DE10055739A1

DE10055739A1 - Streustrahlungskorrekturverfahren für eine Röntgen-Computertomographieeinrichtung

Info

Publication number: DE10055739A1
Application number: DE10055739A
Authority: DE
Inventors: Herbert Bruder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2020-11-11
Also published as: JP2004513690A; US20030138074A1; WO2002039790A1; US6925140B2; DE10055739B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungsintensitätsmesswerten vorgeschlagen, welche in einer Röntgen-Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomographiemessfeld der Computertomographieeinrichtung liegenden Detektormatrix erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter Detektorelemente aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zunächst mindestens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektormatrix ermittelt wird und dass sodann, ausgehend von dieser mindestens einen Referenzverteilung, ein Streustrahlungsanteil jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die Intensitätsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden. Dabei wird der Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte mindestens einer Teilanzahl der Detektorzeilen unter Anwendung eines Rekursionsverfahrens auf Grundlage der Referenzverteilung ermittelt.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der Korrektur streustrahlungs bedingter Bildartefakte in der Röntgen-Computertomographie.

Genauso wie Strahlaufhärtungseffekte können auch Streueffekte unerwünschte Bildartefakte im rekonstruierten Tomographiebild einer durchstrahlten Schicht eines Patienten oder eines be liebigen anderen Untersuchungsobjekts hervorrufen. Diese Bildartefakte spiegeln Strukturen vor, die keiner realen Vor lage des Untersuchungsobjekts entsprechen und deshalb zu Fehlinterpretationen des Tomographiebilds verleiten. Beson ders im medizinischen Sektor können solche Fehlinterpre tationen gravierende Folgen bis hin zur Gefährdung des Lebens des Patienten haben.

Zur Unterdrückung des Streustrahlungsanteils in den mit einem Detektor gemessenen Strahlungsintensitätsmesswerten ist es bekannt, die das Untersuchungsobjekt durchstrahlende Röntgen strahlung detektorseitig zu kollimieren. Kollimatoren werden in der Regel aus Wolfram hergestellt, das sich wegen seiner hohen Schwächung hierfür sehr gut eignet. Wolfram hat aller dings den Nachteil, dass es sehr teuer ist. Dieser Kosten nachteil fällt besonders dann ins Gewicht, wenn als Detektor eine Detektormatrix mit einer Vielzahl in mehreren überein anderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter De tektorelemente verwendet wird. Bei solchen Detektoren muss mit zunehmender Zeilenzahl die Schachttiefe der für jedes einzelne Detektorelement vorgesehenen Kollimatorschächte ver größert werden. Der konstruktive und der Materialaufwand wür den ab einer gewissen Zeilenzahl des Detektors als nicht mehr akzeptabel angesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit geringerem Aufwand die Vermeidung streustrahlungsbedingter Bildartefakte bei mehrzeiligen Detektoren zu ermöglichen.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung nach einem ersten Aspekt von einem Verfahren zur Streustrahlungskorrek tur von Strahlungsintensitätsmesswerten aus, welche in einer Röntgen-Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomographiemessfeld der Computertomographieeinrichtung lie genden Detektormatrix erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter Detektorelemente aufweist.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zunächst mindes tens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektormatrix ermittelt wird und dass sodann ausgehend von dieser mindestens einen Referenzvertei lung ein Streustrahlungsanteil jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die Intensitätsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden, wobei der Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte min destens einer Teilanzahl der Detektorzeilen durch Rekursion in folgender Weise ermittelt wird:

a) der Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte einer aktuellen Detektorzeile der Rekursion wird aus den Inten sitätsmesswerten dieser aktuellen Detektorzeile und einem Primärstrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte einer vorher gehenden Detektorzeile der Rekursion ermittelt,
b) der Primärstrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte der vorhergehenden Detektorzeile wird aus den Intensitätsmess werten dieser vorhergehenden Detektorzeile und deren Streu strahlungsanteil ermittelt, und
c) als Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte einer ersten Detektorzeile der Rekursion werden Intensitätswerte aus der Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität ver wendet.

Wenn hier von Primärstrahlung die Rede ist, so wird darunter derjenige Strahlungsanteil der auf die Detektorelemente ein fallenden Gesamtstrahlung verstanden, der ungestreut, also auf direktem Weg von der Strahlungsquelle der Computertomo graphieeinrichtung zu der Detektormatrix gelangt. Als Tomo graphiemessfeld wird dann ein mit Detektorelementen bestück ter Messbereich verstanden, in dem die gemessene Gesamtstrah lung einen Primärstrahlungsanteil enthält. In der Regel wird das Tomographiemessfeld durch eine quellenseitige Blendenan ordnung festgelegt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt für alle Detektor zeilen eine rechnerische Abschätzung des Streustrahlungs anteils anhand mindestens einer Referenzverteilung. Hierdurch kann auf teure Kollimatorschächte verzichtet werden. Die Re kursion, die zumindest für eine Teilanzahl der Detektor zeilen angewendet wird, bietet die Grundlage, um ein sich über die Detektorzeilen hinweg änderndes Profil des Streu strahlungsanteils zu berücksichtigen.

Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird die mindestens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität aus Referenzintensitätsmesswerten gewonnen, welche durch Strahlungsintensitätsmessung außerhalb des Tomographiemessfelds erhalten werden. Hierbei wird aus genutzt, dass außerhalb des Tomographiemessfelds keine Pri märstrahlung auftritt. Dort angeordnete Messelemente detek tieren deshalb ausschließlich Streustrahlung. Hieraus kann leicht eine Verteilung der Streustrahlung in Zeilenrichtung ermittelt werden, die dann als Referenzverteilung verwendet wird.

Zweckmäßigerweise wird die Strahlungsintensitätsmessung ober halb einer ersten Detektorzeile der Detektormatrix oder/und unterhalb einer letzten Detektorzeile der Detektormatrix durchgeführt werden.

Im allgemeinen kann das Ortsprofil der Streustrahlung durch eine vergleichsweise niederfrequente Funktion dargestellt werden. Deshalb genügt es, wenn in Zeilenrichtung nur in ei nem relativ groben Raster Messwerte für die Streustrahlung aufgenommen werden. Mit anderen Worten werden die Referenz intensitätsmesswerte bevorzugt an in Zeilenrichtung der De tektormatrix im Abstand voneinander liegenden Messorten ge wonnen, deren Anzahl kleiner, insbesondere wesentlich kleiner als die Anzahl der Detektorelemente pro Detektorzeile ist. Die Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität kann dann leicht durch Interpolation der Referenzintensitätsmess werte gewonnen werden.

Es kann sogar eine Referenzverteilung durch Strahlungsinten sitätsmessung oberhalb der ersten Detektorzeile der Detektor matrix und eine weitere Referenzverteilung durch Strahlungs intensitätsmessung unterhalb der letzten Detektorzeile der Detektormatrix gewonnen werden.

Die Rekursion sollte zweckmäßigerweise zumindest in einer randseitigen Detektorzeile der Detektormatrix begonnen wer den. Hier wird die Annahme, dass sich die Streustrahlungs intensität außerhalb des Tomographiemessfelds und die Streu strahlungsintensität in einer randseitigen Detektorzeile - wenn überhaupt - nur unwesentlich unterscheiden, in der Regel zutreffen. Deshalb wird der Fehler vernachlässigbar sein, der sich ergibt, wenn als Streustrahlungsanteil der Intensitäts messwerte der randseitigen Detektorzeile Intensitätswerte aus der Referenzverteilung verwendet werden.

Bei einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird die mindestens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität unter Verwendung der Intensitäts messwerte mindestens einer Detektorzeile der Detektormatrix berechnet. Insbesondere kann dabei die Referenzverteilung auf Grundlage eines mathematischen Faltungsmodells berechnet wer den. Für eine Computertomographieeinrichtung mit einzeilig angeordneten Detektorelementen ist ein solches Faltungsmodell beispielsweise aus B. Ohnesorge: "Untersuchungen der Scatter- Korrektur in Elektronenstrahl-Computertomographen", Lehrstuhl für Nachrichtentechnik der Universität Erlangen-Nürnberg, Diplomarbeit, 1994, bekannt. Durch Anpassung dieses Faltungs modells an eine mehrzeilige Detektormatrix kann die Streu strahlungsverteilung für eine Detektorzeile der Matrix rech nerisch aus den erhaltenen Intensitätsmesswerten dieser De tektorzeile abgeschätzt werden.

Es könnte eingewendet werden, dass grundsätzlich in allen Detektorzeilen die Streustrahlungsverteilung jeweils mit Hil fe des obigen Faltungsmodells berechnet werden könnte und dass dann eine Rekursion überflüssig sei. Faltungsoperationen können jedoch sehr rechenintensiv sein. Die Anwendung der Rekursion für zumindest eine Teilanzahl der Detektorzeilen erlaubt es hingegen, den Rechenaufwand in vertretbaren Gren zen zu halten und gleichzeitig mögliche Änderungen der Streu strahlungsverteilung von Detektorzeile zu Detektorzeile be rücksichtigen zu können.

Zweckmäßigerweise wird die Referenzverteilung unter Verwen dung der Intensitätsmesswerte einer mittleren Detektorzeile der Detektormatrix berechnet werden und die Rekursion zumin dest in dieser mittleren Detektorzeile zu oberen und unteren Detektorzeilen hin begonnen werden. Es versteht sich jedoch, dass auch anhand der Intensitätsmesswerte einer anderen De tektorzeile, insbesondere sogar einer randseitigen Detektor zeile, die Referenzverteilung berechnet werden kann.

Um die Qualität der erhaltenen Ergebnisse für den Streustrah lungsanteil der Intensitätsmesswerte zu verbessern, kann die Rekursion nach einer Teilanzahl von Detektorzeilen beendet werden und in einer nachfolgenden Detektorzeile eine weitere Rekursion gestartet werden. Dabei kann die weitere Rekursion auf Grundlage derselben oder einer anderen Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität gestartet werden.

Wenn das Untersuchungsobjekt vergleichsweise kontrastreiche Strukturen enthält, können sich die Intensitätsmesswerte von Detektorzeile zu Detektorzeile oder/und innerhalb einer De tektorzeile von Detektorelement zu Detektorelement relativ stark ändern, und zwar nicht aufgrund einer rapiden Änderung der Streustrahlung (die sich - wie bereits gesagt - örtlich im Regelfall nur vergleichsweise langsam ändert) sondern auf grund örtlich wechselnder Schwächungseigenschaften des durch strahlten Materials. Damit derartige Unstetigkeiten in der gemessenen Gesamtintensität die letztendlich zur Korrektur der Intensitätsmesswerte herangezogenen Streustrahlungsantei le nicht wesentlich verfälschen, werden die nach Durchführung der Rekursion ermittelten Streustrahlungsanteile in Spalten- und gewünschtenfalls auch in Zeilenrichtung der Detektormat rix vorzugsweise tiefpassgefiltert. Durch die Tiefpassfilte rung werden aus den rekursiv ermittelten Streustrahlungsan teilen solche Intensitätsänderungen herausgefiltert, die eine vergleichsweise hohe Ortsfrequenz besitzen. Diese beruhen regelmäßig auf Änderungen der Schwächungseigenschaften. Die gefilterten Streustrahlungsanteile geben so sehr gut das nie derfrequente Profil der Streustrahlung wieder. Die Intensi tätsmesswerte werden dann in Abhängigkeit von ihrem jeweili gen gefilterten Streustrahlungsanteil korrigiert.

Eine Verfeinerung der erhaltenen Abschätzung für den Streu strahlungsanteil der Intensitätsmesswerte ist möglich, wenn für jeden Intensitätsmesswert ausgehend von zwei verschiede nen Referenzverteilungen zwei Werte des Streustrahlungsan teils ermittelt werden und die Intensitätsmesswerte entspre chend einem jeweiligen gemittelten Streustrahlungsanteil kor rigiert werden.

Unabhängig von der rekursiven Ermittlung der Streustrahlungs anteile soll auch der Gedanke, die Referenzverteilung durch Strahlungsintensitätsmessung außerhalb des Tomographiemess felds zu ermitteln, selbständigen Schutz im Rahmen der Erfindung genießen. Die Erfindung sieht nach einem zweiten Aspekt daher ferner ein Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungsintensitätsmesswerten vor, welche in einer Röntgen- Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomo graphiemessfeld der Computertomographieeinrichtung liegenden Detektormatrix erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordne ter Detektorelemente aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei vor gesehen, dass zunächst mindestens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektormat rix aus Referenzintensitätsmesswerten gewonnen wird, welche durch Strahlungsintensitätsmessung außerhalb des Tomographie messfelds erhalten werden, und dass sodann ausgehend von die ser mindestens einen Referenzverteilung ein Streustrahlungs anteil jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die In tensitätsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden.

Um den Streustrahlenanteil der Intensitätsmesswerte abzu schätzen, kann auch hier die früher erläuterte Rekursion mit den Schritten a) bis c) zur Anwendung kommen. Es ist aber auch denkbar, für jeden Intensitätsmesswert einen Intensi tätswert aus der Referenzverteilung der Streustrahlungsinten sität als Streustrahlungsanteil zu verwenden. Dabei wird für jede Detektorzeile einfach die Referenzverteilung als Streu strahlungsverteilung unmittelbar übernommen. In Fällen, wo sich die Streustrahlungsintensität über die Detektormatrix hinweg tatsächlich nur wenig ändert, können so bereits recht gute Ergebnisse erzielt werden. Ist dagegen mit merklichen Änderungen der Streustrahlungsintensität zu rechnen, wird die rekursive Vorgehensweise vorgezogen werden.

Es versteht sich, dass das Verfahren nach dem zweiten Aspekt durch weitere Merkmale des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ausgestaltet werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Röntgen-Computer tomographieeinrichtung, welche zur Durchführung des Verfah rens nach dem ersten oder/und zweiten Aspekt ausgelegt ist. Insbesondere kann bei dieser Computertomographieeinrichtung eine außerhalb des Tomographiemessfelds angeordnete Zusatzde tektoranordnung zur Gewinnung der Referenzintensitätsmesswer te vorgesehen sein. Die Zusatzdetektoranordnung kann oberhalb einer ersten Detektorzeile der Detektormatrix oder/und unter halb einer letzten Detektorzeile der Detektormatrix mehrere in Zeilenrichtung der Detektormatrix im Abstand voneinander angeordnete Zusatzdetektorelemente aufweisen, deren jedes einen der Referenzintensitätsmesswerte liefert. Die Anzahl der Zusatzdetektorelemente in Zeilenrichtung der Detektormat rix ist dabei vorzugsweise kleiner, insbesondere wesentlich kleiner als die Anzahl der Detektorelemente pro Detektorzei le.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeich nungen näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsge mäßen CT-Scanners mit mehrzeiliger Detektormatrix, und

Fig. 2 schematisch eine Draufsicht auf die Detektormatrix bei Betrachtung in Pfeilrichtung II in Fig. 1.

Der in den Figuren gezeigte CT-Scanner umfasst eine Röntgen quelle 10 sowie eine Detektoranordnung 12. Die Röntgenquelle 10 sendet Röntgenstrahlung fächerförmig aus, wie bei 14 ange deutet. Ein im Strahlengang zwischen der Röntgenquelle 10 und der Detektoranordnung 12 angeordnetes Untersuchungsobjekt 16 wird von der Röntgenstrahlung durchdrungen. Die Detektoran ordnung 12 detektiert die hinter dem Untersuchungsobjekt 16 vorhandene Röntgenstrahlung. Speziell umfasst die Detektoran ordnung 12 eine Detektormatrix 18 aus einer Vielzahl von De tektorelementen 20, welche auf mehrere übereinanderliegende Zeilen verteilt sind und in jeder Zeile in Richtung eines Fächerwinkels β nebeneinander angeordnet sind. In Fig. 2 sind beispielhaft vier solcher Detektorzeilen gezeigt; es versteht sich jedoch, dass die Anzahl der Detektorzeilen hiervon be liebig abweichen kann und beispielsweise stattdessen 8, 16 oder 24 betragen kann. Die Größe des Strahlenfächers 14 in Richtung des Fächerwinkels β ist mittels einer Blendenanord nung 22 einstellbar, welche zwischen der Röntgenquelle 10 und dem Untersuchungsobjekt 16 angeordnet ist. In Spaltenrichtung der Detektormatrix 18, d. h. in einer Richtung z in Fig. 2, erfolgt ebenfalls eine Begrenzung der von der Röntgenquelle 10 ausgesandten Strahlung durch eine vergleichbare Blenden anordnung (nicht gezeigt). Die Blendenanordnung 22 und die soeben angesprochene z-Blendenanordnung definieren im Bereich der Detektoranordnung 12 ein Tomographiemessfeld, innerhalb dessen Primärstrahlung detektierbar ist, die auf geradem Weg von der Röntgenquelle 10 auf die Detektoranordnung 12 trifft, ohne in dem Untersuchungsobjekt 16 gestreut zu werden. Die Detektormatrix 18 liegt vollständig innerhalb dieses Tomogra phiemessfelds. Jede Position in Richtung des Fächerwinkels β, an der sich ein Detektorelement 20 befindet, entspricht einem Projektionskanal.

Jedes Detektorelement 20 detektiert die in seinem Raumbereich einfallende Strahlung und liefert ein entsprechendes Intensi tätsmesssignal I_G(n, k) an eine elektronische Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24. Dabei steht der Index n für die Nummer der Zeile der Detektormatrix 18, in der sich das betreffende Detektorelement 20 befindet, k repräsentiert die Kanalnummer. Die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24 führt an den eingehenden Intensitätsmesssignalen I_G(n, k) zunächst eine Streustrahlungskorrektur durch, indem sie von den Intensitätsmesssignalen I_G(n, k) einen Streustrahlungsan teil I_S(n, k) subtrahiert. Es verbleibt ein Primärstrahlungs anteil I_P(n, k), der für die Intensität der auf das jeweilige Detektorelement 20 einfallenden Primärstrahlung repräsentativ ist. Sodann ermittelt die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24 aus den Intensitätswerten I_P(n, k) Schwächungswerte, die sie zur Rekonstruktion eines auf einem Monitor 26 ange zeigten Tomographiebilds der durchstrahlten Schicht des Un tersuchungsobjekts 16 verwendet. Es versteht sich, dass der CT-Scanner zur Rekonstruktion des Tomographiebilds Projektio nen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Richtungen benötigt. Zu diesem Zweck ist die Röntgenquelle 10 in Pfeilrichtung 28 um das Untersuchungsobjekt 16 bewegbar.

Um die Streustrahlungskorrektur durchführen zu können, ist der CT-Scanner dazu ausgelegt, zunächst eine Referenzvertei lung der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung zu er mitteln. Diese Referenzverteilung gibt für jeden Kanal k ei nen Referenzwert I_Sref(k) für die Streustrahlungsintensität an. Zur Ermittlung der Referenzverteilung umfasst die Detek toranordnung 12 zusätzlich zur Detektormatrix 18 eine Mehr zahl von Zusatzdetektorelementen 30 (siehe Fig. 2). Diese liegen außerhalb des Tomographiemessfelds und werden demge mäss nicht von Primärstrahlung sondern von ausschließlich von Streustrahlung getroffen. Die Zusatzdetektorelemente 30 er lauben es demnach, messtechnisch Informationen über die In tensität der Streustrahlung zu erhalten. Auch die Zusatzde tektorelemente 30 sind mit der Auswerte- und Rekonstruktions einheit 24 verbunden und liefern ihre Messsignale an selbige.

Die Zusatzdetektorelemente 30 sind oberhalb der in z-Richtung obersten oder/und unterhalb der in z-Richtung untersten Zeile der Detektormatrix 18 angeordnet. Da sich die örtliche Ver teilung der Streustrahlung im allgemeinen durch eine ver gleichsweise niederfrequente Funktion beschreiben lässt, ge nügt in Zeilenrichtung ein grobes Raster der Zusatzdetektor elemente 30, weshalb im Vergleich zu der pro Zeile vorhande nen Anzahl von Detektorelementen 20 vorzugsweise nur eine wesentlich geringere, beispielsweise um eine Größenordnung kleinere Anzahl von Zusatzdetektorelementen 30 in Zeilenrich tung vorgesehen ist. Durch Interpolation ermittelt die Aus werte- und Rekonstruktionseinheit 24 dann aus den von den Zusatzdetektorelementen 30 gelieferten Messsignalen die Refe renzverteilung I_Sref(k). Die Zusatzdetektorelemente 30 sind zweckmäßigerweise in Zeilenrichtung in gleichmäßigen Abstän den verteilt; dies ist jedoch nicht zwingend. Selbstverständ lich ist es nicht ausgeschlossen, eine der Anzahl der Detek torelemente 20 gleiche Anzahl von Zusatzdetektorelementen 30 in Zeilenrichtung vorzusehen.

Für die in der Detektorzeile n (n = 1, . ., L) gemessene Gesamtin tensität I_G(n, k) im Kanal k (k = 1, . . ., N) gilt:

I_G(n, k) = I_P(n, k) + I_S(n, k) (1)

Ziel der in der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24 durchgeführten Streustrahlungskorrektur ist es zunächst, den Streustrahlungsanteil I_S(n, k) möglichst genau abzuschätzen, um anschließend möglichst genaue Werte für den Primärstrah lungsanteil I_P(n, k) zur Verfügung zu haben, die der Bildre konstruktion zugeführt werden können.

Die Streustrahlungsabschätzung beginnt in der obersten oder der untersten Detektorzeile, je nachdem, ob die Referenzver teilung I_Sref(k) aus den Messsignalen oberhalb oder unterhalb der Detektormatrix 18 liegender Zusatzdetektorelemente 30 gewonnen wurde. Im folgenden wird davon ausgegangen, dass in der obersten Detektorzeile begonnen wird. Zur vereinfachten Notation wird dabei die Kanalnummer nicht mehr explizit ange geben. Die folgenden Überlegungen gelten jedoch für beliebige Winkelpositionen im Strahlenfächer und demnach für beliebige Kanalnummern. Für die oberste Detektorzeile gilt dann:

I_G(1) = I_P(1) + I_S(1) (2)

Zur Ermittlung der Primärstrahlungsintensität I_P(1) in der obersten (ersten) Detektorzeile wird die Annahme gemacht, dass sich I_Sref und der Streustrahlungsanteil I_S(1) der ersten Detektorzeile - wenn überhaupt - so nur vernachlässigbar unterscheiden. Die Primärstrahlungsintensität I_P(1) kann daher auf einfache Weise wie folgt berechnet werden:

I_P(1) = I_G(1) - I_Sref (3)

Die Primärstrahlungsintensitäten in allen weiteren Detektor zeilen können nun analog unter der Annahme ermittelt werden, dass die Primärstrahlungsintensität I_P(n - 1) der n - 1-ten De tektorzeile näherungsweise der Primärstrahlungsintensität I_P(n) der n-ten Zeile entspricht. Unter dieser Annahme kann die Streustrahlungsintensität I_S(n) in der n-ten Zeile aus der tatsächlich gemessenen Gesamtintensität I_G(n) in dieser Zeile und der Primärstrahlungsintensität I_P(n - 1) in der vor hergehenden Zeile n - 1 rekursiv wie folgt berechnet werden:

I_S(n) = I_G(n) - I_P(n - 1) (4)

Sodann kann die Primärstrahlungsintensität I_P(n) der n-ten Zeile abgeschätzt werden gemäß:

I_P(n) = I_G(n) - I_S(n) (5)

Die Annahme I_P(n - 1) ≈ I_P(n) ist bei kontrastarmen Strukturen im allgemeinen gerechtfertigt. Enthält das Untersuchungsob jekt 16 jedoch kontrastreiche Strukturen, wie beispielsweise Knochen, so können zwischen aufeinanderfolgenden Zeilen o der/und Kanälen signifikante Änderungen der gemessenen Ge samtintensität auftreten. Damit sich solche Signalunstetig keiten beim Übergang von Zeile n - 1 zu Zeile n in der obigen Rekursion nicht auf die Berechnung der Streustrahlungsinten sitäten übertragen und daher die I_P(n)-Werte verfälschen, werden die geschätzten Werte I_S(n) der Streustrahlungsinten sität beispielsweise mit einem Medianfilter wählbarer Länge tiefpassgefiltert. Durch die Tiefpassfilterung werden die angesprochenen Unstetigkeiten beseitigt. Die gefilterten I_S(n)-Werte geben dann eine sehr gute Abschätzung der tat sächlichen Streustrahlungsintensität wieder. Aus den gefilterten I_S(n)-Werten werden anschließend durch Einsetzen in obige Gleichung (5) neue I_P(n)-Werte berechnet, die für die Bildrekonstruktion herangezogen werden.

Die Tiefpassfilterung kann als eindimensionale Filterung in z-Richtung oder auch als zweidimensionale Filterung in z- und Zeilenrichtung durchgeführt werden.

Sind Zusatzdetektorelemente 30 ober- und unterhalb der Detek tormatrix 18 vorgesehen, so können zwei Referenzverteilungen I_Sref,1 und I_Sref,2 ermittelt werden, nämlich eine (I_Sref,1) aus den Messsignalen der oberhalb der Detektormatrix 18 liegenden Zusatzdetektorelemente 30 und die andere (I_Sref,2) aus den Messsignalen der unterhalb der Detektormatrix 18 liegenden Zusatzdetektorelemente 30. Es kann dann obiges Verfahren zur rekursiven Abschätzung der Primärstrahlungsintensitäten zwei mal durchgeführt werden, nämlich einmal beginnend in der o bersten Detektorzeile auf Grundlage der Referenzverteilung I_Sref,1 und einmal beginnend in der untersten Detektorzeile auf Grundlage der Referenzverteilung I_Sref,2. Es werden so für jedes Detektorelement 20 zwei Werte I_P,1 und I_P,2 der Primär strahlungsintensität erhalten, die anschließend gemittelt werden. Für die Bildrekonstruktion werden dann die gemittel ten Intensitätswerte verwendet.

In manchen Fällen kann es bereits genügen, die anhand der Zusatzdetektorelemente 30 gewonnene Referenzverteilung I_Sref als Modell für die Streustrahlungsverteilung aller Detektor zeilen der Detektormatrix 18 zu verwenden. Die Primärstrah lungsintensitäten I_P(n) lassen sich dann einfach wie folgt berechnen:

I_P(n) = I_G(n) - I_Sref (6)

Es ist auch denkbar, die Rekursion nicht über alle Detektor zeilen hinweg fortzuführen, sondern sie nach einer Teilanzahl der Detektorzeilen, beispielsweise nach jeder zweiten, dritten oder vierten Detektorzeile oder nach der Hälfte der De tektorzeilen, abzubrechen und sodann in einer neuen Detektor zeile eine neue Rekursion zu starten. In dieser neuen Detek torzeile wird dann analog zu Gleichung (3) wieder die Annahme gemacht, dass die Streustrahlungsverteilung dieser Zeile der Referenzverteilung I_Sref entspricht. Es ist sogar vorstellbar, beim Neustart der Rekursion von einer anderen Referenzvertei lung auszugehen. Bei obigem Beispiel mit Zusatzdetektorele menten 30 ober- und unterhalb der Detektormatrix könnte es etwa sinnvoll sein, für die obere Hälfte der Detektorzeilen eine Rekursion auf Grundlage der Referenzverteilung I_Sref,1 durchzuführen und für die untere Hälfte der Detektorzeilen eine Rekursion auf Grundlage der Referenzverteilung I_Sref,2 durchzuführen, insbesondere dann, wenn die Detektormatrix 18 eine große Anzahl von Zeilen aufweist, beispielsweise 16, 24 oder 32.

Die Referenzverteilung I_Sref kann auch auf andere Weise als mit Hilfe der Zusatzdetektorelemente 30 ermittelt werden. So ist es beispielsweise möglich, aus den Intensitätsmesswerten I_G(n) einer Zeile der Detektormatrix 18 die zugehörige Streu strahlungsverteilung I_S(n) dieser Zeile rechnerisch zu bestimmen. Diese Streustrahlungsverteilung I_S(n) kann dann als Referenzverteilung I_Sref verwendet werden, um für die üb rigen Zeilen der Detektormatrix 18 den Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte dieser Zeilen mittels obigen Rekur sionsverfahrens abzuschätzen.

Zur rechnerischen Ermittlung einer Streustrahlungsverteilung aus Intensitätsmesswerten ist aus der weiter oben zitierten Literatur von B. Ohnesorge ein Faltungsmodell für ein einzei liges Detektorsystem bekannt. Diesem Modell liegt die Idee zugrunde, dass die prinzipiellen Streuwinkelabhängigkeiten der differentiellen Wirkungsquerschnitte und Streuenergien von Compton- und Raleigh-Streuung die Annahme rechtfertigen, dass die Streubeiträge in einem Detektorkanal k, der zu einem Fächerwinkel β_k zugehörig ist, mit dem Winkelabstand im Fächer (β - β_k) abnehmen. (In der Herleitung werden nur Ein fachstreuprozesse berücksichtigt.) Eine zur Beschreibung ver wendbare "Abstandsfunktion" G(β) hat dann ein Maximum bei β = β_k und überstreicht den Winkelbereich (-β_max + β_k, β_max+ β_k). Eine vom Fächerwinkel β abhängige Streustrahlungsverteilung I_SC(β) ergibt sich dann wie folgt:

I_SC(β) = C_M.f(Δz_sl).(I_SC,forw(β)⊗G(β)).R(β) (7)

Dabei bezeichnen C_M eine Maschinenkonstante und f(Δz_sl) eine schichtdickenabhängige Gewichtung. I_SC,forw(β) ist eine im Mo dell der Einfachstreuung berechnete Vorwärts-Streustrah lungsintensität mit

K_SC,forw ist eine Proportionalitätskonstante, I₀ die Intensität der ungeschwächten Strahlung und I(β) die im Fächerwinkel β vom Detektorsystem gemessene Strahlungsintensität. In der Faltungsgleichung (7) werden durch den Faltungskern G(β) die Streubeiträge aller Strahlen im Fächer zu allen Detektorele menten berücksichtigt. Er wird üblicherweise als Abstandskern angegeben:

A ist ein Parameter, mit dem die Breite gesteuert werden kann. Er kann empirisch aus Bildoptimierungen oder aus einem Vergleich von im Faltungsmodell berechneten und simulierten Streustrahlungsverteilungen bestimmt werden.

Für die Funktion R(β) gilt:

R(β) = 1, falls β ∈ [-β_max, β_max]; 0 sonst (10)

Weitere Informationen zu obigem Faltungsmodell für Einzeilen- Detektorsysteme können der Literatur von B. Ohnesorge entnom men werden.

Dieses bekannte Modell kann nun im Rahmen der Erfindung zur Anpassung an mehrzeilige bzw. flächenartige Detektoren, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt, modifiziert werden. Wegen der Rotationssymmetrie der differentiellen Wirkungsquer schnitte hinsichtlich der Fächerkoordinate β und der Zeilen koordinate z_n (z_n = (L/2 - n)Δz; (n = 1, . . ., L)) kann Gleichung (7) leicht erweitert werden. (Δz stellt die Zeilenhöhe dar.) Die Streustrahlungsintensität I_SC(β, z_n) ist dann gegeben durch:

I_SC(β, z_n) = C_M.f(Δz_sl).(I_SC,forw(β, z_n)⊗G(β, z_n)).R(β, z_n) (11)

Dabei haben C_M und f(Δz_sl) die gleiche Bedeutung wie oben. I_SC,forw(β, z_n) ist wiederum die im Modell der Einfachstreuung berechnete Vorwärts-Streustrahlungsintensität mit

I(β, z_n) bezeichnet die im Fächerwinkel β der n-ten Detektor zeile gemessene Strahlungsintensität. Für R(β, z_n) gilt:

R(β, z_n) = 1, falls β ∈ [-β_max, β_max] und 1 ≦ n ≦ L; 0 sonst (13)

Der Abstandskern lautet nun:

Darin bezeichnet A' wiederum den Breitenparameter, β² + (z_n/R_fd)² misst den Abstand vom Detektorursprung zum Detektor element im Fächerwinkel β der n-ten Detektorzeile und R_fd be zeichnet den Abstand zwischen Fokus und Detektor des CT- Scanners.

Die Streustrahlungsverteilung I_SC(β, z_n) kann in vorstehender Weise für eine beliebige Zeile der Detektormatrix 18 berech net werden. Es wird empfohlen, sie für eine mittlere Detek torzeile zu berechnen. Die so berechnete Streustrahlungsver teilung wird sodann als Referenzverteilung I_Sref für die Re kursion verwendet. Die Rekursion wird in der Zeile gestartet, aus deren Intensitätsmesswerten die Referenzverteilung be rechnet wurde. Im Fall einer mittleren Detektorzeile wird sowohl eine Rekursion zu oberen Detektorzeilen als auch eine Rekursion zu unteren Detektorzeilen hin gestartet. Wird nach einer Teilanzahl von Detektorzeilen die Rekursion unterbro chen, so wird in einer neuen Zeile eine neue Rekursion vor zugsweise mit einer neuen Referenzverteilung begonnen, die mit Hilfe obigen Faltungsmodells aus den Intensitätsmesswer ten dieser neuen Zeile berechnet wurde. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Qualität bei der Abschätzung der genauen Streustrahlungsanteile erzielen.

Claims

1. Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungs intensitätsmesswerten (I_G(n, k)), welche in einer Röntgen- Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomo graphiemessfeld der Computertomographieeinrichtung liegenden Detektormatrix (18) erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter Detektorelemente (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst mindestens eine Referenzverteilung (I_Sref(k)) der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektor matrix (18) ermittelt wird und dass sodann ausgehend von die ser mindestens einen Referenzverteilung ein Streustrahlungs anteil (I_S(n, k)) jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die Intensitätsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jewei ligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden, wobei der Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte mindestens einer Teilanzahl der Detektorzeilen durch Rekursion in fol gender Weise ermittelt wird:

a) der Streustrahlungsanteil (I_S(n, k)) der Intensitäts messwerte (I_G(n, k)) einer aktuellen Detektorzeile der Rekur sion wird aus den Intensitätsmesswerten (I_G(n, k)) dieser aktuellen Detektorzeile und einem Primärstrahlungsanteil (I_P(n - 1, k)) der Intensitätsmesswerte (I_G(n - 1, k)) einer vor hergehenden Detektorzeile der Rekursion ermittelt,
b) der Primärstrahlungsanteil (I_P(n - 1, k)) der Intensitäts messwerte (I_P(n - 1, k)) der vorhergehenden Detektorzeile wird aus den Intensitätsmesswerten (I_G(n - 1, k)) dieser vorherge henden Detektorzeile und deren Streustrahlungsanteil (I_S(n - 1, k)) ermittelt, und
c) als Streustrahlungsanteil (I_S(1, k)) der Intensitäts messwerte (I_G(1, k)) einer ersten Detektorzeile der Rekursion werden Intensitätswerte aus der Referenzverteilung (I_Sref(k)) der Streustrahlungsintensität verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Referenzverteilung (I_Sref(k)) der Streustrahlungsintensität aus Referenzintensitätsmesswerten gewonnen wird, welche durch Strahlungsintensitätsmessung au ßerhalb des Tomographiemessfelds erhalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsintensitätsmessung oberhalb einer ersten Detektorzeile der Detektormatrix (18) oder/und unterhalb ei ner letzten Detektorzeile der Detektormatrix durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzintensitätsmesswerte an in Zeilenrichtung der Detektormatrix (18) im Abstand voneinander liegenden Messor ten gewonnen werden, deren Anzahl kleiner, insbesondere we sentlich kleiner als die Anzahl der Detektorelemente (20) pro Detektorzeile ist, und dass die Referenzverteilung (I_Sref(k)) der Streustrahlungsintensität durch Interpolation der Refe renzintensitätsmesswerte gewonnen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzverteilung (I_Sref,1(k)) durch Strahlungsin tensitätsmessung oberhalb der ersten Detektorzeile der Detek tormatrix (18) und eine weitere Referenzverteilung (I_Sref,2(k)) durch Strahlungsintensitätsmessung unterhalb der letzten Detektorzeile der Detektormatrix gewonnen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekursion zumindest in einer randseitigen Detektor zeile der Detektormatrix (18) begonnen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Referenzverteilung (I_Sref(k)) der Streustrahlungsintensität unter Verwendung der Intensitäts messwerte (I(β, z_n)) mindestens einer Detektorzeile der De tektormatrix (18) berechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzverteilung (I_Sref(k)) auf Grundlage eines mathematischen Faltungsmodells berechnet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzverteilung (I_Sref(k)) unter Verwendung der Intensitätsmesswerte (I(β, z_n)) einer mittleren Detektorzeile der Detektormatrix (18) berechnet wird und dass die Rekursion zumindest in dieser mittleren Detektorzeile zu oberen und unteren Detektorzeilen hin begonnen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekursion nach einer Teilanzahl von Detektorzeilen beendet wird und in einer nachfolgenden Detektorzeile eine weitere Rekursion gestartet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Rekursion auf Grundlage derselben Referenz verteilung (I_Sref(k)) der Streustrahlungsintensität gestartet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Rekursion auf Grundlage einer anderen Refe renzverteilung (I_Sref,1(k), I_Sref,2(k)) der Streustrahlungsin tensität gestartet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nach Durchführung der Rekursion ermittelten Streu strahlungsanteile (I_S(n, k)) in Spalten- und gewünschtenfalls auch in Zeilenrichtung der Detektormatrix tiefpassgefiltert werden und die Intensitätsmesswerte (I_G(n, k)) in Abhängig keit von ihrem jeweiligen gefilterten Streustrahlungsanteil korrigiert werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Tiefpassfilterung der Streustrahlungsanteile (I_S(n, k)) ein Medianfilter verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Intensitätsmesswert (I_G(n, k)) ausgehend von zwei verschiedenen Referenzverteilungen (I_Sref,1(k), I_Sref,2(k)) zwei Werte des Streustrahlungsanteils ermittelt wer den und die Intensitätsmesswerte (I_G(n, k)) entsprechend ei nem jeweiligen gemittelten Streustrahlungsanteil korrigiert werden.

16. Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungsin tensitätsmesswerten (I_G(n, k)), welche in einer Röntgen- Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomo graphiemessfeld der Computertomographieeinrichtung liegenden Detektormatrix (18) erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter Detektorelemente (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst mindestens eine Referenzverteilung (I_Sref(k)) der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektor matrix aus Referenzintensitätsmesswerten gewonnen wird, wel che durch Strahlungsintensitätsmessung außerhalb des Tomogra phiemessfelds erhalten werden, und dass sodann ausgehend von dieser mindestens einen Referenzverteilung ein Streustrahlungsanteil (I_S(n, k)) jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die Intensitätsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Streustrahlungsanteil (I_S(n, k)) der Intensitäts messwerte (I_G(n, k)) mindestens einer Teilanzahl der Detek torzeilen durch Rekursion in folgender Weise ermittelt wird:

a) der Streustrahlungsanteil (I_S(n, k)) der Intensitäts messwerte (I_G(n, k)) einer aktuellen Detektorzeile der Rekur sion wird aus den Intensitätsmesswerten (I_G(n, k)) dieser aktuellen Detektorzeile und einem Primärstrahlungsanteil (I_P(n - 1, k)) der Intensitätsmesswerte (I_G(n - 1, k)) einer vor hergehenden Detektorzeile der Rekursion ermittelt,
b) der Primärstrahlungsanteil (I_P(n - 1, k)) der Intensitäts messwerte (I_G(n - 1, k)) der vorhergehenden Detektorzeile wird aus den Intensitätsmesswerten (I_G(n - 1, k)) dieser vorherge henden Detektorzeile und deren Streustrahlungsanteil (I_S(n - 1, k)) ermittelt, und
c) als Streustrahlungsanteil (I_S(1, k)) der Intensitätsmess werte (I_G(1, k)) einer ersten Detektorzeile der Rekursion werden Intensitätswerte aus der Referenzverteilung (I_Sref(k)) der Streustrahlungsintensität verwendet.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Intensitätsmesswert (I_G(n, k)) ein Intensi tätswert aus der Referenzverteilung (I_Sref(k)) der Streustrah lungsintensität als Streustrahlungsanteil (I_S(n, k)) verwen det wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch weitere Merkmale mindestens eines der Ansprüche 3 bis 6 und 10 bis 15.

20. Röntgen-Computertomographieeinrichtung, welche zur Durch führung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 o der/und des Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 19 ausgelegt ist.

21. Computertomographieeinrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine außerhalb des Tomographiemessfelds angeordnete Zusatzde tektoranordnung (30) zur Gewinnung der Referenzintensitäts messwerte.

22. Computertomographieeinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzdetektoranordnung (30) oberhalb einer ersten Detektorzeile der Detektormatrix (18) oder/und unterhalb ei ner letzten Detektorzeile der Detektormatrix mehrere in Zei lenrichtung der Detektormatrix im Abstand voneinander ange ordnete Zusatzdetektorelemente (30) aufweist, deren jedes einen der Referenzintensitätsmesswerte liefert.

23. Computertomographieeinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zusatzdetektorelemente (30) in Zeilen richtung der Detektormatrix (18) kleiner, insbesondere we sentlich kleiner als die Anzahl der Detektorelemente (20) pro Detektorzeile ist.