
eine Einrichtung zum Bestimmen eines mittleren Pixelwertes außerhalb der revidierten Grenze auf der Grundlage der Pixelzahl;
eine Einrichtung zum Akkumulieren der Pixelzahlen von einem mittleren Pixelwert aus in einer Richtung, bis ein vorgegebener Prozentsatz der Pixelzahlen außerhalb der revidierten Grenze erreicht ist, um den unteren Grenzwert zu bestimmen;
eine Einrichtung zum Akkumulieren der Pixelzahlen von einem mittleren Pixelwert aus in einer zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung, bis ein vor­ gegebener Prozentsatz erreicht ist, um den oberen Grenzwert zu bestimmen; und
eine Einrichtung zum Benutzen des oberen und des unteren Grenzwertes, um das A/D-Fenster einzustellen.

10. System nach Anspruch 9, bei dem der erste vorgegebene Wert 100 mV und der zweite vorgegebene Wert 200 mV beträgt.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der vorgegebene Prozentsatz im Bereich zwischen 45% und 47,5% liegt.

12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das Histogramm ein Histogramm mit 64 Bins (Abschnitten) umfaßt.

13. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Abschätzung kleiner ist als der Gesamtwert des Bildes.

14. System nach Anspruch 13, bei dem der Gesamtwert des Bildes 700 mV beträgt.

15. System nach Anspruch 14, bei dem die anfängliche Abschätzung unterhalb 200 mV liegt.

16. System nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem der Schritt (g) ferner umfaßt

• 1. Konvertieren des oberen und des unteren Grenzwertes in Registerwerte; und
• 2. Verwendung der Registerwerte, um das A/D-Fenster einzustellen.