DE102013218819B3 - Verfahren zur Reduzierung von Artefakten in einem Bilddatensatz und Röntgeneinrichtung - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung von Artefakten in einem Bilddatensatz und Röntgeneinrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Reduzierung von durch wenigstens ein außerhalb eines Rekonstruktionsvolumens (6) angeordnetes, Röntgenstrahlung schwächendes Objekt (7) erzeugten Artefakten in einem dreidimensionalen, das Rekonstruktionsvolumen (6) zeigenden Bilddatensatz, der aus zweidimensionalen, aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommenen Projektionsbildern (14, 18) rekonstruiert wird, wobei das Objekt (7) in den das Objekt (7) zeigenden Projektionsbildern (18) lokalisiert und zur Ermittlung korrigierter Projektionsbilder zur Rekonstruktion des Bilddatensatzes die Bilddaten des das Objekt (7) zeigenden Bereichs (19) jedes Projektionsbildes (18) zur Entfernung des Objekts korrigiert werden, wobei die Lokalisierung des Objekts (7) unter Berücksichtigung von Differenzbildern der gemessenen Projektionsbilder (14, 18) und aus einem aus den gemessenen Projektionsbildern (14, 18) rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatz (23, 29) vorwärtsprojizierter Vergleichsbilder erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von durch wenigstens ein außerhalb eines Rekonstruktionsvolumens angeordnetes, Röntgenstrahlung schwächendes Objekt erzeugten Artefakten in einem dreidimensionalen, das Rekonstruktionsvolumen zeigenden Bilddatensatz, der aus zweidimensionalen, aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommenen Projektionsbildern rekonstruiert wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Röntgeneinrichtung.
  • Artefakte in mit Hilfe von Röntgenstrahlung aufgenommenen Bilddatensätzen, die aus Projektionsbildern rekonstruiert werden, können ihre Ursache in Objekten höherer Dichte aufweisen, die innerhalb oder außerhalb des Rekonstruktionsvolumens liegen. Derartige Objekte haben meist eine höhere Dichte und/oder einen höheren Schwächungskoeffizienten als alle im Körper eines Menschen, der üblicherweise als Untersuchungsobjekt aufgenommen wird, natürlich vorkommenden Materialien. Besonders häufig werden derartige Artefakte durch Metallobjekte ausgelöst, so dass sie auch als Metallartefakte bezeichnet werden.
  • Dabei sind bislang eine Vielzahl von Methoden vorgeschlagen worden, um Metallartefakte oder sonstige durch stark schwächende Objekte ausgelöste Artefakte zu korrigieren oder zu vermeiden, wenn sich das Objekt innerhalb des Rekonstruktionsvolumens selbst befindet. Dann ist üblicherweise vorgesehen, im Bilddatensatz oder einem vorab rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatz des Rekonstruktionsvolumens das Objekt zu segmentieren. Auf diese Weise werden die das Objekt enthaltenen Voxel im dreidimensionalen Rekonstruktionsvolumen identifiziert und durch Vorwärtsprojektion auch in den zweidimensionalen Projektionsbildern aufgefunden. Mit Hilfe eines Interpolationsverfahrens können die Objektspuren, insbesondere Metallspuren, in den Projektionsbildern kompensiert werden, wobei dann der letztendliche Bilddatensatz im Rahmen einer zweiten Rekonstruktion unter Verwendung der korrigierten Projektionsbilder erzeugt wird. Auf diese Weise enthält die zweite Rekonstruktion weniger Metallartefakte als die erste Rekonstruktion. Dabei gilt im Allgemeinen, dass die Qualität des Korrekturverfahrens hauptsächlich von der Qualität der Segmentierung des Objekts im Rekonstruktionsdatensatz der ersten Rekonstruktion abhängt.
  • Dieses Konzept ist jedoch nicht anwendbar, wenn das wenigstens eine die Artefakte auslösende Objekt nicht im Rekonstruktionsvolumen (nominellen Messfeld) erscheint. Dabei ist das Rekonstruktionsvolumen der Bereich, der von allen Projektionsbildern abgedeckt wird, üblicherweise also durch ein Intervall von Projektionsbildern von wenigstens 180°, insbesondere 180° plus dem Fächerwinkel, abgedeckt wird. Das Rekonstruktionsvolumen ist der Bereich, der letztlich auch im Bilddatensatz rekonstruiert werden soll, nachdem für alle Objekte und Strukturen außerhalb des Rekonstruktionsvolumens die Projektionsdaten nicht vollständig sind, so dass auch keine vollständige und korrekte Abbildung der Objekte erfolgen kann. Jedoch gilt, dass auch dann, wenn Objekte, insbesondere Metallobjekte, außerhalb des Rekonstruktionsvolumens vorliegen, beispielsweise Fixationsschrauben, Marker und dergleichen, sie Artefakte in einem für das Rekonstruktionsvolumen rekonstruierten Bilddatensatz erzeugen können, da diese Objekte in wenigstens einem Teil der Projektionsbilder, also einem Teil der Rohdaten, zu sehen sind. Auch wenn nur wenige Projektionsbilder das wenigstens eine Objekt darstellen, können dennoch durch das Objekt Artefakte ausgelöst werden.
  • Für diesen Fall, also ein außerhalb des Rekonstruktionsvolumens befindliches Objekt, ist bislang keine gangbare Lösung zur effektiven Artefaktkorrektur bekannt, da die bekannten Verfahren auf Basis einer Segmentierung der Objekte im dreidimensionalen Rekonstruktionsvolumen arbeiten. Es wurden auch Verfahren bekannt, in denen mit einer Rohdaten-basierten Schätzung der Positionen von Objekten in Sinogrammen gearbeitet wird, wobei auch diese Verfahren keine befriedigenden Ergebnisse liefern, wenn die Objekte nur in einigen Projektionsbildern sichtbar sind.
  • DE 10 2009 032 059 A1 betrifft ein Verfahren zur Sinogrammbearbeitung für die Metallartefaktreduktion in der Computertomographie. Bildpunkte werden in wenigstens drei Klassen eingeteilt, denen feste Klassenbildpunktwerte zugeordnet sind. Entsprechend geänderte Bilder mit den Klassenbildpunktwerten werden zur Normalisierung der gemessenen Projektionsdaten verwendet. Hierbei wird auch eine Differenz zwischen gemessenen Sinogrammen und durch Vorwärtsprojektionen gewonnenen Sinogrammen gebildet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung von durch außerhalb des Rekonstruktionsvolumens befindliche, Artefakt erzeugende Objekte erzeugten Artefakten in aus Projektionsbildern rekonstruierten, dreidimensionalen Bilddatensätzen anzugeben, welches mithin eine Erhöhung der Bildqualität ermöglicht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Röntgeneinrichtung zur Reduzierung von durch außerhalb des Rekonstruktionsvolumens befindliche, Artefakt erzeugende Objekte erzeugten Artefakten in aus Projektionsbildern rekonstruierten, dreidimensionalen Bilddatensätzen anzugeben.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Objekt in den das Objekt zeigenden Projektionsbildern lokalisiert und zur Ermittlung korrigierter Projektionsbilder zur Rekonstruktion des Bilddatensatzes die Bilddaten des das Objekt zeigenden Bereichs jedes Projektionsbildes zur Entfernung des Objekts korrigiert werden, wobei die Lokalisierung des Objekts unter Berücksichtigung von Differenzbildern der gemessenen Projektionsbilder und aus einem aus den gemessenen Projektionsbildern rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatz vorwärtsprojizierter Vergleichsbilder erfolgt.
  • Es wird mithin vorgeschlagen, insbesondere statt einer Lokalisierung von Objekten in gemessenen Projektionsbildern selbst, Differenzbilder zu betrachten, die aus den Projektionsbildern durch Abzug von vorwärtsprojizierten Vergleichsbildern hervorgehen. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren letztlich zwei vorteilhafte Auswertungsmöglichkeiten für die Differenzbilder, wobei zum einen die verbesserte Lokalisierbarkeit von stark schwächenden Objekten in Differenzbildern ausgenutzt wird, zum anderen die Tatsache, dass Differenzbilder im Rahmen einer iterativen Rekonstruktion eines Volumens, das auch das Objekt enthält, eingesetzt werden können. Beide Alternativen haben gemein, dass die Verwendung der Differenzbilder letztlich zur Lokalisierung von Objekten, insbesondere Metallobjekten, außerhalb des Rekonstruktionsvolumens, also des nominellen Messfeldes führt, so dass es mithin auch möglich ist, die das Objekt betreffenden Bildpunkte in den Projektionsbildern zu identifizieren und entsprechend zu korrigieren, wobei grundsätzlich bekannte Vorgehensweisen, insbesondere zur Interpolation, eingesetzt werden können, um schließlich korrigierte Projektionsbilder zu erhalten. Aus diesen kann dann ein verbesserter dreidimensionaler Bilddatensatz rekonstruiert werden. Mithin sind die erfindungsgemäßen Vorgehensweisen beliebig mit sonstigen Metallartefaktkorrekturmechanismen kombinierbar.
  • Das Rekonstruktionsvolumen kann sich dabei dadurch definieren, dass es in allen Projektionsbildern enthalten ist, mithin vollständig abgedeckt wird. Andere Definitionen können auch vorsehen, dass es ausreicht, dass das Rekonstruktionsvolumen in einem Winkelintervall, insbesondere 180° plus dem Fächerwinkel der Strahlungsquelle, abgedeckt ist, mithin Tuys Bedingung zur vollständigen Rekonstruktion gegeben ist. Allgemein kann das Rekonstruktionsvolumen also auch als das nominelle Messfeld bezeichnet werden.
  • Ferner ist allgemein festzuhalten, dass das Objekt eine höhere Dichte und/oder einen höheren Schwächungskoeffizienten als alle im Körper eines Menschen natürlich vorkommenden Materialien aufweisen kann, insbesondere das Objekt ein Metallobjekt ist. Derartige Objekte können besonders häufig Artefakte, insbesondere sogenannte Streifenartefakte, auslösen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigiert werden können, auch wenn sich das Objekt außerhalb des Rekonstruktionsvolumens befindet.
  • Wie bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung zwei unterschiedliche Ausprägungen, mithin alternative Ausführungsformen. Die erste dieser Ausführungsformen basiert auf der Erkenntnis, dass ein Ansatz, der Artefakte verursachende Objekte in den Projektionsbildern selbst zu lokalisieren versucht, wenig robust ist und zur Grundlage eines Artefaktreduzierungsverfahrens wenig geeignet ist. Dies liegt darin begründet, dass die Bilddatenverläufe in den zweidimensionalen Projektionsbildern durch komplexe Zusammensetzungen im Rekonstruktionsvolumen und gegebenenfalls auch außerhalb desselben bestimmt sind und mithin auch ohne das Vorkommen von Objekten Kanten, Intensitätsprünge und dergleichen aufweisen können. In diesem Zusammenhang schlägt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, eine derartige Lokalisierung von Objekten in Differenzbildern anzustreben, die mit Hilfe von vorwärtsprojizierten Vergleichsbildern erzeugt werden, welche gerade das Objekt nicht enthalten. Mithin ist in der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass der Rekonstruktionsdatensatz durch Rekonstruktion des Rekonstruktionsvolumens aus den gemessenen Projektionsbildern ermittelt wird. Dann kann vorgesehen sein, dass in den Differenzbildern das Objekt zeigende Bereiche segmentiert werden, nachdem die sonstigen abgebildeten Strukturen bereits weitgehend entfernt sind.
  • Insbesondere kann also gesagt werden, dass die erste Ausführungsform ein Verfahren der eingangs genannten Art betrifft, bei dem das Objekt in den das Objekt zeigenden Projektionsbildern lokalisiert und zur Ermittlung korrigierter Projektionsbilder zur Rekonstruktion des Bilddatensatzes die Bilddaten des das Objekt zeigenden Bereichs jedes Projektionsbildes zur Entfernung des Objekts korrigiert werden, wobei zur Lokalisierung des Objekts in Differenzbildern der gemessenen Projektionsbilder und aus einem durch Rekonstruktion des Rekonstruktionsvolumens aus den gemessenen Projektionsbildern rekonstruierten Rekonstruktionsbilddatensatz vorwärtsprojizierter Vergleichsbilder das Objekt zeigende Bereiche segmentiert werden.
  • In der ersten Ausführungsform erfolgt also zunächst eine Rekonstruktion der aufgenommenen Rohdaten auf das Rekonstruktionsvolumen. Als Rekonstruktionsergebnis wird ein Rekonstruktionsdatensatz erhalten, der zwar die von dem Objekt ausgelösten Artefakte aufweist, aber das Objekt selbst nicht zeigt. Sodann findet eine Vorwärtsprojektion des Rekonstruktionsdatensatzes für die Messgeometrie, also in den Richtungen, in denen Projektionsbilder aufgenommen wurden, statt. In den Projektionsbildern, die gemessen wurden, ist das Objekt enthalten, welches, wenn es Artefakte auslöst, ein Objekt hoher Dichte und/oder hohen Schwächungskoeffizienten ist. Wird nun eine Subtraktion der gemessenen Projektionsbilder und der vorwärtsprojizierten Vergleichsbilder vorgenommen, tritt eine große Differenz an den Stellen auf, wo das Objekt, insbesondere Metall, vorhanden ist. Im (in der Realität nicht vorliegenden) Idealfall ist der einzige Unterschied zwischen den Vergleichsbildern und den gemessenen Projektionsbildern das Objekt. Praktisch ist dies nicht der Fall, so dass die gebildeten Differenzbilder noch einer Analyse unterzogen werden, um das Objekt zeigende Bereiche (Objektspuren) zu segmentieren.
  • In einer konkreten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zur Segmentierung ein Kantendetektionsalgorithmus verwendet wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass in den Differenzprofilen die Objektgrenzen relativ leicht bestimmt werden können, da ja die im Rekonstruktionsvolumen enthaltenen Anteile bereits heraussubtrahiert sind. Beispielsweise kann hierbei vorgesehen sein, dass ein Gradient der Differenzbilder auf lokale Minima und/oder Maxima untersucht wird, wobei zur Detektion von Objekten geeignete Schwellwerte festzulegen sind.
  • In diesem Zusammenhang kann es zweckmäßig sein, eine Zusammenhangsanalyse zum Auffinden zusammenhängender, dem Objekt zugehöriger Gebiete durchzuführen.
  • Eine weitere Verbesserung der Segmentierung kann erzielt werden, wenn eine Segmentierung des Rekonstruktionsdatensatzes nach wenigstens zwei Materialklassen mit zugeordneten Schwächungskoeffizienten erfolgt, wonach in den Projektionsrichtungen der gemessenen Projektionsbilder, zu denen ein Vergleichsbild ermittelt wird, ein virtuelles, auf effektiven Durchstrahlungslängen der Materialklassen basierendes Normalisierungsbild ermittelt wird und vor der Bildung der Differenzbilder die gemessenen Projektionsbilder und die Vergleichsbilder unter Verwendung der Normalisierungsbilder normalisiert werden, wobei die korrigierten gemessenen Projektionsbilder nach der Entfernung des Objekts denormalisiert werden. Da weitere Objekte und/oder Strukturen in den Projektionsbildern vorliegen können, welche ein starkes Signal erzeugen und gleichzeitig auch den gesuchten Fehler, also die Differenzbilder, beeinflussen können, sieht diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass eine Normalisierung stattfindet. Dabei werden die gemessenen Projektionsbilder vor der Subtraktion mit einem nach mehreren Materialklassen segmentierten Rekonstruktionsdatensatz normalisiert. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Segmentierung des Rekonstruktionsdatensatzes nach vier Materialklassen erfolgt, insbesondere Luft, Weichteile, Knochen und Kontrastmittel. Wird kein Kontrastmittel verwendet, kann auch eine Drei-Material-Segmentierung hinreichend sein. Durch die Normalisierung und spätere Denormalisierung werden Bereiche, beispielsweise solche, die Knochen und dergleichen enthalten, welche in den gemessenen Projektionsbildern und den Vergleichsbildern vorhanden sind, aber dennoch noch leichte Differenzen aufweisen, gedämpft. Die einzige Komponente, die bei dieser Vorgehensweise nicht gedämpft wird, sind die Objekte, die in den Vergleichsbildern nicht enthalten sind. Auf diese Weise wird die Differenzbildung und die anschließende Bestimmung der Objektspuren, also die Segmentierung, weiter vereinfacht. Zu den Techniken der Normalisierung und Denormalisierung sei beispielsweise auf den Artikel Esther Meyer et al. „Normalized metal artifact reduction (NMAR) in computed tomography”, Med. Phys. 37, 5482 (2010), verwiesen.
  • Es sei an dieser Stelle noch allgemein darauf hingewiesen, dass für eine interpolationsbasierte Artefaktkorrektur auf den gemessenen Projektionsbildern die Intensität der Abbildung des Objekts, mithin die Bilddaten, nicht relevant ist, sondern nur die Metallspuren für ein bestimmtes gemessenes Projektionsbild, mithin eine bestimmte Aufnahmegeometrie, festgestellt werden müssen. Daher ist es auch nicht relevant, ob Objektintensitäten richtig vorwärtsprojiziert werden. Solange das Verfahren eine eindeutige Segmentierung in den gemessenen Projektionsbildern liefert, kann mit der Entfernung des Objekts, wie dies im Stand der Technik bekannt ist, fortgefahren werden. Dabei kann, im Übrigen in beiden Ausführungsformen, mit beliebigen Methoden interpoliert werden, wobei selbstverständlich auch die erwähnten Vier-Material-Segmentierungen bzw. Drei-Material-Segmentierungen eingesetzt werden können, um in das Objekt darstellenden Bereichen der Projektionsbilder neue Bilddaten (Projektionsdaten) zu ermitteln, die möglichst genau den Projektionsdaten entsprechen, die gemessen würden, wenn das Objekt nicht existieren würde.
  • Gemäß der zweiten angesprochenen, alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Rekonstruktionsdatensatz für ein das Objekt enthaltendes Objektvolumen, das größer als das Rekonstruktionsvolumen ist, rekonstruiert wird, wobei in einem iterativen Verfahren jeweils aus den auf den aktuellen Rekonstruktionsdatensatz bezogenen Differenzbildern ein dreidimensionaler Korrekturdatensatz rekonstruiert und zur Bildung eines neuen Rekonstruktionsdatensatzes auf den aktuellen Rekonstruktionsdatensatz addiert wird, wobei nach Eintritt eines Abbruchkriteriums das Objekt in dem zuletzt bestimmten Rekonstruktionsdatensatz segmentiert wird und die Segmentierung in dem Rekonstruktionsdatensatz zur Lokalisierung des Objekts in den gemessenen Projektionsbildern verwendet wird.
  • In der zweiten Ausführungsform wird die Differenzbildung mithin als eine Art iterativer Prozess definiert. Die Vergleichsbilder werden dabei aus einem Rekonstruktionsdatensatz berechnet, welcher ein künstlich größeres Volumen als das Rekonstruktionsvolumen umfasst, nämlich das Objektvolumen. Dabei sind mithin auch Voxel erfasst, in denen keine hinreichende Abdeckung durch gemessene Projektionsbilder vorliegt. Das Objektvolumen ist dabei so definiert, dass das wenigstens eine Objekt erfasst wird, wenn auch „verschmiert”, da die aufgenommenen Projektionsdaten nicht zu einer exakten Rekonstruktion ausreichen. Hieraus folgt aber, dass die vorwärtsprojizierten Vergleichsbilder aus dem Rekonstruktionsdatensatz ebenso das Objekt in einer nicht korrekten Form enthalten, so dass Differenzen zu den gemessenen Projektionsbildern auftreten. Die Idee ist es nun, um das Objekt möglichst präzise zu lokalisieren, also einen Rekonstruktionsdatensatz aufzufinden, der das Objekt so gut abbildet, dass die Bilddaten der Differenzbilder minimiert werden. Mithin kann vorgesehen sein, dass als Abbruchbedingung eine Minimierung einer statistischen Größe der in den Differenzbildern enthaltenen Bilddaten verwendet wird, wobei die statistische Größe eine L1-Norm oder eine L2-Norm der Bilddaten der Differenzbilder sein kann. Dabei wird die Verwendung der L2-Norm bevorzugt, da so ein glatteres Bild erzielt wird. Dabei wird angemerkt, dass selbstverständlich zusätzlich oder alternativ auch andere Abbruchbedingungen verwendet werden können, beispielsweise das Überschreiten einer vorgegebenen Zahl von Iterationen und dergleichen.
  • Insgesamt beschreibt die zweite Ausführungsform also eine iterative, sich ständig verbessernde Rekonstruktion, die darauf abzielt, das Objekt trotz der nicht vollständigen Abbildung in den gemessenen Projektionsbildern dennoch zumindest bezüglich der Position möglichst genau abzubilden. Dann kann das Objekt in dem Rekonstruktionsdatensatz segmentiert werden und die Vorwärtsprojektion des Objekts in diesem optimierten Rekonstruktionsdatensatz liefert die Metallspuren in den gemessenen Projektionsbildern, mithin die gesuchte Segmentierung, um das Objekt in den gemessenen Projektionsbildern zu entfernen.
  • Bei einem solchen iterativen Rekonstruktionsprozess kann vorgesehen sein, einen virtuellen Röntgendetektor zu definieren, der dem Messfeld entspricht, das notwendig wäre, um das Objektvolumen hinreichend abzudecken und vollständig zu rekonstruieren. Während der Iterationen wird dann in dieser Geometrie die Differenz zwischen dem Rekonstruktionsdatensatz und den gemessenen Projektionen minimiert, indem die Differenzen aufaddiert werden, bis das Optimum erreicht ist, wobei die Differenzbestimmung selbstverständlich nur für den gültigen Bereich stattfinden kann. Eine Extrapolation von Daten über den gültigen (also durch die Projektionsbilder vermessenen) Bereich hinaus kann optional zur Rekonstruktion durchgeführt werden. Durch die iterative Aufaddition der Differenzen wird eine verbesserte Darstellung des Objekts außerhalb des Rekonstruktionsvolumens erreicht.
  • Eine für beide Ausführungsformen einsetzbare bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass durch das Objekt erzeugte Artefakte, insbesondere Streifenartefakte, in einer auf das Rekonstruktionsvolumen bezogenen Rekonstruktion aus den gemessenen Projektionsbildern detektiert und aus den geometrischen Eigenschaften der Artefakte eine Untermenge der gemessenen Projektionsbilder ausgewählt wird, die das Objekt zeigende Bereiche enthalten können, wobei die Ermittlung der Differenzbilder und/oder die Korrektur zur Entfernung des Objekts auf die Untermenge eingeschränkt durchgeführt wird. Dabei wird mithin eine Einschränkung der zu betrachtenden gemessenen Projektionsbilder, mithin der zu betrachtenden Projektionsrichtungen vorgenommen, indem aus den im Rekonstruktionsdatensatz ja noch vorhandenen Artefakten abgeschätzt wird, wo sich das Objekt befinden kann. Auf diese Weise ist eine Minimierung der Vorwärtsprojektionsschritte und der weiteren Nachverarbeitung möglich. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Schätzung der Winkelposition des Objekts, das bedeutet, es wird ein Winkelbereich angegeben, in dem das Objekt mit einer einen Schwellwert überschreitenden Wahrscheinlichkeit in gemessenen Projektionsbildern zu sehen ist. Es werden mithin die durch das Objekt erzeugten Artefakte im Rekonstruktionsdatensatz detektiert, beispielsweise Streifenartefakte, und deren Ursprung wird ermittelt, um eine Schätzung für die Objektposition zu erhalten. Im Fall von Streifenartefakten können diese je nach Aufnahmegeometrie auf die Position des Objekts hinweisen, im einfachsten Fall auf das Objekt fokussiert sein. Um die Artefakte, insbesondere Streifenartefakte, aufzufinden, kann eine Hough-Transformation verwendet werden. Wird somit insgesamt der ungefähre Ursprung der Artefakte, also das Objekt, lokalisiert, und nimmt man hinzu, dass erfahrungsgemäß derartige Objekte nur an wenigen definierten Positionen vorhanden sind, kann die Anzahl der gemessenen Projektionsbilder, die für die obigen Verfahren genutzt werden, signifikant minimiert werden, so dass im Übrigen auch die Berechnungszeit minimiert wird.
  • Das Verfahren wurde hauptsächlich im Hinblick auf die Röntgenaufnahme in einer Kegelstrahl-CT-Geometrie entwickelt, lässt sich jedoch auch auf andere Konstellationen anwenden.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Röntgeneinrichtung, insbesondere eine CT-Einrichtung oder eine C-Bogen-Röntgeneinrichtung, die eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung umfasst. Die Projektionsbilder werden dabei mit einer Röntgen-Aufnahmeanordnung, umfassend üblicherweise einen Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor, aufgenommen (gemessen). Die Steuereinrichtung kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Rekonstruktionseinheit zur Ermittlung des Rekonstruktionsdatensatzes und später des Bilddatensatzes aus den korrigierten Projektionsbildern, eine Objektlokalisierungseinheit zur Lokalisierung des Objekts unter Berücksichtigung von Differenzbildern der gemessenen Projektionsbilder und aus dem Rekonstruktionsdatensatz vorwärtsprojizierter Vergleichsbilder sowie eine Projektionsbildkorrektureinheit, in der durch Entfernen des Objekts eine Korrektur der Bilddaten des das Objekt zeigenden Bereichs jedes Projektionsbildes durchgeführt wird, aufweisen. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung übertragen, mit welcher ebenso die genannten Vorteile erzielt werden können.
  • Es ist auch ein Computerprogramm denkbar, welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn es auf einer Recheneinrichtung, beispielsweise der erwähnten Steuereinrichtung, ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem nicht transientem Speichermedium, beispielsweise einer CD-ROM, abgespeichert sein.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
  • 1 einen allgemeinen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Aufnahmegeometrie,
  • 3 einen Ablaufplan zur Lokalisierung des Objekts in der ersten Ausführungsform,
  • 4 einen Ablaufplan zur Lokalisierung des Objekts in der zweiten Ausführungsform, und
  • 5 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung.
  • 1 zeigt einen Ablaufplan eines allgemeinen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem in einem Schritt 1 mit einer Röntgen-Aufnahmeanordnung einer Röntgeneinrichtung aus verschiedenen Projektionsrichtungen entlang einer Aufnahmetrajektorie, insbesondere eines Kreisbahnabschnitts, Projektionsbilder eines Untersuchungsobjekts aufgenommen werden. Die Aufnahmegeometrie, hier eine Kegelstrahlgeometrie, ist dabei so gewählt, dass ein in einem endgültigen dreidimensionalen Bilddatensatz, der aus den Projektionsbildern rekonstruiert werden soll, zu sehendes Rekonstruktionsvolumen in jedem gemessenen Projektionsbild vollständig zu sehen ist und für jedes Voxel im Rekonstruktionsvolumen Tuys Bedingung zur vollständigen Rekonstruktion erfüllt ist, mithin gemessene Projektionsbilder aus einem Winkelintervall, das 180° und den Fächerwinkel enthält, vorliegen.
  • Vorliegend ist jedoch außerhalb des Rekonstruktionsvolumens auch ein Objekt vorhanden, vorliegend ein Metallobjekt, welches nur in einem Teil der Projektionsbilder zu sehen ist und bei der Rekonstruktion im Rekonstruktionsvolumen Artefakte auslösen kann. Diese Aufnahmesituation soll durch die Prinzipskizze der 2 näher erläutert werden.
  • 2 zeigt zentral das aufzunehmende Untersuchungsobjekt 2, hier einen Teil eines Patienten, der beispielsweise Knochen 3, Weichteile 4 und Kontrastmittel 5, beispielsweise Jod, enthalten kann. Eine Röntgen-Aufnahmeanordnung wird um das Untersuchungsobjekt 2 herumbewegt, so dass sich ein vollständig rekonstruierbares, in allen gemessenen Projektionsbildern abgedecktes Rekonstruktionsvolumen 6 ergibt.
  • Außerhalb dieses Rekonstruktionsvolumens 6 befindet sich ein Metall-Objekt 7, welches bei der Rekonstruktion die Artefakte verursachen kann, die durch das erfindungsgemäße Verfahren reduziert oder idealerweise gänzlich beseitigt werden sollen.
  • Vorliegend sind beispielhaft zwei Positionen 8, 9 der Strahlungsquelle der Röntgen-Aufnahmeanordnung mit den entsprechenden Positionen 10, 11 des Röntgendetektors dargestellt. Wie sich aus den jeweils gezeigten äußeren Begrenzungsstrahlen 12 ergibt, liegt eine Kegelstrahlgeometrie vor; gestrichelt ist ferner der Zentralstrahl 13 angedeutet, der letztlich die Projektionsrichtung wiedergibt.
  • Befindet sich der Röntgenstrahler an der Position 9 und der Röntgendetektor an der Position 11, ergibt sich ein gemessenes Projektionsbild 14, welches lediglich das Untersuchungsobjekt 2 zeigt. Erkennbar ist ein Bereich 15, in dem der Knochen 3 dargestellt wird, ein Bereich 16 der Darstellung des Weichteilgewebes 4 und ein Bereich 17 der Darstellung des Kontrastmittels 5.
  • Ein anderes gemessenes Projektionsbild 18 ergibt sich in der Position 8 für den Röntgenstrahler und der Position 10 für den Röntgendetektor. Nun wird das außerhalb des Rekonstruktionsvolumens 6 liegende Objekt 7 mit aufgenommen, so dass in einem Bereich 19 Bilddaten enthalten sind, die das Objekt 7 zeigen.
  • Die Idee des Verfahrens gemäß 1 ist es nun, den Bereich 19 möglichst genau zu bestimmen, also das Objekt 7 in den gemessenen Projektionsbildern 14, 18 zu lokalisieren, so dass es möglich wird, es aus den Bilddaten herauszurechnen und so korrigierte Projektionsbilder zu erhalten.
  • Mithin erfolgt in einem Schritt 20 (vgl. 1) zunächst eine Lokalisierung des Objekts 7 in den gemessenen Projektionsbildern 14, 18, das bedeutet, eine Bestimmung der Bereiche 19, die das Objekt 7 in den gemessenen Projektionsbildern 14, 18 zeigen. Dies geschieht in beiden im Folgenden näher zu diskutierenden Ausführungsformen des Verfahrens unter Verwendung von Differenzbildern, zu deren Erstellung zunächst ein Rekonstruktionsdatensatz aus den gemessenen Projektionsbildern 14, 18 ermittelt wird. Aus diesem werden in den vermessenen Projektionsrichtungen Vergleichsbilder vorwärtsprojiziert, so dass die Differenzbilder durch Subtraktion des Vergleichsbilds von dem gemessenen Projektionsbild 14, 18 für jede Projektionsrichtung ermittelt werden können. In einer ersten Ausführungsform des Verfahrens werden dabei die Objektspuren in den gemessenen Projektionsbildern 14, 18, also die Bereiche 19, unmittelbar bestimmt, nachdem sich der Rekonstruktionsdatensatz auf das Rekonstruktionsvolumen 6 bezieht. In der zweiten Ausführungsform wird ein größeres Objektvolumen rekonstruiert, welches das Rekonstruktionsvolumen 6 und auch das Metall-Objekt 7 umfasst. Iterativ wird dabei unter Verwendung der Differenzbilder die Darstellung des Objekts 7 in dem Rekonstruktionsdatensatz verbessert, bis es dort möglichst präzise lokalisierbar ist und durch Vorwärtsprojektion also auch in den gemessenen Projektionsbildern 14, 18.
  • Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es sich versteht, dass die Subtraktion der Bilder pixelbezogen erfolgt, das bedeutet, jedes Bilddatum eines Pixels des Differenzbildes ergibt sich als Differenz der Bilddaten entsprechender Pixel des gemessenen Projektionsbilds 14, 18 und Vergleichsbildes.
  • Sind die Bereiche 19 erst bestimmt, kann in einem Schritt 21 eine Korrektur der gemessenen Projektionsbilder 14, 18 erfolgen. Hierzu können im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Interpolationsverfahren eingesetzt werden, in denen beispielsweise die Bilddaten aus den Bereichen 19 entfernt und durch neue Bilddaten ersetzt werden. In einem einfachen Fall ist dabei eine lineare Interpolation denkbar, bevorzugt ist es jedoch, wenn die Bilddaten aus anderen vorliegenden Bilddaten ermittelt werden, beispielsweise, indem das Rekonstruktionsvolumen 6 im Rekonstruktionsdatensatz nach verschiedenen Materialklassen, beispielsweise Knochen, Weichteile, Kontrastmittel und Luft, segmentiert werden, so dass auch für die Strahlen, die das Objekt 7 treffen würden, effektive Längen für die Materialklassen und somit effektive Schwächungen ermittelt werden können, die sich dann nur auf das Rekonstruktionsvolumen 6 beziehen und durch das Metall-Objekt 7 verfälschte Werte ersetzen können.
  • In einem Schritt 22 erfolgt dann die Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes aus den korrigierten Projektionsbildern.
  • Es sei angemerkt, dass für beide Ausführungsformen die tatsächlich zu betrachtenden gemessenen Projektionsbilder 14, 18 eingeschränkt werden können, das bedeutet, in ihrer Zahl reduziert werden können. Hierzu werden mit einem geeigneten Algorithmus, für Streifenartefakte beispielsweise mit einer Hough-Transformation, die Artefakte in dem Rekonstruktionsdatensatz, zumindest in dem das Rekonstruktionsvolumen 6 betreffenden Anteil, detektiert. Aus Form und Lage der Artefakte kann auf deren Ursprung, mithin das Objekt 7, und dessen Lage gefolgert werden, so dass beispielsweise durch Metalle ausgelöste Streifenartefakte auf das Metall fokussiert sind. Auf diese Weise ist es möglich, eine Untermenge von Projektionsbildern zu bestimmen, in denen äußerst wahrscheinlich Bereiche 19 enthalten sind, die das Objekt 7 zeigen, wobei die sonstigen gemessenen Projektionsbilder, beispielsweise das Projektionsbild 14, der Betrachtung entzogen werden kann. Dies senkt Aufwand und Rechenzeit.
  • 3 zeigt eine die Vorgehensweise für die erste Ausführungsform näher erläuternde Skizze. Der Einfachheit halber sind dort für die gemessenen Projektionsbilder 14, 18, die Vergleichsbilder und die Differenzbilder nur eindimensionale Profile, beispielsweise entlang einer Detektorzeile, gezeigt. In der ersten Ausführungsform wird zunächst ein Rekonstruktionsdatensatz 23, der das Rekonstruktionsvolumen 6 zeigt, aus den gemessenen Projektionsbildern 14, 18 bestimmt. Aus diesem Rekonstruktionsdatensatz 23 können durch Vorwärtsprojektion als eine Art simulierte Projektionsbilder Vergleichsbilder ermittelt werden, Pfeil 24, wobei für jede untersuchte Projektionsrichtung ein solches Vergleichsbild bestimmt wird. Das Profil 25 betrifft nun ein gemessenes Projektionsbild, beispielsweise das Projektionsbild 18, in dem das Objekt 7 abgebildet ist. In dem Profil 26 eines Vergleichsbilds lässt sich ein Unterschied erkennen, der daher rührt, dass in dem Rekonstruktionsdatensatz 23 das Objekt 7 ja nicht enthalten ist, es somit auch in der Vorwärtsprojektion fehlt. In einem Schritt 27 ist es daher vorgesehen, die Vergleichsbilder von den entsprechenden gemessenen Projektionsbildern 14, 18 zu subtrahieren, um die Differenzbilder zu erhalten, wobei das durch Differenzbildung der Profile 25 und 26 erhaltene Profil 28 ebenso in 3 gezeigt ist. Ersichtlich liegen die hauptsächlichen Anteile des Profils 28 im Bereich 19, da dieses im Idealfall nur noch das Objekt 7 enthalten sollte. Mithin kann durch einen Kantendetektionsalgorithmus, bei dem der Gradient der Profile 28 der Differenzbilder betrachtet werden kann und auf Minima und Maxima untersucht werden kann, sowie optional eine Zusammenhangsanalyse, eine Lokalisierung der Bereiche 19 in den Differenzbildern (und somit auch in den gemessenen Projektionsbildern 14, 18) erfolgen, was möglich ist, da sämtliche anderen Anteile weitgehend entfernt wurden.
  • Die Vorgehensweise gemäß 3 in der ersten Ausführungsform kann noch verbessert werden, indem auf dem Rekonstruktionsdatensatz 23 eine Segmentierung, bevorzugt eine Vier-Material-Segmentierung nach Materialklassen Luft, Knochen, Weichteile und Kontrastmittel, erfolgt und hieraus ein virtuelles, auf effektiven Durchstrahlungslängen der Materialklassen basierendes Normalisierungsbild ermittelt wird. Mit diesem Normalisierungsbild kann eine Normalisierung der gemessenen Projektionsbilder 14, 18 und der Vergleichsbilder erfolgen, so dass eine Glättung der sonstigen abweichenden Anteile auftritt und das Verfahren robuster wird.
  • In der zweiten Ausführungsform, welche durch 4 näher erläutert wird, erfolgt die Lokalisierung der Bereiche 19 im Rahmen einer iterativen, sich ständig verbessernden Rekonstruktion auch des Objekts 7. Hierzu wird iterativ vorgegangen, wobei ein Rekonstruktionsdatensatz aus den gemessenen Projektionsbildern 14, 18 erzeugt wird, der sich allerdings auf ein vergrößertes Objektvolumen 30 bezieht, welches schematisch in 4 angedeutet ist. Das Objektvolumen 30 umfasst das Rekonstruktionsvolumen 6 und zusätzlich einen Bereich, in dem das Objekt 7 enthalten ist. Nachdem der Bereich des Objekts 7 nicht hinreichend abgedeckt ist, um eine vollständige Rekonstruktion zu erreichen, da das Objekt 7 nur in einigen der gemessenen Projektionsbilder 14, 18 zu sehen ist, ist die Darstellung 31 des Objekts 7 in dem Rekonstruktionsdatensatz 29 ungenau, beispielsweise verschmiert, wie dies in 4 angedeutet ist.
  • Ziel ist es nun, den Rekonstruktionsdatensatz 29 iterativ zu verbessern, wozu in einem Schritt 32 zunächst wiederum Vergleichsbilder aus dem Rekonstruktionsdatensatz 29 vorwärtsprojiziert werden, wieder für alle Projektionsrichtungen der betrachteten gemessenen Projektionsbilder 14, 18. Diese Vergleichsbilder enthalten in diesem Fall das Objekt 7, jedoch nicht übereinstimmend mit den Bereichen 19, nachdem die Darstellung 31 aufgrund der zu geringen Abdeckung ungenau ist. In einem Schritt 33 werden dann für jede betrachtete Projektionsrichtung wiederum Differenzbilder durch pixelweise Subtraktion gebildet, die die Abweichung der Darstellung 31 von dem tatsächlichen Objekt 7 beschreiben. Es ist mithin möglich, die Differenzbilder zu verwenden, um aus ihnen einen Korrekturdatensatz 34 zu ermitteln, der in einem Schritt 35 zur Verbesserung des Rekonstruktionsdatensatzes 29 auf diesen aufaddiert wird. In einem Schritt 36 wird überprüft, ob eine Abbruchbedingung erfüllt ist. Vorliegend werden zwei Abbruchbedingungen betrachtet, nämlich zum einen, ob die L2-Norm der Bilddaten der Differenzbilder, welche ein Maß für die Abweichung der Darstellung 31 vom wirklichen Objekt 7 ist, einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. Mit anderen Worten wird auf eine möglichst geringe Abweichung vom tatsächlichen Objekt 7 hin optimiert. Eine weitere, parallel betrachtete Abbruchbedingung liefert eine maximale Zahl möglicher Iterationsschritte und ist als Rückfalllösung vorhanden. Selbstverständlich können auch weitere Abbruchbedingungen verwendet werden, beispielsweise eine auf der L1-Norm basierende Abbruchbedingung.
  • Ist in Schritt 36 keine Abbruchbedingung erfüllt, wird wieder mit Schritt 32 fortgefahren, Pfeil 37. Ist jedoch eine Abbruchbedingung erfüllt, wird in Schritt 38 der aktuelle, zuletzt ermittelte Rekonstruktionsdatensatz verwendet, um darin durch Segmentierung das Objekt 7 (bzw. seine jetzt deutlich verbesserte Darstellung 31) zu segmentieren und sodann durch Vorwärtsprojektion die Bereiche 19 zu ermitteln.
  • 5 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 39, die hier als eine CT-Einrichtung ausgebildet ist. Sie umfasst, wie üblich, eine Gantry 40, in der die hier nicht näher gezeigte Röntgen-Aufnahmeanordnung mit dem Röntgenstrahler und dem Röntgendetektor kreisförmig eine Patientenöffnung 41 umlaufen kann, in die ein Patient mittels einer Patientenliege 42 eingebracht werden kann.
  • Gesteuert wird der Betrieb der Röntgeneinrichtung 39 von einer Steuereinrichtung 43, die auch in die Gantry 40 oder anderweitig integriert sein kann. Die Steuereinrichtung 43 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
  • Hierzu weist die Steuereinrichtung 43 eine Rekonstruktionseinheit 44 zur Rekonstruktion des Rekonstruktionsdatensatzes 23, 29 aus Projektionsbildern, eine Objektlokalisierungseinheit 45 zur Ermittlung der Bereiche 19 gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform und eine Projektionsbilderkorrektureinheit 46 zur Korrektur der Projektionsbilder durch Entfernen des Objekts und geeignete Interpolation auf.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Reduzierung von durch wenigstens ein außerhalb eines Rekonstruktionsvolumens (6) angeordnetes, Röntgenstrahlung schwächendes Objekt (7) erzeugten Artefakten in einem dreidimensionalen, das Rekonstruktionsvolumen (6) zeigenden Bilddatensatz, der aus zweidimensionalen, aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommenen Projektionsbildern (14, 18) rekonstruiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (7) in den das Objekt (7) zeigenden Projektionsbildern (18) lokalisiert und zur Ermittlung korrigierter Projektionsbilder zur Rekonstruktion des Bilddatensatzes die Bilddaten des das Objekt (7) zeigenden Bereichs (19) jedes Projektionsbildes (18) zur Entfernung des Objekts korrigiert werden, wobei die Lokalisierung des Objekts (7) unter Berücksichtigung von Differenzbildern der gemessenen Projektionsbilder (14, 18) und aus einem aus den gemessenen Projektionsbildern (14, 18) rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatz (23, 29) vorwärtsprojizierter Vergleichsbilder erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rekonstruktionsvolumen (6) vollständig in allen Projektionsbildern enthalten ist und/oder das Objekt (7) eine höhere Dichte und/oder einen höheren Schwächungskoeffizienten als alle im Körper eines Menschen natürlich vorkommenden Materialen aufweist, insbesondere ein Metallobjekt (7) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekonstruktionsdatensatz (23) durch Rekonstruktion des Rekonstruktionsvolumens (6) aus den gemessenen Projektionsbildern (14, 18) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Differenzbildern das Objekt (7) zeigende Bereiche (19) segmentiert werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Segmentierung ein Kantendetektionsalgorithmus verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Segmentierung des Rekonstruktionsdatensatzes (23) nach wenigstens zwei Materialklassen mit zugeordneten Schwächungskoeffizienten erfolgt, wonach in den Projektionsrichtungen der gemessenen Projektionsbilder (14, 18), zu denen ein Vergleichsbild ermittelt wird, ein virtuelles, auf effektiven Durchstrahlungslängen der Materialklassen basierendes Normalisierungsbild ermittelt wird und vor der Bildung der Differenzbilder die gemessenen Projektionsbilder (14, 18) und die Vergleichsbilder unter Verwendung der Normalisierungsbilder normalisiert werden, wobei die korrigierten gemessenen Projektionsbilder nach der Entfernung des Objekts (7) denormalisiert werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentierung des Rekonstruktionsdatensatzes (23) nach vier Materialklassen erfolgt, insbesondere Luft, Weichteile, Knochen und Kontrastmittel.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekonstruktionsdatensatz (29) für ein das Objekt (7) enthaltendes Objektvolumen (30), das größer als das Rekonstruktionsvolumen (6) ist, rekonstruiert wird, wobei in einem iterativen Verfahren jeweils aus den auf den aktuellen Rekonstruktionsdatensatz (29) bezogenen Differenzbildern ein dreidimensionaler Korrekturdatensatz (34) rekonstruiert und zur Bildung eines neuen Rekonstruktionsdatensatzes (29) auf den aktuellen Rekonstruktionsdatensatz (29) addiert wird, wobei nach Eintritt eines Abbruchkriteriums das Objekt (7) in dem zuletzt bestimmten Rekonstruktionsdatensatz (29) segmentiert wird und die Segmentierung in dem Rekonstruktionsdatensatz (29) zur Lokalisierung des Objekts (7) in den gemessenen Projektionsbildern (14, 18) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Abbruchbedingung eine Minimierung einer statistischen Größe der in den Differenzbildern enthaltenen Bilddaten und/oder das Überschreiten einer vorgegebenen Zahl von Iterationen verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als statistische Größe eine L1-Norm oder eine L2-Norm der Bilddaten der Differenzbilder verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Objekt (7) erzeugte Artefakte, insbesondere Streifenartefakte, in einer auf das Rekonstruktionsvolumen (6) bezogenen Rekonstruktion aus den gemessenen Projektionsbildern (14, 18) detektiert und aus den geometrischen Eigenschaften der Artefakte eine Untermenge der gemessenen Projektionsbilder (14, 18) ausgewählt wird, die das Objekt (7) zeigende Bereiche (19) enthalten können, wobei die Ermittlung der Differenzbilder und/oder die Korrektur zur Entfernung des Objekts (7) auf die Untermenge eingeschränkt durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion der Artefakte eine Hough-Transformation verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der korrigierten gemessenen Projektionsbilder eine Interpolation in den das Objekt (7) zeigenden Bereichen (19) durchgeführt wird.
  14. Röntgeneinrichtung (39), insbesondere CT-Einrichtung oder C-Bogen-Röntgeneinrichtung, umfassend eine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Steuereinrichtung (43).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3219260A1 (de) * 2016-03-15 2017-09-20 Siemens Healthcare GmbH Vorrichtung und verfahren zum abgrenzen eines metallobjekts für eine artefaktreduktion in tomographiebildern
WO2021099386A1 (de) * 2019-11-21 2021-05-27 Volume Graphics Gmbh Computerimplementiertes verfahren zur segmentierung von messdaten aus einer messung eines objekts

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012205222B4 (de) * 2012-03-30 2020-08-13 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren zur Ermittlung eines artefaktreduzierten dreidimensionalen Bilddatensatzes und Röntgeneinrichtung
US9483851B2 (en) * 2014-07-14 2016-11-01 General Electric Company Systems and methods for filtering for image generation
US10524756B2 (en) * 2015-08-27 2020-01-07 Varian Medical Systems International Methods and systems for image artifacts reduction
CN106551702B (zh) * 2015-09-30 2021-05-14 通用电气公司 Ct图像的射束硬化伪影校正装置及方法
US9558554B1 (en) 2015-12-21 2017-01-31 International Business Machines Corporation Defining basis function requirements for image reconstruction
JP6780948B2 (ja) * 2016-03-28 2020-11-04 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 X線ct装置
EP3582184B1 (de) * 2018-06-13 2021-11-03 Siemens Healthcare GmbH Multi-energie-metallartefaktreduktion
EP3640893B1 (de) * 2018-10-17 2021-09-01 Siemens Healthcare GmbH Verfahren zur rekonstruktion eines dreidimensionalen ergebnisbilddatensatzes
DE102018222592A1 (de) * 2018-12-20 2020-06-25 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren zur Artefaktreduzierung in einem medizinischen Bilddatensatz, Röntgeneinrichtung, Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009032059A1 (de) * 2009-07-07 2011-01-13 Siemens Aktiengesellschaft Sinogrammbearbeitung für die Metallartefaktreduktion in der Computertomographie

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7664298B2 (en) * 2003-03-25 2010-02-16 Imaging Therapeutics, Inc. Methods for the compensation of imaging technique in the processing of radiographic images
US9105124B2 (en) * 2012-06-21 2015-08-11 General Electric Company Methods and systems for reducing noise- related imaging artifacts

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009032059A1 (de) * 2009-07-07 2011-01-13 Siemens Aktiengesellschaft Sinogrammbearbeitung für die Metallartefaktreduktion in der Computertomographie

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3219260A1 (de) * 2016-03-15 2017-09-20 Siemens Healthcare GmbH Vorrichtung und verfahren zum abgrenzen eines metallobjekts für eine artefaktreduktion in tomographiebildern
US10453198B2 (en) 2016-03-15 2019-10-22 Siemens Healthcare Gmbh Device and method for delineating a metal object for artifact reduction in tomography images
WO2021099386A1 (de) * 2019-11-21 2021-05-27 Volume Graphics Gmbh Computerimplementiertes verfahren zur segmentierung von messdaten aus einer messung eines objekts

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Publication number Publication date
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US20150078507A1 (en) 2015-03-19

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