DE102004062857A1

DE102004062857A1 - Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines Skalierungsfaktors für Messwerte eines Computertomographiegerätes

Info

Publication number: DE102004062857A1
Application number: DE102004062857A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Bruder; Johannes Dr. Ebersberger; Rainer Dr. Raupach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13
Also published as: US20060146984A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines Skalierungsfaktors für mit einem Computertomographiegerät (1) gewonnene Messwerte, welches Computertomographiegerät (1) wenigstens zwei um eine gemeinsame Rotationsachse (9) umlauffähige Aufnahmesysteme aufweist, von denen jedes eine Röntgenstrahlenquelle (11, 15) und einen Detektorelemente (13a, 13b, 13c, 17a, 17b, 17c) aufweisenden Detektor (13, 17) zur Detektion von von der Röntgenstrahlenquelle (11, 15) ausgehender Röntgenstrahlung umfasst. Zur Reduzierung von Artefakten, wenn bei der Rekonstruktion eines Bildes Messwerte der beiden Aufnahmesysteme verwendet werden, wird ein Skalierungsfaktor für die Messwerte des ersten oder des zweiten Aufnahmesystems, basierend auf Messwerten, ermittelt, die aus von einem Objekt (5, 50) mit den beiden Aufnahmesystemen aufgenommenen Projektionen stammen, wobei mit jedem der beiden Aufnahmesysteme wenigstens eine Projektion unter wenigstens im Wesentlichen dem gleichen Projektionswinkel aufgenomen wird, deren Messwerte miteinander verglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines Skalierungsfaktors für mit einem Computertomographiegerät gewonnene Messwerte. Das Computertomographiegerät weist wenigstens zwei um eine gemeinsame Rotationsachse umlauffähige Aufnahmesysteme auf, von denen jedes eine Röntgenstrahlenquelle und einen Detektorelemente aufweisenden Detektor zur Detektion von von der Röntgenstrahlenquelle ausgehender Röntgenstrahlung umfasst.

Ein derartiges Computertomographiegerät ist beispielsweise aus der DE 103 02 565 A1 bekannt. Der Vorteil eines Computertomographiegerätes mit zwei oder mehreren Aufnahmesystemen gegenüber einem Computertomographiegerät mit nur einem Aufnahmesystem liegt in einer erhöhten Datenaufnahmerate, die zu einer geringeren Aufnahmezeit führt und in einer erhöhten zeitlichen Auflösung. Eine verkürzte Aufnahmezeit ist günstig, weil damit Bewegungsartefakte im rekonstruierten Bild, beispielsweise verursacht durch freiwillige oder unfreiwillige Bewegungen eines aufgenommenen Objektes, minimiert werden. Dies ist vor allem im medizinischen Bereich von Bedeutung, wenn insbesondere während eines Spiralscans ein größeres Volumen, z. B. des Herzens, aufgenommen wird. Eine erhöhte Zeitauflösung ist beispielsweise zur Darstellung von Bewegungsabläufen notwendig, weil dann die zur Rekonstruktion eines Bildes verwendeten Daten in möglichst kurzer Zeit aufgenommen werden müssen.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass dann, wenn mit einem derartigen Computertomographiegerät Bilder eines Objektes rekonstruiert werden, die auf Messwerten der beiden Aufnahmesysteme basieren, Artefakte in den Bildern auftreten. Ursache der Artefakte sind verschiedene Skalierungen der mit den beiden Aufnahmesystemen gewonnenen Messwerte. Die verschiedenen Skalierungen der Messwerte resultieren aus voneinander unabhängigen Einstellungen der beiden Aufnahmesysteme vor der Inbetriebnahme des Computertomographiegerätes für Objektmessungen. Speziell für den Detektor eines Aufnahmesystems sind vor der Inbetriebnahme verschiedene Schritte zur Kalibrierung, Normierung und Korrektur von Messwerten durchzuführen bzw. verschiedene Korrekturtabellen aufzunehmen und für die spätere Signalverarbeitung zu hinterlegen, um qualitativ hochwertige Bilder aus dessen Messwerte rekonstruieren zu können. Exemplarisch seien hier Off-Set-Korrekturtabellen, Kanalfehlerkorrekturtabellen, Strahlungsaufhärtungs-Korrekturtabellen sowie Wasserskalierungsfaktoren genannt. Die Ermittlung der Korrekturtabellen ist erforderlich, da sich die Detektorelemente, welche den Detektor bilden, in Ihrem Messverhalten aufgrund von Toleranzen voneinander leicht unterscheiden, obwohl die Detektorelemente eines Detektors schon vorab so ausgewählt werden, das sie wenigstens im Wesentlichen das gleiche Verhalten zeigen. Die Detektorelemente verschiedener Detektoren sind in der Regel nicht aufeinander abgestimmt. Daher stimmt das Verhalten zweier verschiedener Detektoren in der Regel auch nicht überein. Die auf den Korrekturtabellen basierenden Skalierungen für die mit den beiden Detektoren gewonnenen Messwerte werden unabhängig voneinander ermittelt, so dass sich hierdurch keine Abstimmung der Detektoren ergibt.

Rekonstruiert man Bilder aus Messwerten eines jeden Detektors für sich, erhält man qualitativ hochwertige Bilder. Führt man aber bei einem Computertomographiegerät der eingangs genannten Art die Messwerte der zwei Detektoren zusammen, so ergeben sich aufgrund der verschiedenen Skalierungen Datensprünge, die die bereits erwähnten Artefakte im rekonstruierten Bild verursachen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines Skalierungsfaktors für ein Computertomographiegerät der eingangs genannten Art anzugeben, so dass bei einer Rekonstruktion eines Bildes, bei der Messwerte der beiden Aufnahmesysteme verwendet werden, das Auftreten von Artefakten zumindest reduziert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines Skalierungsfaktors für mit einem Computertomographiegerät gewonnene Messwerte, welches Computertomographiegerät wenigstens zwei um eine gemeinsame Rotationsachse umlauffähige Aufnahmesysteme aufweist, von denen jedes eine Röntgenstrahlenquelle und einen Detektorelemente aufweisenden Detektor zur Detektion von von der Röntgenstrahlenquelle ausgehender Röntgenstrahlung umfasst. Um das Auftreten von Artefakten zu reduzieren, wenn bei der Rekonstruktion eines Bildes Messwerte der beiden Aufnahmesysteme verwendet werden, ist es nach der Erfindung vorgesehen, einen Skalierungsfaktor für die Messwerte des ersten oder des zweiten Aufnahmesystems zu ermitteln. Der Skalierungsfaktor wird dabei aus Messwerten ermittelt, die aus von einem Objekt mit den beiden Aufnahmesystemen aufgenommenen Projektionen stammen, wobei mit jedem der beiden Aufnahmesysteme wenigstens eine Projektion unter wenigstens im Wesentlichen dem gleichen Projektionswinkel aufgenommen wird. Demnach sind erfindungsgemäß die mit den Detektoren der beiden Aufnahmesysteme gewonnenen Messwerte miteinander vergleichbar und vorzugsweise global ein assoziierter Skalierungsfaktor für eines der beiden Aufnahmesysteme bestimmbar. Auf diese Weise können unter Berücksichtigung des ermittelten Skalierungsfaktors die mit den beiden Aufnahmesystemen aufgenommenen Messwerte nach der Skalierung in Abhängigkeit des zu rekonstruierenden Bildes zusammengeführt und ein Bild von einem aufgenommenen Objekt rekonstruiert werden, bei dem die ansonsten aufgetretenen Artefakte zumindest reduziert und unter Umständen sogar vollständig vermieden sind.

Sollten sich dennoch Artefakte zeigen, könnte es erforderlich sein, anstelle eines global ermittelten assoziierten Skalie rungsfaktors mehrere Skalierungsfaktoren für verschiedene Abschnitte eines Detektors bzw. für verschiedene Gruppen von Detektorelementen eines Detektors zu ermitteln, so dass jedem betroffenen Detektorabschnitt eines der beiden Detektoren der beiden Aufnahmesysteme ein entsprechender Skalierungsfaktor zugeordnet wird.

Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass bei der Ermittlung des Skalierungsfaktors Messwerte von korrespondierenden Detektorelementen der beiden Aufnahmesysteme, welche sich bei der Aufnahme der jeweiligen Projektionen wenigstens im Wesentlichen an der gleichen oder einer entsprechenden Raumposition befinden, miteinander verglichen werden. Vorzugsweise werden die Messwerte von korrespondierenden Detektorelementen dividiert. Wegen des Rauschens der Messwerte wird nach einer Variante der Erfindung über die dividierten Messwerte gemittelt. Da die Detektorelemente eines Detektors, wie eingangs erwähnt, derart ausgewählt werden, dass sie sich im Wesentlichen gleich verhalten, kann auf diese Weise ein assoziierter Skalierungsfaktor für eines der beiden oder auch beide Aufnahmesysteme ermittelt werden.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass jeweils über die Messwerte der Projektion gemittelt wird, die mit jedem der beiden Aufnahmesysteme unter wenigstens im Wesentlichen dem gleichen Projektionswinkel aufgenommen wird. Die ermittelten Mittelwerte werden anschließend dividiert, um den Skalierungsfaktor zu bestimmen.

Nach einer Variante der Erfindung werden zur Ermittlung des Skalierungsfaktors mehrere, unter verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommene Projektionen der beiden Aufnahmesysteme herangezogen. Zur Ermittlung des Skalierungsfaktors stehen also mehrere Projektionspaare zur Verfügung, wobei eine Projektion eines Projektionspaares mit dem ersten Aufnahmesystem und die andere Projektion des Projektionspaares mit dem zwei ten Aufnahmesystem jeweils unter dem wenigstens im Wesentlichen gleichen Projektionswinkel aufgenommen werden.

Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, bei der Ermittlung des Skalierungsfaktors, mehrere Projektionen heranzuziehen, die in einem oder in mehreren verschiedenen Segmenten eines Scans gewonnen werden. In diesem Fall werden also nur Projektionspaare eines bestimmten Sektors eines Scans zur Ermittlung des Skalierungsfaktors herangezogen, was dann von Vorteil sein kann, wenn die in einem bestimmten Sektor aufgenommenen Projektionen von dem Objekte, welches zur Ermittlung des Skalierungsfaktors herangezogen wird, für die Ermittlung des Skalierungsfaktors einfacher auszuwerten sind.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung werden zur Ermittlung des Skalierungsfaktors in dem Fall, in dem mehrere Projektionspaare der beiden Aufnahmesysteme zur Ermittlung des Skalierungsfaktors herangezogen werden, über Messwerte eines Detektorelementes eines jeden Detektors, die aus unter verschiedenen Projektionswinkeln gewonnenen Projektionen stammen, gemittelt und die gemittelten Messwerte korrespondierender Detektorelemente der beiden Detektoren dividiert. Wenn global ein assoziierter Skalierungsfaktor ermittelt werden soll, wird dann wieder über diese ermittelten Werte gemittelt, um den Skalierungsfaktor zu erhalten.

Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Ermittlung des Skalierungsfaktors im Zuge der Wasserwertskalierung der beiden Aufnahmesysteme vor einer Objektmessung erfolgt. Die Wasserwertskalierung ist dabei der letzte Schritt bei der eingangs angesprochenen Generierung von Korrekturtabellen und -werten für die CT-Rohdatenverarbeitung. Bei der Wasserwertskalierung wird für ein Aufnahmesystem ein Wasserskalierungsfaktor ermittelt, mit dem die bereits anderweitig kalibrierten, normierten und korrigierten Messwerte zu multiplizieren sind, damit die CT-Werte in einem Bild einer zentrischen kreisrunden Wasserscheibe, das aus den Messwerten des Aufnah mesystems rekonstruiert wurde, im Mittelwert bei 0 HU (Hounsfield Unit) liegen. Diese Wasserwertskalierung wird bevorzugt für beide Aufnahmesysteme durchgeführt, so dass beide Aufnahmesysteme unabhängig voneinander zur Bildgebung verwendbar sind.

Nach einer anderen Variante der Erfindung erfolgt die Ermittlung des Skalierungsfaktors während einer Objektmessung mit den beiden Aufnahmesystemen. Es können also auch im Zuge einer Objektmessung korrespondierende Projektionen, also ein Projektionspaar, unter einem wenigstens im Wesentlichen gleichen Projektionswinkel aufgenommen und die Messwerte der beiden Projektionen zur Ermittlung des Skalierungsfaktors miteinander verglichen werden. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere zur Überprüfung des Skalierungsfaktors während des Betriebes des Computertomographiegerätes an. Im Laufe der Zeit können sich nämlich, beispielsweise durch Alterungserscheinungen der Detektorelemente, Driften der Messwerte einstellen, denen durch die Neuermittlung des Skalierungsfaktors begegnet werden kann.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in Abhängigkeit von der Schichtdicke des in der Regel mit Blenden geformten, von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlenbündels und der Energie der Röntgenstrahlung mehrere Skalierungsfaktoren ermittelt und für die spätere Signalverarbeitung in einem Speicher des Computertomographiegerätes hinterlegt. In der Regel handelt es sich bei der Röntgenstrahlenquelle um eine Röntgenröhre, so dass die Skalierungsfaktoren in Abhängigkeit von den an die Röntgenröhre angelegten Hochspannungen ermittelt werden. Die Abhängigkeit des Skalierungsfaktors von der Schichtdicke erklärt sich aus der unterschiedlichen Streustrahlakzeptanz eines Detektors. So korrigiert die Aufhärtungskorrektur nicht nur Strahlaufhärtungseffekte, sondern auch Nichtlinearitäten wegen Streustrahleinfangens aus dem zur Kalibrierung in der Regel verwendeten Wasserphantom, weshalb es Schichtdicken ab hängig leichte Variationen in den effektiven Strahlungsschwächungswerten gibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 in einer Übersichtsdarstellung ein zwei Aufnahmesysteme aufweisendes Computertomographiegerät,
2 in einer Schnittdarstellung die zwei Aufnahmesysteme des Computertomographiegerätes aus 1 und
3 in einer Schnittdarstellung die zwei Aufnahmesysteme des Computertomographiegerätes aus 1 in einer anderen Stellung als in 2.
In 1 ist in einer Übersichtsdarstellung ein Computertomographiegerät 1 mit einer eine bewegliche Tischplatte aufweisenden Lagerungseinrichtung 3 zur Aufnahme und Lagerung eines Objektes gezeigt. In 1 ist auf der Lagerungseinrichtung 3 ein Patient 5 gelagert, der mittels der beweglichen Tischplatte in eine Patientenöffnung 7 eines Gehäuses 8, dem Untersuchungs- oder Scanbereich, des Computertomographiegerätes 1 einführbar ist. Das Computertomographiegerät 1 weist in seinem Gehäuse 8 zwei um eine gemeinsame Rotationsachse 9 umlauffähige Aufnahmesysteme auf. Das erste Aufnahmesystem umfasst eine Röntgenstrahlenquelle in Form einer Röntgenröhre 11 und einen im vorliegenden Fall mehrzeiligen, der Röntgenröhre 11 gegenüberliegenden Röntgenstrahlendetektor 13. Das zweite Aufnahmesystem, welches im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles in der gleichen Rotationsebene angeordnet ist wie das erste Aufnahmesystem, umfasst ebenfalls eine Röntgenstrahlenquelle in Form einer Röntgenröhre 15 und einen im vorliegenden Falle mehrzeiligen, der Röntgenröhre 15 gegenüberliegenden Röntgenstrahlendetektor 17. Dadurch, dass die beiden Aufnahmesysteme in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, befinden sich auch die von den beiden Röntgenstrahlenquellen 11 und 15 ausgehenden Röntgenstrahlenbündel wenigstens im Wesentlichen in der gleichen Ebene. Die beiden Aufnahmesysteme sind im Übrigen in in 1 nicht näher gezeigter Weise auf einem gemeinsamen Drehwagen angeordnet, der um die Rotationsachse 9 drehbar ist. Zur Untersuchung des Patienten 5 wird dieser durch Verstellung der Tischplatte in die Patientenöffnung 7 des Gehäuses 8 verbracht, so dass in einem so genannten Scan Röntgenprojektionen von dem Patienten 5 mit einem oder beiden Aufnahmesystemen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen gewonnen werden können. Vorzugsweise werden die Projektionen in einem Spiralscan gewonnen, bei dem sich während der Rotation der beiden Aufnahmesysteme die Tischplatte in bzw. durch die Patientenöffnung 7 des Gehäuses 8 bewegt. Aus den unter verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommenen Röntgenprojektionen kann mit einem Steuer- und Bildrechner 18 des Computertomographiegerätes 1 in an sich bekannter Weise ein 2- oder 3-dimensionales Bild von dem aufgenommenen Körperbereich des Patienten 5 rekonstruiert werden. Die mit den beiden Aufnahmesystemen gewonnenen Projektionen können dabei unabhängig voneinander zur Rekonstruktion eines Bildes herangezogen werden. Die aus den Projektionen der beiden Aufnahmesysteme stammenden Messwerte werden aber auch, je nach dem vorliegenden Anwendungsfall, miteinander gemischt, um daraus unter Anwendung eines an sich bekannten Bildrekonstruktionsalgorithmus ein Bild von dem aufgenommenen Körperbereich des Patienten 5, bei dem es sich um ein Schnittbild oder um ein Volumenbild handeln kann, zu rekonstruieren. Zur Bedienung des Computertomographiegerätes 1 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles im Übrigen eine separate Bedieneinheit 10 vorgesehen.
Die Anordnung der beiden Aufnahmesysteme ist in 2 nochmals genauer dargestellt. Aus 2 ist zu erkennen, dass der Röntgenröhre 11 des ersten Aufnahmesystems eine Blende 41 zugeordnet ist, mit der nicht nur wie in 2 dargestellt der Öffnungswinkel variiert werden kann, sondern auch die in Richtung der Rotationsachse 9 zu messende Dicke des fächer- oder pyramidenförmigen Röntgenstrahlenbündels, womit die Schichtdicke eines zu durchstrahlenden Objektes festgelegt wird. In 2 ist für das erste Aufnahmesystem der maximale Fächeröffnungswinkel 2β_1max gezeigt, bei dem das Röntgenstrahlenbündel mit dem Mittenstrahl 23 und den Randstrahlen 21 den gesamten Detektor 13 ausleuchtet. Bei Rotation des Aufnahmesystems in φ-Richtung, bei der sich die Röntgenröhre 11 auf der Umlaufbahn 19 bewegt, kann ein Messfeld 31 abgescannt werden. Der Detektor 13 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels im Übrigen mehrere Zeilen von Detektorelementen auf. In 2 ist jedoch nur eine Detektorzeile mit Detektorelementen 13a, 13b, ... gezeigt. Wird der Öffnungswinkel auf 2β₁ reduziert, wird nur noch ein Teil des Detektors 13 ausgeleuchtet und es ergibt sich das verkleinerte Messfeld 35.
Das zweite Aufnahmesystem ist um 90° um die Rotationsachse 9 versetzt zu dem ersten Aufnahmesystem angeordnet und weist im Wesentlich den gleiche Aufbau wie das erste Aufnahmesystem auf. Der Röntgenröhre 15 ist eine Blende 45 zugeordnet, mit der ebenfalls die Dicke des von der Röntgenröhre 15 ausgehenden Röntgenstrahlenbündels sowie der Öffnungswinkel einstellbar ist. Im Unterschied zu dem ersten Aufnahmesystem weist das zweite Aufnahmesystem aber einen kleineren Detektor 17 auf. Bei maximalem Öffnungswinkel 2β_2max wird der Detektor 17 von dem von der Röntgenröhre 15 ausgehenden Röntgenstrahlenbündel mit den Ranstrahlen 25 und dem Mittestrahl 27 voll ausgeleuchtet. Bei Rotation des zweiten Aufnahmesystems, bei der sich die Röntgenröhre 15 ebenfalls auf der Umlaufbahn 19 bewegt, kann ebenfalls das Messfeld 35 abgetastet werden. Der Detektor 17 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ebenfalls mehrere Zeilen von Detektorelementen auf. In 2 ist jedoch auch nur eine Detektorzeile mit Detektorelementen 17a, 17b, ... gezeigt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit zwei Aufnahmesystemen mit verschiedenen Detektorgrößen ist das erste Aufnahmesystem in der Regel das bevorzugte Aufnahmesystem, das auch ohne das zweite Aufnahmesystem zur Aufnahme von Projektionen von einem Objekt eingesetzt wird. Wenn sinnvoll kann aber auch das zweite Aufnahmesystem ohne das erste Aufnahmesystem eingesetzt werden. Soll beispielsweise ein bewegtes Organ, wie das Herz, mit erhöhter Datenaufnahmerate und erhöhter zeitlicher Auflösung untersucht werden, werden beide Aufnahmesysteme gleichzeitig betrieben, wobei beide Aufnahmesysteme vorzugsweise das Messfeld 35 abtasten.
Um mit jedem der Aufnahmesysteme des Computertomographiegerätes 1 aussagekräftige Bilder von einem Objekt rekonstruieren zu können, ist es erforderlich, für jedes Aufnahmesystem vor Inbetriebnahme des Computertomographiegerätes 1 für Objektmessungen, wie eingangs erwähnt, verschiedene Korrekturtabellen für die spätere Signalverarbeitung zu ermitteln und die ermittelten Korrekturtabellen für den Steuer- und Bildrechner 18 in einem für den Steuer- und Bildrechner zugänglichen Datenspeicher 16 zu hinterlegen.
Die für den Aufbau der beiden Detektoren der beiden Aufnahmesysteme verwendeten Detektorelemente weisen nämlich bedingt durch die Fertigung Toleranzen auf und zeigen daher ein leicht voneinander abweichendes Messverhalten. Der Aufbau der Detektoren der Aufnahmesysteme aus Detektorelementen erfolgt zwar derart, dass innerhalb eines Detektors die Detektorelemente im Wesentlichen dieselben Verhaltensweisen zeigen. Die Detektorelemente verschiedener Detektoren sind aber nicht aufeinander abgestimmt. Aus diesem Grund werden für die beiden Aufnahmesysteme zunächst getrennt voneinander Korrekturtabellen, beispielsweise Off-Set-Korrekturtabellen, Kanalfehlerkorrekturtabellen, Strahlaufhärtungskorrekturtabellen, gewonnen und für die Berücksichtigung bei der späteren Signalverarbeitung in dem Datenspeicher 16 hinterlegt. Den letzten Schritt bei der Tabellengenerierung in der CT-Rohdatenvor verarbeitung stellt die Wasserwertskalierung dar. Auch ohne Wasserwertskalierung könnte man schon mit jedem der beiden Aufnahmesysteme ein Bild von einem Objekt rekonstruieren, da für die Detektorelemente der beiden Detektoren 13, 17 der beiden Aufnahmesysteme schon Korrekturtabellen ermittelt wurden. Die CT-Werte in einem derart rekonstruierten Bild weisen jedoch noch einen Off-Set auf, der durch die Wasserwertskalierung beseitigt werden soll.
Bei der Wasserwertskalierung wird ein mit Wasser gefülltes Phantom 50, bei dem es sich in der Regel um eine kreisrunde Wasserscheibe von ca. 20 cm Durchmesser handelt, derart in der Öffnung 7 des Computertomographiegerätes 1 angeordnet, dass die Rotationsachse 9 und die Mittelachse 51 des Wasserphantoms wenigstens im Wesentlichen fluchten. Anschließend werden zunächst mit dem ersten Aufnahmesystem unter Drehung des ersten Aufnahmesystems um die Rotationsachse 9 Projektionen unter verschiedenen Projektionswinkeln von dem Wasserphantom 50 aufgenommen und unter Berücksichtigung aller bisher ermittelter Korrekturwerte ein Bild von dem Wasserphantom 50 rekonstruiert. Anschließend wird ein Mittelwert M der CT-Werte des Bildes des Wasserphantoms aus einem zentrischen, kreisförmigen Bereich von ca. 5 cm Durchmesser gebildet. Der Wasserskalierungsfaktor bestimmt sich dann durch die Gleichung SKL (h, V) = 1000 : (1000 + M).
Der Wasserskalierungsfaktor ist abhängig von der Schichtdicke des auf den Detektor 13 auftreffenden Röntgenstrahlenbündels, welche durch die der Röntgenröhre 11 zugeordnete Blende 41 eingestellt werden kann. Außerdem ist der Wasserskalierungsfaktor abhängig von der an die Röntgenröhre 11 angelegten Hochspannung. Daher werden für das erste Aufnahmesystem in Abhängigkeit von der Schichtdicke h₁ und der angelegten Röhrenhochspannung V₁ verschiedene Wasserskalierungsfaktoren ermittelt und in dem Datenspeicher 16 abgelegt.
In gleicher Weise werden mit dem zweiten Aufnahmesystem in Abhängigkeit von der Schichtdicke h₂, welche durch die der zweiten Röntgenröhre 15 zugeordnete Blende 45 einstellbar ist, und in Abhängigkeit von der an die zweite Röntgenröhre angelegten Hochspannung V₂ mehrere Wasserskalierungsfaktoren ermittelt und im Datenspeicher 16 abgelegt.
Die beiden Aufnahmesysteme sind für sich dann zwar jeweils eingestellt. Wenn jedoch Messwerte der beiden Aufnahmesysteme verwendet werden, um daraus ein Bild von einem untersuchten Objekt zu rekonstruieren, ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen, auf den verschiedenen Korrekturtabellen basierenden Skalierungsfaktoren für die beiden Aufnahmesysteme Datensprünge, die zu Artefakten in einem rekonstruierten Bild führen. Um dem entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen einen weiteren Skalierungsfaktor für die Messwerte des ersten oder des zweiten Aufnahmesystems zu ermitteln, um die die Artefakte zumindest zu reduzieren.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird der Skalierungsfaktor für die Messwerte des zweiten Aufnahmesystems ermittelt. Im Zuge der Ermittlung des Skalierungsfaktors wird zunächst mit dem ersten Aufnahmesystem von dem Wasserphantom 50 bei einer ersten, mit der Blende 41 eingestellten Schichtdicke h₁ und einer ersten, an der Röntgenröhre 11 angelegten Spannung V₁ in der in 2 dargestellten Position des ersten Aufnahmesystems (φ=0°) eine Projektion von dem Wasserphantom 50 aufgenommen. Der Einfachheit halber wird im Folgenden nur die in 2 gezeigte Detektorzeile des Detektors 13 betrachtet. Die Messwerte der Detektorelemente des Detektors 13 werden dabei in dem Datenspeicher 16 zwischengespeichert. Die beiden Aufnahmesysteme werden dann um 90° gegen den Uhrzeigersinn (φ-Richtung) gedreht, so dass, wie in 3 gezeigt, der Detektor 17 des zweiten Aufnahmesystems wenigstens im Wesentlichen an der gleichen räumlichen Position zum Liegen kommt wie zuvor der Detektor 13 der ersten Aufnah mesystems, d.h. die Detektorelemente 13a und 17a bzw. 13b und 17b bzw. 13c und 17c etc. korrespondieren miteinander. Die korrespondierenden Detektorelemente müssen dabei nicht exakt dieselbe räumliche Position einnehmen. Vielmehr genügt es, wenn sich ihre Positionen entsprechen. Exemplarisch sein dies für die Detektorelemente 13a und 17a erläutert. Der räumliche Verlauf des Mittestrahl 27 entspricht nach der 90° Drehung wenigstens im Wesentlich dem räumlichen Verlauf des Mittenstrahl 23 vor der 90° Drehung. Da der Mittenstrahl 23 vor der 90°-Drehung (2) auf das Detektorelement 13a und der Mittestrahl 27 nach der 90°-Drehung (3) auf das Detektorelement 17a trifft, entsprechen sich die beiden Detektorelement. Miteinander Korrespondierende bzw. einander entsprechende Detektorelemente werden also von einem Röntgenstrahl wenigstens im Wesentlicher gleicher Raumrichtung getroffen unter Berücksichtigung des 90°-Versatzes der Aufnahmesysteme.
In dieser Stellung, also bei φ=0° für das zweite Aufnahmesystem, wird in Abhängigkeit von der mit der Blende 45 des zweiten Aufnahmesystems eingestellten Schichtdicke h₂, die gleich h₁ ist, und der an die Röntgenröhre 15 angelegten Hochspannung V2, die gleich V₁ ist, eine Projektion von dem Wasserphantom 50 aufgenommen und die Messwerte des Detektors 17 in dem Datenspeicher 16 zwischengespeichert. Somit wurde also von dem Wasserphantom 50 mit beiden Aufnahmesystemen unter dem gleichen Projektionswinkel (φ=0°) eine Projektion von dem Wasserphantom 50 aufgenommen und dadurch ein Projektionspaar der beiden Aufnahmesysteme erhalten. Die Detektorelemente der beiden Aufnahmesysteme haben sich dabei bei der Aufnahme der jeweiligen Projektion wenigstens im Wesentlichen an der gleichen oder einer einander entsprechenden Raumposition befunden. Demnach können korrespondierende Detektorelementpaare bzw. Messwertpaare gebildet werden und die Messwerte der Detektorelementpaare miteinander verglichen werden.
Nach einer ersten Variante der Bestimmung eines Skalierungsfaktors werden die Messwerte korrespondierender Detektorele mente, also von Detektorelementen, die sich bei der Aufnahme der jeweiligen Projektion wenigstens im Wesentlichen an der gleichen Raumposition befinden, dividiert und über die dividierten Messwerte gemittelt. Diese Rechenoperation wird mit Hilfe des Steuer- und Bildrechners 18 durchgeführt. Bereits anhand zweier Projektionen, welche ein Projektionspaar bilden, kann dabei global ein assoziierter Skalierungsfaktor für das zweite Aufnahmesystem ermittelt werden. Dieses Vorgehen wiederholt sich für mehrere verschiedene Schichtdicken h₁ bzw. h₂ sowie für mehrere verschiedene, an die Röntgenröhren 11, 15 angelegten Hochspannungen V₁ bzw. V₂. Auf diese Weise werden globale Skalierungsfaktoren für das zweite Aufnahmesystem jeweils in Abhängigkeit von der Schichtdicke und der an die Röntgenröhren 11, 15 angelegten Hochspannung gewonnen und in dem Datenspeicher 16 abgelegt. Die so ermittelten Skalierungsfaktoren stehen demnach dem Steuer- und Bildrechner 18 für spätere Rekonstruktionen von Bildern aus aufgenommenen Projektionen zur Verfügung.
In der Regel wird für die Ermittlung der Skalierungsfaktoren in Abhängigkeit von der Schichtdicke und der Röhrenspannung aber nicht nur jeweils ein Projektionspaar herangezogen, sondern vielmehr werden jeweils für ein Wertepaar aus Schichtdicke und Röhrenspannung unter verschiedenen Projektionswinkeln Projektionspaare mit den beiden Aufnahmesystemen ermittelt. Derartige Projektionspaare können dabei aus einem oder mehreren Gesamtumläufen der Aufnahmesysteme um das Wasserphantom 50 gewonnen werden oder aber es werden nur Projektionspaare aus einem oder verschiedenen Segmenten eines Scans von dem Wasserphantom 50 zur Ermittlung der Skalierungsfaktoren herangezogen. In Fortführung des zuvor Beschriebenen, werden dabei die zu einem Projektionspaar gehörigen Messwerte korrespondierender Detektorelemente dividiert und über die dividierten Messwerte gemittelt, so dass pro Projektionspaar ein Mittelwert vorliegt. Zur Bestimmung des assoziierten Skalierungsfaktors für das zweite Aufnahmesystem wird anschließend noch mal über die Mittelwerte der Projektionspaare gemittelt.
Die zu den verschiedenen Wertepaaren aus Schichtdicke und Röhrenspannung gehörigen Skalierungsfaktoren werden in dem Datenspeicher 16 abgelegt.
Alternativ kann bei Verwendung mehrerer Projektionspaare zunächst über die Messwerte eines Detektorelementes eines jeden Detektors 13, 17, die aus unter verschiedenen Projektionswinkeln gewonnenen Projektionen stammen, gemittelt werden. Anschließend werden die gemittelten Messwerte korrespondierender Detektorelemente der beiden Detektoren 13, 17 dividiert und zur Ermittlung eines globalen Skalierungsfaktors über die dividierten gemittelten Messwerte noch mal gemittelt.
Nach einer weiteren Vorgehensweise werden zunächst für jedes Projektionspaar über die Messwerte der Detektorelemente der jeweiligen Projektion gemittelt und anschließend die ermittelten Mittelwerte der Projektionen dividiert. Bei Verwendung mehrerer Projektionspaare wird schließlich zur Ermittlung des Skalierungsfaktors nochmals über die dividierten Mittelwerte gemittelt, um den assoziierten Skalierungsfaktor für das zweite Aufnahmesystem zu erhalten. Wie zuvor beschrieben, werden auch bei diesem Vorgehen für verschiedene Schichtdicken und für verschiedene an die Röntgenröhren 11, 15 angelegte Hochspannungen Skalierungsfaktoren ermittelt und im Datenspeicher 16 abgelegt, um später bei Rekonstruktionen, bei denen Messwerte beider Aufnahmesysteme verwendet werden, die Messwerte des zweiten Aufnahmesystems mit Hilfe des Skalierungsfaktors skalieren zu können, so dass bei einer Mischung der Messwerte der beiden Aufnahmesysteme bei einer Rekonstruktion eines Bildes das Auftreten von Artefakten reduziert oder sogar gänzlich vermieden ist.
Die Ermittlung der Skalierungsfaktoren für das zweite Aufnahmesystem, welche vorzugsweise bereits bei der Kalibrierung der Aufnahmesysteme des Computertomographiegerätes 1 erfolgt, kann im Betrieb des Computertomographiegerätes 1, also bei Objektmessungen, wiederholt durchgeführt werden, um Drifter scheinungen, welche sich im Laufe der Zeit einstellen können, entgegentreten zu können. Die Ermittlung eines Skalierungsfaktors erfolgt dabei wie bei der Ermittlung eines Skalierungsfaktors mit Hilfe des Wasserphantoms 50. Dabei bilden ebenfalls zwei Röntgenprojektionen von einem Untersuchungsobjekt, z.B. von dem Patienten 5, die mit den beiden Aufnahmesystemen jeweils unter dem wenigstens im Wesentlichen gleichen Projektionswinkel aufgenommen werden, ein Projektionspaar, so dass, wie zuvor beschrieben, die Messwerte in den beschriebenen Art und Weisen miteinander verglichen werden können, um einen neuen Skalierungsfaktor zu ermitteln oder die Gültigkeit eines ursprünglich ermittelten Skalierungsfaktors zu überprüfen und diesen, sollte es zu Drifterscheinungen gekommen sein, zu korrigieren. Gerade für diesen Fall bietet es sich an, Projektionspaare aus einem oder verschiedenen Segmenten eines Scans von dem Objekt zu verwenden, wobei insbesondere Projektionen ausgewählt werden sollten, deren Messwerte aufgrund der Objekteigenschaften gut miteinander verglichen werden können.
Die Ermittlung der Skalierungsfaktoren erfolgt vorzugsweise bei einer Einstellung der Aufnahmesysteme, in der beide Aufnahmesysteme das Messfeld 35 abtasten. In diesem Fall sind die Öffnungswinkel der beiden Aufnahmesysteme gleich und es existieren definierte Detektorelementpaare, wie aus den 2 und 3 zu erkennen ist.
Die Erfindung wurde vorstehend an einem Computertomographiegerät beschrieben, bei dem das zweite Aufnahmesystem einen kleineren Röntgenstrahldetektor aufweist. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf Computertomographiegeräte mit zwei Aufnahmesystemen, deren Röntgendetektoren die gleiche Größe und Ausdehnung aufweisen.
Darüber hinaus ist die Erfindung auch anwendbar auf Computertomographiegeräte, welche mehr als zwei Aufnahmesysteme umfassen. In diesem Fall müssen anstelle von Projektionspaaren Projektionstupel gebildet werden, um in diesem Fall Skalierungsfaktoren für die Aufnahmesysteme ermitteln zu können.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Skalierungsfaktoren für das zweite Aufnahmesystem ermittelt worden bzw. diesem zugeordnet worden. Die Skalierungsfaktoren können aber auch für das erste Aufnahmesystem verwendet werden, indem jeweils der reziproke Wert eines jeden Skalierungsfaktors verwendet wird.

Claims

Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines Skalierungsfaktors für mit einem Computertomographiegerät (1) gewonnene Messwerte, welches Computertomographiegerät (1) wenigstens zwei um eine gemeinsame Rotationsachse (9) umlauffähige Aufnahmesysteme aufweist, von denen jedes eine Röntgenstrahlenquelle (11, 15) und einen Detektorelemente (13a, 13b, 13c, 17a, 17b, 17c) aufweisenden Detektor (13, 17) zur Detektion von von der Röntgenstrahlenquelle (11, 15) ausgehender Röntgenstrahlung umfasst, bei dem zur Reduzierung von Artefakten, wenn bei der Rekonstruktion eines Bildes Messwerte der beiden Aufnahmesysteme verwendet werden, ein Skalierungsfaktor für die Messwerten des ersten oder des zweiten Aufnahmesystems basierend auf Messwerten ermittelt wird, die aus von einem Objekt (5, 50) mit den beiden Aufnahmesystemen aufgenommenen Projektionen stammen, wobei zur Ermittlung des Skalierungsfaktors mit jedem der beiden Aufnahmesysteme wenigstens eine Projektion unter wenigstens im Wesentlichen dem gleichen Projektionswinkel aufgenommen wird, deren Messwerte miteinander verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei der Ermittlung des Skalierungsfaktors Messwerte von korrespondierenden Detektorelementen (13a, 13b, 13c, 17a, 17b, 17c) der beiden Aufnahmesysteme, welche sich bei der Aufnahme der jeweiligen Projektion wenigstens im Wesentlichen an der gleichen oder einer entsprechenden Raumposition befinden, miteinander verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Messwerte von korrespondierenden Detektorelementen (13a, 13b, 13c, 17a, 17b, 17c) dividiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem über die dividierten Messwerte gemittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem über die Messwerte der jeweiligen Projektion eines Aufnahmesystems gemittelt wird und die für die Projektionen ermittelten Mittelwerte dividiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Ermittlung des Skalierungsfaktors anhand mehrerer unter verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommener Projektionen der beiden Aufnahmesysteme erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Ermittlung des Skalierungsfaktors anhand mehrerer aufgenommener Projektionen erfolgt, die in einem oder verschiedenen Segmenten eines Scans gewonnen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem über die Messwerte eines Detektorelementes (13a, 13b, 13c, 17a, 17b, 17c) eines jeden Detektors (13, 17), die aus unter verschiedenen Projektionswinkeln gewonnenen Projektionen stammen, gemittelt wird und bei dem die gemittelten Messwerte korrespondierender Detektorelemente (13a, 13b, 13c, 17a, 17b, 17c) der beiden Detektoren (13, 17) dividiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Ermittlung des Skalierungsfaktors im Zuge der Wasserwertskalierung der beiden Aufnahmesysteme vor einer Objektmessung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem bei der Wasserwertskalierung Projektionen von einem mit Wasser versehenen Phantom (50) unter verschiedenen Projektionswinkeln mit dem ersten Aufnahmesystem gewonnen und ein erster Wasserskalierungsfaktor aus den Messwerten des ersten Aufnahmesystems derart ermittelt wird, dass die CT-Werte des von dem Phantom (50) aus den Projektionen erzeugten Bildes im Mittel bei 0 HU (Hounsfield Unit) liegen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem bei der Wasserwertskalierung Projektionen von einem mit Wasser versehenen Phantom (50) unter verschiedenen Projektionswinkeln mit dem zweiten Aufnahmesystem gewonnen und ein zweiter Wasserskalierungsfaktor aus den Messwerten des zweiten Aufnahmesystems derart ermittelt wird, dass die CT-Werte des von dem Phantom (50) aus den Projektionen erzeugten Bildes im Mittel bei 0 HU (Hounsfield Unit) liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Ermittlung des Skalierungsfaktors während einer Objektmessung mit den beiden Aufnahmesystemen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem in Abhängigkeit von der Schichtdicke (h₁, h₂) und der Energie der Röntgenstrahlung mehrerer Skalierungsfaktoren ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die beiden Aufnahmesysteme jeweils eine Röntgenröhre (11, 15) aufweisen, wobei mehrerer Skalierungsfaktoren in Abhängigkeit von den an die Röntgenröhren (11, 15) angelegten Spannungen (V₁, V₂) ermittelt werden.