-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Differenzierung zwischen vier
Materialien in tomographischen Aufnahmen eines 2-Energie-CT-Systems,
durch Abtastung eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjektes,
vorzugsweise eines menschlichen oder tierischen Patienten, enthaltend
zumindest vier unterschiedliche Materialien, wobei die Abtastung
mit zwei unterschiedlichen Röntgenenergiespektren aus einer Vielzahl
von Projektionsrichtungen erfolgt und eine Messung von Absorptionsdaten
je verwendetem Röntgenspektrum durchgeführt wird,
in einem HU-Werte-Diagramm der zur Abtastung verwendeten Röntgenenergien die
HU-Werte der vier Materialien ein Viereck bilden, deren zwei Diagonalen
sich schneiden, sich vornehmlich jeweils die eine Diagonale bildenden
Materialien vermischen, zwei, eine Diagonale definierende Materialien eine
Mischung mit Partikelgrößen in der Größenordnung
der Auflösung des CT-Systems bilden, und weiterhin eine
Rekonstruktion mindestens eines ersten tomographischen Bilddatensatzes
aus den Absorptionsdaten des ersten Röntgenspektrums und
eine Rekonstruktion mindestens eines zweiten tomographischen Bilddatensatzes
aus den Absorptionsdaten des zweiten Röntgenspektrums durchgeführt
wird.
-
Ähnliche
Verfahren zur Unterscheidung mehrerer Materialien mit Hilfe von
CT-Bild- oder -Volumen-Daten, die durch zwei unterschiedliche Röntgenspektren
ermittelt wurden, sind allgemein bekannt. Bei den bekannten Verfahren
der Dual-Energy-CT ist es jedoch teilweise schwierig bestimmte Materialien
von Kombinationen anderer Materialien zu unterscheiden. Beispielsweise
trifft dies auf gelbes Knochenmark (d. h. Fett) in der Spongiosa
im Verhältnis zu einer Mischung von Jod in Blut oder Weichgewebe
zu. Für einzelne Voxel und auch Voxelregionen, über
die die Absorption gemittelt wird, ist diese Unter scheidung selbst
bei Abwesenheit von Bildrauschen nicht immer möglich.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren darzustellen, welches
eine verbesserte Unterscheidung zwischen Materialien und Materialkombinationen
erlaubt.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
-
Der
Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, zusätzliche
Kenntnisse über die erwarteten HU-Werte einzelner Pixel/Voxel
einer möglichen Zusammensetzung eines Untersuchungsobjektes
in den Unterscheidungsprozess einzubringen. So kann die Kenntnis
bestimmter Mischungsmöglichkeiten oder die Kenntnis vorherrschender
Strukturen des Untersuchungsobjektes in statistische und räumliche
Untersuchungen eingebracht werden, so dass Entscheidungen bezüglich
des vorliegenden Materials nicht nur auf die reine Kenntnis von
gemessenen HU-Werten, sondern auch auf die möglichen Verteilungen
im Raum und mögliche Mischungen der gesuchten Materialien
gestützt werden. Hierzu können die Lage und Verteilung
von HU-Wertepaaren in einem HU-Werte-Diagramm und daraus berechneter
statistischer Kennwerte dienen.
-
Demgemäß schlägt
der Erfinder die Verbesserung eines bekannten Verfahrens zur Differenzierung zwischen
vier Materialien in tomographischen Aufnahmen eines 2-Energie-CT-Systems
vor, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte:
- – Abtastung
eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjektes, vorzugsweise
eines Patienten, enthaltend zumindest vier unterschiedliche Materialien,
wobei:
- – die Abtastung mit zwei unterschiedlichen Röntgenenergiespektren
aus einer Vielzahl von Projektionsrichtungen erfolgt und eine Messung
von Absorptionsdaten je verwendetem Röntgenspektrum durchgeführt wird,
- – in einem HU-Werte-Diagramm der zur Abtastung verwendeten
die HU-Werte der vier Materialien ein Viereck bilden, deren zwei
Diagonalen sich schneiden,
- – sich vornehmlich jeweils die eine Diagonale bildenden
Materialien vermischen, und
- – zwei, eine Diagonale definierende Materialien eine
Mischung mit Partikelgrößen in der Größenordnung der
Auflösung des CT-Systems bilden,
- – Rekonstruktion mindestens eines ersten tomographischen
Bilddatensatzes aus den Absorptionsdaten des ersten Röntgenspektrums,
und
- – Rekonstruktion mindestens eines zweiten tomographischen
Bilddatensatzes aus den Absorptionsdaten des zweiten Röntgenspektrums.
-
Die
erfindungsgemäße Verbesserung des Verfahrens liegt
darin, dass:
- – die Größe
eines zwei- oder dreidimensionalen Betrachtungsbereiches um jedes
bezüglich seines Materialgehaltes zu differenzierenden
Voxels definiert wird, indem die nachfolgenden statistischen Berechnungen ausgeführt
werden:
- – für jedes bezüglich seines Materialgehaltes
zu differenzierenden Voxels werden die benachbarten Voxel aus dem
Betrachtungsbereich in einem HU-Werte-Diagramm abgebildet,
- – für alle abgebildeten Voxel werden die Abstände
von den Diagonalen berechnet und deren mittlere Abstandsquadrate
gebildet, und
- – falls das mittlere Abstandsquadrat zu einer Diagonale
kleiner ist als zur anderen Diagonale, wird die Zusammensetzung
des Voxels als aus den Materialien bestehend angenommen, zu deren
Diagonale das geringere mittlere Abstandsquadrat vorliegt.
-
In
einer vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens schlägt
der Erfinder zusätzlich vor, das oben beschriebene Verfahren
nur für die Voxel durchzuführen, deren benachbarte
Voxel im Betrachtungsbereich zumindest in einem der Bilddatensätze
zu einem vorbestimmten Anteil einen vorgegebenen HU-Schwellwert überschreiten
oder unterschreiten. Hierdurch wird sichergestellt, dass die anschließende
Auswertung eine ausreichende statistische Signifikanz hat und ausgedehnte
Strukturen, die typisch für das Vorkommen bestimmter Materialien
im Untersuchungsobjekt sind, tatsächlich vorliegen. Ein
Beispiel hierfür ist die Verteilung von Knochenmark im
Körper eines Patienten.
-
Weiterhin
kann es zusätzlich vorteilhaft sein, wenn vor der Durchführung
des Verfahrens gemäß voranstehenden Absatz mindestens
einer der Bilddatensätze in mindestens einer Richtung geglättet
wird und nur dann bezüglich des betrachteten Voxels mit
dem erfindungsgemäßen Zuordnungsverfahren fortgefahren
wird, wenn der HU-Wert im geglätteten Bild an dieser Stelle
eine Schwelle überschreitet. Durch diesen Test können speziell
feine Gefäße ausgeschlossen werden, die sonst
zu weiteren Mehrdeutigkeiten führen würden. Wenn nämlich
die zentralen Voxel in einem mit Jod gefüllten Gefäß genau
auf der Verbindungslinie zwischen Fett und Knochen im HU-Werte-Diagramm
liegen, dann führt die Mischung durch Partialvolumeneffekte
mit dem umgebenden Gewebe zu Voxeln, die exakt auf der Verbindungslinie
zwischen gelbem Knochenmark und Knochen liegen. Das bedeutet, dass
eine Unterscheidung von gelbem Knochenmark in der Spongiosa unmöglich wird.
Die Reichweite der erwähnten Bildglättung sollte
dabei an den scheinbaren Patientendurchmesser angepasst werden,
da z. B. typische Strukturen im Arealen mit kleinem Durchmesser – z.
B. am Fuß – auch feiner sind als in Arealen mit
großem Durchmesser – z. B. im Knie oder Abdomen –.
-
Diese
oben beschriebene Glättung kann ein- oder zweidimensional
in einer Ebene, vorzugsweise in der axialen Schnittbildebene, stattfinden.
Es kann jedoch auch eine dreidimensionale Glättung im Raum
durchgeführt werden.
-
Der
Erfinder schlägt weiterhin vor, dass optional in die statistischen
Betrachtungen ausschließlich Voxel einfließen,
deren HU-Werte in mindestens einem Bilddatensatz einen vorbestimmten
Schwellwert überschreiten. Hierdurch wird vermieden, dass
die Statistik von Mischungen mit benachbarten dritten Materialien – z.
B. Fett neben einem Blut/Jod-Gemisch in einem Gefäß – dominiert
wird. Zusätzlich kann für jeden Bilddatensatz
ein spezifischer Schwellwert verwendet werden.
-
Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, wenn in die statistischen Betrachtungen
ausschließlich Voxel einfließen, deren rauschabhängig
gewichteter HU-Wert aus den beiden Bilddatensätzen einen
vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
-
Der
rauschabhängig gewichtete HU-Wert jedes Voxels kann berechnet
werden mit:
wobei q dem Verhältnis
q
E1/q
E2 zwischen
dem Rauschen q
E1 des ersten Bilddatensatzes
mit der ersten Röntgenenergie zum Rauschen q
E2 des
zweiten Bilddatensatzes mit der zweiten Röntgenenergie
entspricht und m
co,min einem Wert entspricht,
der zwischen den Steigungen der beiden Diagonalen im HU-Werte-Diagramm der
vier Materialien liegt.
-
Besonders
vorteilhaft ist das zuvor beschriebene Verfahren einzusetzen, wenn
als erstes Material Blut, als zweites Material Fett, als drittes
Material Knochen und als viertes Material ein Kontrastmittel, vorzugsweise ein
jodhaltiges Kontrastmittel, verwendet wird. Alternativ, beispielsweise
aus Verträglichkeitsgründen, zur Reduktion der
Kontrastmitteldosis oder um eine bessere Spreizung im HU-Werte-Diagramm
zu erreichen, kann bei sonst gleicher vorteilhaft zu untersuchender
Materialkombination auch ein lanthanidhaltiges Kontrastmittel verwendet
werden.
-
Statt
Fett kann als zweites Material auch Luft gewählt werden,
wenn Knochengewebe in der Nachbarschaft von Luft betrachtet wird.
-
Insbesondere
bei den oben genannten Materialkombinationen können bezogen
auf das HU-Werte-Diagramm neben den mittleren Abstandsquadraten
auch die vorzeichenbehafteten mittleren Abstände zu den beiden
Diagonalen und die Varianz der Abstände zur Diagonalen
zwischen Knochen und Kontrastmittel berechnet werden, wobei die
Einführung der Varianz im unten beschriebenen Verfahren
dazu führt, dass die Materialmischung aus erstem und viertem
Material auch dann als Ergebnis ausgegeben wird, wenn eine homogene
Mischung aus erstem und zweitem Material mit dem viertem Material
inhomogen vermischt ist. Voraussetzung dafür ist, dass
die Mischung aus erstem und zweitem Material im HU-Werte-Diagramm
deutlich näher beim ersten Material liegen muss als beim
vierten Material. Dies ist für die genannten Materialien
in der Regel erfüllt.
-
Im
Falle, dass:
- – der vorzeichenbehaftete
mittlere Abstand zur ersten Diagonale zwischen erstem und viertem
Material positiv ist und die Varianz dieses Abstandes der im betrachteten
Bereich befindlichen Voxel größer als das mittlere
Abstandsquadrat von der zweiten Diagonale zwischen dem zweiten Material
und dem dritten Material ist, oder
- – das mittlere Abstandsquadrat von der ersten Diagonale
größer ist als das mittlere Abstandsquadrat von der
zweiten Diagonale zwischen dem zweiten Material und dem dritten
Material,
wird angenommen, dass das betrachtete Voxel aus
dem zweiten und dritten Material besteht.
-
Insbesondere,
wenn das Rauschverhältnis zwischen den beiden Bilddatensätzen
sehr extreme Werte aufweist, also die Unterschiede des Bildrauschens
zwischen den Bilddatensätzen, aufgenommen durch unterschiedliche
Röntgenspektren, sehr groß sind, kann es vorteilhaft
sein, die mittleren Abstandsquadrate entsprechend den nachfolgenden
Formeln zu ersetzen:
wobei q dem Verhältnis
q
E1/q
E2 zwischen
dem Rauschen q
E1 des ersten Bilddatensatzes
B
E1 mit der ersten Röntgenenergie
E
1 zum Rauschen q
E2 des
zweiten Bilddatensatzes B
E2 mit der zweiten
Röntgenenergie E
2 entspricht und
sich die Koeffizienten a
1, a
2,
b
1 und b
2 wie folgt
berechnen:
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass das vorgestellte Verfahren grundsätzlich
auch dazu verwendet werden kann, mehr als zwei Mischungen aus jeweils
zwei Materialien zu unterscheiden. Zu diesem Zweck können nicht
nur zwei Alternativen sondern verschiedene Hypothesen berechnet
werden. Letztlich wird die Hypothese mit dem minimalen Wert gewählt.
Das Verfahren ist im Allgemeinen immer dann anwendbar, wenn Mischungen von
jeweils zwei Materialien unterschieden werden müssen und
die Mischungen ausreichend inhomogen sind, so dass in der Umgebung
eines zu klassifizierenden Voxels ausreichend verschiedenen Mischungsverhältnisse
anzutreffen sind.
-
Bei
dem oben genannten erfindungsgemäßen Verfahren
ist es besonders vorteilhaft, dass der Algorithmus sehr tolerant
gegenüber Rauschen ist und die Festlegung von Segmentierungs-Bereichen
im zweidimensionalen Merkmalsraum entfällt. Weiterhin ist
es nicht notwendig, eine absolute Segmentierung vorzunehmen, sondern
es werden nur zwei mögliche Hypothesen miteinander verglichen.
Dadurch entfällt die Suche nach geeigneten Schwellwerten.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die
zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt
sind. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1:
Dual-Energy-CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3:
erstes Detektorsystem; 4: zweite Röntgenröhre; 5:
zweites Detektorsysteme; 6: Gantrygehäuse; 7:
Patient; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; 11:
Voxel, die M2 (Fett) und M4 (Jod)
enthalten; 12: Voxel, die M1 (Blut)
und M4 (Jod) enthalten; 13: Voxel,
die M2 (Fett) und M3 (Knochen)
enthalten; 14: Voxel, die M1 (Blut) und
M3 (Jod) enthalten; 15: Gebiet
nicht eindeutiger HU-Wert-Zuordnung; 16: typische Verteilung
von Voxeln in einer Region, die Knochen und gelbes Knochenmark enthält;
BE1: erster Bilddatensatz; BE2:
zweiter Bilddatensatz; E1: erstes Energiespektrum;
E2: zweites Energiespektrum; L1,
L2: Trennlinien; Prg1–Prgn: Computerprogramme, x80keV:
HU-Werte aus Scan mit Röntgenstrahlung der Maximalenergie
80 keV, x140keV: HU-Werte aus Scann mit
Röntgenstrahlung der Maximalenergie 140 keV.
-
Es
zeigen im Einzelnen:
-
1:
HU-Werte-Diagramm mit HU-Werten für vier unterschiedliche
Materialien;
-
2:
HU-Werte-Diagramm mit Darstellung eines Knochen zugeordneten Bereiches
(z. B. gemäß Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 10 2006 015 451.7 );
-
3:
HU-Werte-Diagramm zur Verdeutlichung des Zuordnungsproblems im Falle
feiner Gefäße;
-
4:
HU-Werte-Diagramm zur Darstellung der erfindungsgemäß durchgeführten
statistischen Analyse;
-
5:
Dual-Energy-CT-System zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
-
Mit
Hilfe der nachfolgenden 1 bis 4 soll an
einem bevorzugten Beispiel einer CT-Kontrastmittel-Untersuchung
mit einem Dual-Energy-System das erfindungsgemäße
Verfahren dargestellt werden. Hierbei soll zwischen den Materialien
Blut (=erstes Material), Kontrastmittel (=zweites Material) vornämlich
im Blut gelöst, Fett beziehungsweise gelbes Knochenmark
(=drittes Material) und Knochen (=viertes Material) differenziert
werden, wobei zur Differenzierung zwei mit unterschiedlichen maximalen
Röntgenenergien von 80 keV und 140 keV erzeugte tomographische
Datensätze zur Verfügung stehen, die bereits pixelweise
oder voxelweise aufgrund der Aufnahmetechnik einander zugeordnet
werden können.
-
Werden
diese vier Materialien in einem HU-Werte-Diagramm, welches auf der
Ordinate die HU-Werte eines Materials durch ein erstes Energiespektrums
und auf der Abszisse die HU-Werte dieses Materials durch ein zweites
Energiespektrums wiedergibt, aufgetragen, so ergibt sich beispielsweise
für die oben genannten Materialien und für Röntgenstrahlung
der maximalen Energie 80 keV bzw. 140 keV ein Diagramm entsprechend
der
1. Selbstverständlich hängen
die genau ermittelten Werte nicht nur von der Beschleunigungsspannung,
sondern auch vom verwendeten Anodenmaterial und der Vorfilterung
der verwendeten Röntgenstrahlung ab. Im gezeigten HU-Werte-Diagramm
entsprechen die Werte-Paare bei M
1 Blut,
bei M
2 Fett oder gelbem Knochenmark, M
3 Knochen und M
4 jodhaltigem
Kontrastmittel. Die Punkte M
1, M
2, M
3 und M
4 bilden ein unregelmäßiges
Viereck, in dem die Diagonalen M
1–M
4 und M
2–M
3 eingezeichnet sind, die Steigungen der Diagonalen
berechnen sich mit:
wobei
die x
y,z die HU-Werte des Material y bei
dem Röntgenspektrum z darstellen sollen.
-
Als
erster Schritt kann ein konventioneller Dual-Energy-Bone-Removal-Algorithmus
durchgeführt werden, wie er zum Beispiel in der Patentanmeldung
mit Aktenzeichen
DE 10 2006
015 451.7 beschrieben ist und dessen Offenbarungsgehalt
vollinhaltlich übernommen wird. Bei diesem Verfahren werden
Mittelwerte über den HU-Werten bei 80 keV und den HU-Wert
bei 140 keV in der Umgebung des zu analysierenden Voxels gebildet.
Dabei wird zwischen Mischungen aus Jod und Blut beziehungsweise
Knochen und Weichgewebe unterschieden. Auch poröser Knochen
der rotes Knochenmark enthält wird – ähnlich
zu Blut im Weichgewebe – richtig zugeordnet. Poröser
Knochen, der gelbes Knochenmark enthält, wird aber in einem
gewissen Bereich als Jod identifiziert.
-
Der
Grund dafür ist in der 2 dargestellt.
Diese Figur zeigt nochmals das HU-Werte-Diagramm aus der 1,
mit den HU-Werten für die Materialien Fett M2 und
Blut M1. Zusätzlich ist mit den
Pfeilen 11 und 12 die Wirkung einer Anreicherung
durch Jod, mit den Pfeil 13 und 14 eine Anreicherung
mit Knochensubstanz dargestellt. Die schraffierte Region, die durch
die beiden gestrichelten Trennlinien L1 und
L2 definiert ist, lässt sich als
Knochen identifizieren. Gelbes Knochenmark in der Spongiosa liegt
aber teilweise oberhalb der Trennlinie L1 zwischen
Jod und Knochen im Bereich der gestrichelten Ellipse 15.
D. h. nur Voxel bei relativ niedrigen HU-Werten, die von einem auf
Mittelwerten basierenden Algorithmus als Jod identifiziert werden,
können in Wirklichkeit Mischungen aus gelbem Knochenmark
und Knochen sein.
-
Für
alle Voxel mit dieser Eigenschaft ist also eine zusätzliche
algorithmische Nachbearbeitung notwendig. Dazu wird erfindungsgemäß die
Umgebung des Voxels statistisch analysiert.
-
Im
Gegensatz zu einer auf Schwellwerten basierenden Methode wird aber
ein Hypothesen-Test durchgeführt. Es wird dabei unterschieden
welche der zwei möglichen Materialmischungen wahrscheinlicher
ist.
-
Ein
optimales erfindungsgemäßes Verfahren gliedert
sich in sechs Schritte, wobei einzelne Schritte nur optional sind:
- 1) Für jedes Voxel wir zunächst
geprüft, ob in der Umgebung hinreichend oft (z. B. mit
50% Wahrscheinlichkeit) ein relativ hoher HU-Wert, z. B. oberhalb
eines vorgegebenen Schwellwertes, gemessen wird. Dadurch wird sichergestellt,
dass die anschließende Auswertung eine ausreichende statistische
Signifikanz hat und ausgedehnte Strukturen, die typisch für
Knochenmark sind, vorliegen.
- 2) Es wird ein stark geglättetes Bild der axialen Schicht
betrachtet, in der das zu analysierende Voxel liegt. Nur wenn das
geglättete Bild an der Position des Voxels einen ausreichend
hohen HU-Wert hat, wird fortgefahren. Durch diesen Test werden speziell
feine Gefäße ausgeschlossen, die sonst zu weiteren
Mehrdeutigkeiten führen. Dieses Problem ist in der 3 schematisch
dargestellt. Wenn nämlich die zentralen Voxel im mit Jod
gefüllten Gefäß genau auf der Verbindungslinie
zwischen Fett und Knochen liegen, dann führt die Mischung
durch Partialvolumeneffekte mit dem umgebenden Gewebe zu Voxeln,
die exakt auf der Verbindungslinie zwischen gelben Knochenmark und
Knochen liegen. Das bedeutet, dass eine Unterscheidung von gelbem
Knochenmark in der Spongiosa unmöglich wird.
-
Die
Reichweite der erwähnten Bildglättung sollte an
den scheinbaren Patientendurchmesser angepasst werden, da z. B.
Strukturen im Fuß typischerweise feiner sind als im Knie
oder im Abdomen.
- 3) Es wird eine statistische
Analyse für die Voxel in der Umgebung des zu analysierenden
Voxels durchgeführt, wobei alle Voxel unterhalb einer gewissen
Schwelle ausgeschlossen werden, damit die Statistik nicht von Mischungen
mit benachbarten dritten Materialien (z. B. Fett neben einem Blut/Jod-Gemisch
in einem Gefäß) dominiert wird.
-
Der
Schwellwert wird z. B. mit den gewichteten HU-Wert verglichen, der
sich aus dem HU-Wert der Voxel bei 80 keV und 140 keV wie folgt
berechnet:
Die Steigung m
co,min liege
zwischen der Steigung der Diagonalen [Blut, Jod] und der Steigung
der Diagonalen [Fett, Knochen]; q bezeichne das abgeschätzte
Verhältnis zwischen dem Bildrauschen bei 80 keV und dem Bildrauschen
bei 140 keV. Der gewichtete HU-Wert x
m berechnet
sich dann gemäß:
- 4) Für
alle selektierten Voxel werden die folgenden Größen
berechnet:
– mit Vorzeichen behafteter Abstand x1 des Voxels zur Verbindungslinie [Blut,
Jod]
– mit Vorzeichen behafteter Abstand x2 der des Voxels zur Verbindungslinie [Fett,
Knochen].
-
Die
Berechnung des mit Vorzeichen behafteten Abstandes erfolgt durch
eine lineare Gleichung, z. B. x1 =
a1x80 + b1x140 + c1 und x2 = a2x80 + b2x140 + c2.
- 5) Es wird nun der Mittelwert ⟨x21 ⟩ und
der Mittelwert ⟨x22 ⟩ berechnet. Außerdem
wird der Mittelwert von x1 und die Varianz
von x1 berechnet, die immer kleiner oder
gleich als der Mittelwert ⟨x21 ⟩ ist.
- 6) Wenn der Mittelwert von x1 größer
als 0 ist, d. h. die Voxel liegen typischerweise oberhalb der Linie
[Blut, Jod] dann wird folgende Zuordnung getroffen: Knochen,
wenn Var x1 > ⟨x22 ⟩sonst gilt: Knochen, wenn ⟨x21 ⟩ > ⟨x22 ⟩.
-
Auf
diese Weise werden auch großräumige Mischungen
von Fett und Weichgewebe, wie z. B. in der Leber, korrekt behandelt.
-
Die
Entscheidung kann auch noch durch Faktoren modifiziert werden, so
dass z. B. nur sehr sicherer Knochen entfernt wird.
-
Außerdem
kann eine Korrektur angebracht werden, wenn das Rauschverhältnis
q sehr extreme Werte annehmen kann und die Verbindungslinien [Jod,
Blut] und [Fett, Knochen] mit sehr verschiedenen Steigungen angenommen
werden:
-
Die
Funktion des Algorithmus ist schematisch in der 4 dargestellt.
Die Verteilung der Voxel ist als schraffierte Ellipse eingezeichnet.
Es ist klar, das im gezeigten Fall nach Projektion die Verteilung
der Voxel in der Koordinaten x1 viel breiter
ist als in der Koordinaten x2, d. h. es
wird Knochen erkannt.
-
Das
vorgestellte Verfahren kann grundsätzlich auch dazu verwendet
werden, mehr als zwei Mischungen aus jeweils zwei Materialien zu
unterscheiden. Zu diesem Zweck testet man nicht nur zwei Alternativen, sondern
berechnet verschiedene xi entsprechend der
Hypothesen. Letztlich wird die Hypothese i mit dem minimalen Wert <xi 2> gewählt.
-
Das
Verfahren ist im Allgemeinen immer dann anwendbar, wenn Mischungen
von jeweils zwei Materialien unterschieden werden müssen,
aber die Mischungen ausreichend inhomogen sind, so dass in der Umgebung
eines zu klassifizierenden Voxels ausreichend verschiedenen Mischungsverhältnisse
anzutreffen sind.
-
Vorteile
des Verfahrens liegen darin, dass der Algorithmus sehr tolerant
gegenüber Rauschen ist. Außerdem entfällt
eine Festlegung von Segmentierungs-Bereichen im zweidimensionalen
Merkmalsraum. Weiterhin wird keine absolute Segmentierung vorgenommen,
sondern nur zwei mögliche Hypothesen verglichen. Dadurch
entfällt die Suche nach geeigneten Schwellwerten.
-
Dieses
zuvor beschriebene Verfahren oder ein entsprechend dem Erfindungsgedanken
modifiziertes Verfahren kann vorzugsweise in einer Steuer- und Recheneinheit
eines CT-Systems oder auch in einer separaten Recheneinheit durchgeführt
werden. Ein solches beispielhaftes CT-System 1 ist in der 5 dargestellt. Dieses
CT-System 1 weist ein Gantrygehäuse 6 auf,
in dem winkelversetzt zwei Röntgenröhren 2 und 4 mit gegenüberliegenden
Detektorsystemen 3 und 5 angeordnet sind, die
zur Abtastung des Patienten 7 um eine Systemachse 9 rotieren,
während der Patient 7 durch die steuerbare Patientenliege
entlang der Systemachse 9 durch den Messbereich des CT-Systems
verschoben wird. In dem hier gezeigten Beispiel werden die beiden Röntgenröhren 2 und 4 mit
unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen betrieben, so dass die
beiden verwendeten Röntgenspektren sich stark unterscheiden
und auch unterschiedliche Absorptionswerte in den zugeordneten Detektoren
bei der Durchstrahlung des Patienten liefern.
-
Zur
Steuerung, Rekonstruktion und Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dient eine Steuer- und Recheneinheit 10, die
in ihrem Speicher Computerprogramme Prg1–Prgn beinhaltet, die im Betrieb die Steuerung
und Rekonstruktion durchführen. Teil dieser Programme ist
auch mindestens ein Programm Prgx, welches
ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
-
Es
wird vorsorglich darauf hingewiesen, dass das beschriebene Verfahren
nicht nur mit dem hier gezeigten CT-System mit zwei gleichzeitig
betriebenen Röntgenröhren durchgeführt
werden kann. Es ist auch möglich mit einem CT-System mit
einem einzigen Röhren/Detektorsystem Aufnahmen mit unterschiedlichen Energiespektren
zu sammeln, so dass – gegebenenfalls nach einer vorherigen
Registrierung der Aufnahmen – das zuvor beschriebene Verfahren
durchgeführt werden kann. Als Variante kann auch ein energieauflösender Detektor
verwendet werden.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006015451 [0024, 0030]
