DE102007023925A1

DE102007023925A1 - Method, apparatus and arrangement for compensating the effects of focal spot migration when taking X-ray projection images

Info

Publication number: DE102007023925A1
Application number: DE200710023925
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Inform. Hüttel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: WO2008141825A2; WO2008141825A3; DE102007023925B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Anordnung zur Aufnahme von Röntgenprojektionsbildern, wobei mittels einer Röntgenröhre (1) und eines röntgensensitiven Detektors (3) zeitlich aufeinanderfolgend mehrere Projektionen eines Untersuchungsobjekts (2) unter unterschiedlichen Winkelstellungen aufgenommen werden und wobei ein Referenzobjekt (R) auf dem Detektor abgebildet wird, aus der Lage des Referenzobjekts in den Abbildungen der Projektionen die Wanderung der Röhrenbrennfleckposition berechnet wird und für die zweite und die darauf folgenden Projektionen diese Wanderung jeweils kompensiert wird, bevor die jeweils zeitlich nachfolgende Projektion aufgenommen wird.The present invention relates to a method, a device and an arrangement for recording x-ray projection images, wherein an x-ray tube (1) and a x-ray-sensitive detector (3) temporally successively multiple projections of an examination subject (2) are recorded at different angular positions and wherein a Reference object (R) is imaged on the detector, from the position of the reference object in the images of the projections, the migration of the tube spot position is calculated and for the second and the subsequent projections, this migration is compensated respectively, before each time subsequent projection is recorded.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufnahme von Röntgenprojektionsbildern, insbesondere in der Computertomographie, mittels einer Röntgenröhre und eines röntgensensitiven Detektors sowie zur Kompensation von Brennfleckwanderungen oder von Auswirkungen solcher Brennfleckwanderungen, welche zwischen zeitlich aufeinander folgenden Projektionsbildern auftreten. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Vorrichtung sowie eine Anordnung, welche geeignet ausgebildet sind, um eine solche Kompensation zu ermöglichen.The The present invention relates to a method of recording of X-ray projection images, especially in computed tomography, by means of an x-ray tube and an X-ray sensitive Detector and to compensate for focal spot migrations or of effects of such focal spot migrations occurring between temporally successive projection images occur. The Invention also relates to a device and an arrangement, which are adapted to such a compensation enable.

Das Prinzip der Computertomografie beruht auf der rechnerischen Rekonstruktion der äußeren und inneren Struktur eines Objekts (nachfolgend auch: Untersuchungsobjekt) aus mehreren Durchstrahlungsbildern (diese Durchstrahlungsbilder werden nachfolgend auch als Projektionen bezeichnet; das vom digitalen Bildaufnehmer bzw. Detektor hieraus erzeugte Signalmuster bzw. digitale Bild auch als Abbildung der Projektionen). Als Strahlquelle kann eine Röntgenröhre verwendet werden. Für die Herstellung der Durchstrahlungsbilder wird das Objekt um eine Achse um 360 Grad gedreht und jeweils nach einem vorgegebenen Winkel (z. B. 0,5 Grad) ein Durchstrahlungsbild mit einem flächigen Detektor aufgenommen (3D-Computertomografie). Es können alternativ dazu jedoch auch der Detektor und die Röhre um das Untersuchungsobjekt rotiert werden.The The principle of computed tomography is based on computational reconstruction the outer and inner structure of an object (in the following also: object of investigation) from several radiographic images (these radiographic images are also referred to below as projections; that of the digital Image sensor or detector generated therefrom signal pattern or digital Picture also as picture of the projections). As a beam source, a X-ray tube used become. For the preparation of the radiographic images is the object around a Axis rotated 360 degrees and each at a given angle (For example, 0.5 degrees) recorded a radiographic image with a flat detector (3D computer tomography). It can alternatively but also the detector and the tube around the examination object be rotated.

Der Detektor ist üblicherweise aus Detektorelementen aufgebaut, die in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind (eindimensionales Gitter: Zeilendetektor, zweidimensionales Gitter: Flächendetektor). Wie in 1 schematisch als 2D-Schnitt dargestellt (Schraffur von links oben nach rechts unten), gelangt zu jedem Detektorelement die Strahlung eines Raumsegments, dessen Form der Form einer in der Regel „windschiefen" Pyramide entspricht. Befindet sich zwischen der Strahlquelle und dem Detektor ein Objekt, dann misst (integriert) jedes Detektorelement die nicht absorbierte Strahlung des Objektausschnitts, der von der Strahlung des jeweiligen Raumsegments (Pyramide) durchdrungen wird (in 1 in der beschriebenen Schraffur dargestellt).The detector is usually constructed from detector elements which are arranged in a regular grid (one-dimensional grid: line detector, two-dimensional grid: area detector). As in 1 Shown schematically as a 2D section (hatching from top left to bottom right), the radiation of a spatial segment, whose shape corresponds to the shape of a generally "skewed" pyramid, arrives at each detector element If an object is located between the beam source and the detector, then each detector element measures (integrates) the unabsorbed radiation of the object section, which is penetrated by the radiation of the respective spatial segment (pyramid) (in FIG 1 shown in the described hatching).

Für die Qualität der Rekonstruktion ist nun von entscheidender Bedeutung, dass sich während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder bei Drehung des Untersuchungsobjekts weder der Ort der Strahlentstehung, Brennfleck (Röhrenbrennfleck) genannt, noch der Ort des Detektors ändert. Ebenso darf sich der Ort der Drehachse nicht ändern und die Drehachse darf nicht „taumeln", d. h. die Ausrichtung der Drehachse im Raum darf sich nicht ändern. Dementsprechend darf sich bei einer Rotation des Detektors und der Röntgenröhre um das Untersuchungsobjekt die Lage des Ortes des Brennflecks und des Ortes des Detektors relativ zueinander nicht ändern, also abgesehen von der gemeinsamen Drehung der Röntgenröhre und des Detektors um die Drehachse keine Lageänderung auftreten.For the quality of the reconstruction is now crucial that during the Acquisition process of all radiographic images during rotation of the examination object neither the location of the beam, focal spot (tube stain) still called the location of the detector changes. Likewise, the place may do not change the axis of rotation and the axis of rotation must not "tumble", that is the orientation The axis of rotation in the room must not change. Accordingly may during a rotation of the detector and the X-ray tube around the examination subject the location of the location of the focal spot and the location of the detector relative do not change each other, so apart from the common rotation of the X-ray tube and the detector about the axis of rotation no change of position occur.

Durch thermische Einflüsse und andere Instabilitäten in der Strahlquelle kann es jedoch zum Wandern des Brennflecks kommen. Bezogen auf die Zeit für die Erstellung eines einzelnen Durchstrahlungsbilds ist die Änderung des Orts des Brennflecks sehr klein, jedoch kann die Änderung des Orts des Brennflecks während der Zeitdauer des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder bzw. Projektionen (720 Bilder bei 0,5 Grad) erheblich sein.By thermal influences and other instabilities in the beam source, however, it may come to walking the focal spot. Relative to the time for Creating a single radiograph is the change the location of the focal spot very small, however, the change can the location of the focal spot during the duration of the recording process of all radiographs or projections (720 images at 0.5 degrees).

Durch die Änderung des Orts des Brennpunkts in der y'/z'-Ebene (wobei die Drehachse in z'-Richtung verläuft und wobei (x', y', z') Ortskoordinaten eines kartesischen Koordinatensystems sind) ändert sich, wie in 1 in Schraffur von rechts oben nach links unten dargestellt, die Lage der pyramidenförmigen Raumsegmente der Strahlung, die jedes einzelne Detektorelement empfängt (die ursprüngliche Lage des Brennpunkts führt demgegenüber zu den von links oben nach rechts unten schraffiert dargestellten, pyramidenförmigen Raumsegmenten). Entsprechend ändern sich auch die von der Strahlung durchdrungenen Objektausschnitte (in 1 in Schraffur von rechts oben nach links unten dargestellt) und damit die Messwerte der nicht absorbierten Strahlung für jedes Detektorelement. In Bezug auf das gesamte durchstrahlte Objekt ergibt sich auf dem Detektor ein in der y''/z''-Ebene verschobenes Durchstrahlungsbild aus einer um Δy'/Δz' verschobenen Durchstrahlungsrichtung (Winkeländerung). In der rechnerischen Rekonstruktion der äußeren und inneren Strukturen des durchstrahlten Objekts verursachen derart verfälschte Durchstrahlungsbilder nicht zu vernachlässigende Ungenauigkeiten, deren Größe mit abnehmendem Abstand zwischen Strahlquelle und Objekt (zunehmende Vergrößerung) zunehmen.By changing the location of the focal point in the y '/ z' plane (where the rotation axis is in the z 'direction and where (x', y ', z') are location coordinates of a Cartesian coordinate system), as in 1 shown in hatching from top right to bottom left, the position of the pyramidal space segments of the radiation that each detector element receives (the original position of the focal point leads to the shaded from top left to bottom right, pyramidal space segments). Accordingly, the object sections penetrated by the radiation (in 1 shown in hatching from top right to bottom left) and thus the measured values of the unabsorbed radiation for each detector element. With respect to the entire irradiated object, a transmission image shifted in the y "/ z" plane results on the detector from a transmission direction (angle change) shifted by Δy '/ Δz'. In the computational reconstruction of the outer and inner structures of the irradiated object, such falsified transmission images cause not insignificant inaccuracies, whose size increases with decreasing distance between the beam source and the object (increasing magnification).

Verfahren zur Kompensation von Brennfleckwanderungen und deren Auswirkungen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird eine Minimierung einer Brennfleckwanderung bzw. einer Kompensation derselben ausschließlich durch konstruktive Maßnahmen an der Strahlungsquelle selbst erzielt (beispielsweise durch elektronische Verschiebung der Fokusposition relativ zum Anodenteller der Röntgenröhre) oder aber es wird lediglich rein auf Basis von Bildverschiebungen bzw. Bildverarbeitungsmethoden gearbeitet.method to compensate for focal spot migrations and their effects are already known from the prior art. Here is a Minimization of a focal spot migration or a compensation thereof exclusively through constructive measures achieved at the radiation source itself (for example, by electronic displacement the focus position relative to the anode plate of the X-ray tube) or it is purely purely based on image shifts or image processing methods worked.

Eine dergestaltige Kompensation von Brennfleckwanderungen hat jedoch die folgenden Nachteile:

• Die konstruktiven Maßnahmen an der Strahlquelle bzw. die elektronische Stabilisierung der Ansteuerströme und Spannungen reduzieren zwar die Brennfleckwanderung statisch, berücksichtigen aber nicht die verbleibende, dynamische Wanderung während einer längeren Betriebsdauer (Zeit für die Aufnahme mehrerer Durchstrahlungsbilder).
• Die rein auf Bildverschiebung bzw. Bildverarbeitungsmethoden basierenden Korrekturverfahren zur Kompensation der Brennfleckwanderung berücksichtigen nicht die Tatsache, dass sich die von jedem Detektorelement aufgenommenen Volumenausschnitte von denen, die sich ohne Brennfleckwanderung ergeben würden, unterscheiden.

However, such a compensation of focal spot migrations has the following disadvantages:

• The design measures at the beam Although the source or electronic stabilization of the drive currents and voltages reduce the focal spot migration statically, but do not take into account the remaining, dynamic migration during a longer period of operation (time for recording multiple radiographic images).
• The correction method based on image shift or image processing to compensate for focal spot migration does not take into account the fact that the volume cut-offs recorded by each detector element differ from those that would result without focal spot migration.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Anordnung zur Kompensation von Brennfleckwanderungen und/oder deren Auswirkungen zur Verfügung zu stellen, mit welchen die vorgenannt beschriebenen Nachteile vermieden werden können und mit welchen auf einfache Art und Weise die durch eine solche Brennfleckwanderung verursachten Abbildungsfehler möglichst umfassend reduziert werden können.task Thus, the present invention is a method, an apparatus and an arrangement for compensation of focal spot migrations and / or their effects available too provide, with which avoids the disadvantages described above can be and with which in a simple way those by such Focal spot migration caused aberrations as possible can be reduced comprehensively.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 21 und durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 25 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Anordnung finden sich in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved by a method according to claim 1, by a Device according to claim 21 and by an arrangement according to claim 25 solved. Advantageous developments of the method according to the invention, the device according to the invention and the arrangement according to the invention can be found in the respective dependent claims.

Grundidee der Lösung, welche die vorliegende Erfindung vorschlägt, ist es, eine Brennfleckwanderung bzw. die Auswirkungen derselben auf die Bildentstehung bereits während des Aufnahmeprozesses der einzelnen Durchstrahlungsbilder für die Computertomographie zu kompensieren. Dies bedeutet, dass jeweils nachdem eine Einzelprojektion aufgenommen wurde, wie nachfolgend noch näher beschrieben, vor Aufnahme der zeitlich nachfolgenden nächsten Projektion eine Kompensation der Verschiebung des Röhrenbrennflecks erfolgt. Die vorliegende Erfindung schlägt somit vor, die Kompensation der Brennfleckwanderung bzw. der Auswirkung derselben in Form eines geschlossenen Regelprozesses auszugestalten. Die Kompensation kann hierbei vorteilhafterweise für jede der Projektionen erfolgen (also jeweils nach jeder Aufnahme einer einzelnen Projektion erfolgen), es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, dass die Kompensation beispielsweise nur nach jeder zweiten oder jeder dritten Aufnahme einer Projektion erfolgt.The basic idea the solution, which the present invention proposes is to make a focal spot walk or their effects on the image already during the Acquisition process of the individual radiographic images for computed tomography to compensate. This means that each after a single projection was recorded, as described in more detail below, before recording the next in time Projection a compensation of the displacement of the tube focal spot he follows. The present invention thus proposes the compensation of Focal spot migration or the effect of the same in the form of a to design a closed rule process. The compensation can this advantageously for each of the projections takes place (ie after each recording a single projection), but of course it is possible, for example, the compensation only after every other or two every third shot of a projection takes place.

Damit die Auswirkungen der Brennfleckwanderung auf die Bildentstehung während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder kompensiert oder mindestens minimiert werden können, wird vorteilhafterweise zunächst der Ort des Brennflecks kontinuierlich d. h. von Durchstrahlungsbild zu Durchstrahlungsbild vermessen. Diese Vermessung kann durch die Anbringung eines oder mehrerer Referenzobjekte zwischen der Strahlquelle und dem Detektor erfolgen. Das oder die Referenzobjekte können stark Strahlung absorbierende Kugeln auf schwach Strahlung absorbierenden Trägern oder stark Strahlung absorbierende Blendenelemente sein. Sinnvollerweise wird/werden das/diese Referenzelement(e) so angeordnet, dass das/ihr Bild auf dem Detektor nahe am Rand liegt, da diese Bildbereiche nicht für die Erzeugung der Durchstrahlungsbilder und damit auch nicht für die rechnerische Rekonstruktion der äußeren und inneren Strukturen des durchstrahlten Objekte verwendet werden können. Wesentlich ist, dass das bzw. die Referenzobjekte für die Dauer des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder ortsfest bezüglich Dreheinrichtung und Detektor sind (wenn die Kompensation durch räumliches, z. B. mechanisches, Verschieben der Röntgenröhre bzw. Strahlquelle erfolgt) bzw. ortsfest bezüglich der Strahlungsquelle (wenn die Kompensation durch entsprechendes Verschieben des Detektors und des Untersuchungsobjekts oder des Untersuchungsobjekts alleine erfolgt).In order to the effects of focal spot migration on image formation while the acquisition process of all radiographs compensated or can be minimized at least is advantageously first the location of the focal spot continuously d. H. of radiograph to measure radiographic image. This survey can be done by the Attaching one or more reference objects between the beam source and the detector. The reference object (s) can be strong Radiation absorbing balls on weakly absorbing radiation carriers or strongly radiation-absorbing aperture elements. Logically, the reference element (s) is / are arranged so that the / her Image on the detector is close to the edge, because these image areas not for the generation of the radiographic images and thus not for the computational Reconstruction of the outer and internal structures of the irradiated objects can be used. Essential is that the reference object or objects for the duration of the recording process all radiation images stationary with respect to rotating device and detector (if compensation by spatial, eg mechanical, Move the X-ray tube or Beam source takes place) or stationary with respect to the radiation source (if the compensation by appropriately moving the detector and the examination object or the examination object is done alone).

Die grundlegende Wirkungsweise des beschriebenen Ver fahrens zur Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung auf die Bildentstehung während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder entspricht somit der eines geschlossenen Regelkreises.The Basic operation of the method described for compensation the effects of focal spot migration on image formation while the recording process of all radiographic images thus corresponds that of a closed loop.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat hierbei insbesondere die folgenden Vorteile:

• Mit dem vorgestellten Verfahren ist eine Reduzierung des Rekonstruktionsfehlers um 90% erzielbar.
• Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die Auswirkungen der Brennfleckwanderung auf die Bildentstehung bereits während des Aufnahmeprozesses unmittelbar nach den einzelnen Projektionen jeweils korrigiert werden und dass somit das Verfahren eine Korrektur unabhängig von anderen Einflussfaktoren wie Röhrenalterung, Stromschwankungen des Elektronenstrahls, Temperatur etc. ermöglicht.

The method according to the invention has the following advantages in particular:

• With the presented method a reduction of the reconstruction error by 90% can be achieved.
Another advantage of the method is that the effects of the focal spot migration on the image formation are already corrected during the recording process immediately after the individual projections and that thus the method correction independent of other factors such as tube aging, current fluctuations of the electron beam, temperature etc. allows.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung und Anordnung werden nun nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie möglicher Varianten desselben beschrieben.The inventive method as well as the device according to the invention and arrangement will now be described below with reference to an embodiment as well as possible Variants described the same.

1 zeigt hierbei den grundlegenden Aufbau für das erfindungsgemäße Verfahren. 1 shows here the basic structure for the inventive method.

2 skizziert die Vorgehensweise beim erfindungsgemäßen Verfahren. 2 outlines the procedure in the method according to the invention.

1 zeigt in Aufsicht (in Drehachsrichtung gesehen) eine Strahlquelle 1 in Form einer Röntgenröhre. Strahlausgangsseitig der Röntgenröhre 1 ist eine Dreheinrichtung 4 angeordnet, auf welcher ein zu durchstrahlendes Untersuchungsobjekt 2 angeordnet ist. Strahlausgangsseitig der Dreheinrichtung 4 und des Untersuchungsobjekts 2 ist ein Flächen-Matrixdetektor 3 angeordnet, welcher eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen (Detektorzeilen in y''-Richtung des kartesischen Koordinatensystems x'', y'', z'' angeordnet) aufweist. Die Drehachse 4a, um die das Objekt 2 mittels der Einrichtung 4 rotiert wird, ist hier senkrecht zur Bildebene in z-Richtung angeordnet. Die Strahlenquelle 1 strahlt somit Röntgenstrahlung in x'-Richtung ab, welche auf das Objekt 2 trifft, von diesem je nach lokalen Objekteigenschaften absorbiert wird und somit ein Strahlenbild erzeugt. Das durch das Objekt 2 modifizierte Strahlenbild (Projektion) wird anschließend auf den Detektor 3 abgebildet, wobei die einzelnen Detektorelemente 3a je nach lokaler Strahlenabsorption unterschiedliche elektrische Signale erzeugen. Die Signalwerte können dann schließlich (beispielsweise durch einen Computer, der dem Detektor 3 nachgeschaltet ist), in entsprechende Abbildungen der Strahlenbilder bzw. Projektionen (zweidimensionale digitale Bilder) umgesetzt werden. Aus den einzelnen Projektionen werden dann, wie dem Fachmann bekannt ist, mittels mathematischer Rekonstruktionsverfahren Schnittbilder des durchstrahlten Objekts 2 berechnet. Um eine solche Schnittbildberechnung zu ermöglichen, muss das Objekt 2 in unterschiedlichen Winkelstellungen über einen definierten Winkelbereich (in der Regel, je nach Rekonstruktionsalgorithmus z. B. über einen Winkelbereich von 180° plus Fächerwinkel des Röntgenstrahls) abgetastet werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Dreheinrichtung 4 das auf ihr angeordnete Objekt 2 in Winkelschritten von z. B. 0,5° oder 1° um die Drehachse rotiert (Winkel φ) während Röhre 1 und Detektor 2 ortsfest bleiben. Eingezeichnet ist desweiteren ein erstes Strahlenbündel S1, welches die Situation bei der Aufnahme einer ersten Projektion dar stellt. Bei der zeitlich darauffolgenden nächsten Projektion (zweite Projektion) hat sich der Röhrenfokus aufgrund der vorbeschriebenen Brennfleckwanderung um den Betrag Δz' in Richtung der Drehachse und um den Betrag Δy' senkrecht zur Drehachse und senkrecht zur Abstrahlrichtung x' bewegt (übertrieben gezeichnet). Die zweite Projektion wird somit mit dem Strahlenbündel S2 (gestrichelt) unter verschobener Fokusposition aufgenommen. Aufgrund dieser Verschiebung des Röhrenfokus im Zeitintervall zwischen den beiden Projektionen resultieren die vorbeschriebenen Auswirkungen. 1 shows in supervision (seen in Drehachsrichtung) a beam source 1 in the form of an x-ray tube. Beam exit side of the X-ray tube 1 is a turning device 4 arranged on which a to be irradiated examination object 2 is arranged. Beam exit side of the rotating device 4 and the examination subject 2 is a surface area matrix detector 3 which has a two-dimensional arrangement of detector elements (detector rows arranged in the y '' direction of the Cartesian coordinate system x '', y '', z ''). The rotation axis 4a to the the object 2 by means of the device 4 is rotated, is arranged here perpendicular to the image plane in the z-direction. The radiation source 1 thus emits X-rays in the x'-direction, which are incident on the object 2 is absorbed by this depending on local object properties and thus generates a ray image. That by the object 2 modified beam image (projection) is then applied to the detector 3 shown, wherein the individual detector elements 3a generate different electrical signals depending on local radiation absorption. The signal values may then finally (for example by a computer connected to the detector 3 is followed) are converted into corresponding images of the ray images or projections (two-dimensional digital images). From the individual projections, as is known to the person skilled in the art, sectional images of the irradiated object are then produced by means of mathematical reconstruction methods 2 calculated. To enable such a slice calculation, the object must 2 in different angular positions over a defined angular range (usually, depending on the reconstruction algorithm, for example, over an angular range of 180 ° plus fan angle of the X-ray beam) are scanned. This is made possible by the fact that the turning device 4 the object placed on it 2 in angular steps of z. B. 0.5 ° or 1 ° around the axis of rotation (angle φ) during tube 1 and detector 2 stay stationary. Also marked is a first beam S1, which represents the situation when recording a first projection. In the subsequent subsequent projection (second projection), the tube focus has moved by the amount Δz 'in the direction of the axis of rotation and by the amount Δy' perpendicular to the axis of rotation and perpendicular to the direction of emission x 'due to the aforementioned focal spot migration (exaggerated). The second projection is thus recorded with the beam S2 (dashed) with shifted focus position. Due to this shift in the tube focus in the time interval between the two projections, the effects described above result.

2 zeigt nun die Basiskonfiguration, wie sie beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung/Anordnung eingesetzt wird: Es wird ein Referenzobjekt R (hier Stahlkugel) in den Strahlengang zwischen den Detektor 3 und die Strahlenquelle 1 eingeführt. Im vorliegenden Fall wird das Referenzobjekt R so zwischen der Quelle 1 und dem Detektor 3 angeordnet, dass für die einzelnen Projektionsabbildungen sein Schattenbild auf den Rand des Detektors 3 trifft, somit nicht mit Strukturen des Untersuchungsobjekts 2 überlagert wird (also die Bildrekonstruktion nicht stört): Ortsfeste Anordnung des Referenzobjekts bezüglich Drehachse und Detektor (für die Dauer des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder). 2 now shows the basic configuration, as used in the inventive method or in the inventive device / arrangement: It is a reference object R (here steel ball) in the beam path between the detector 3 and the radiation source 1 introduced. In the present case, the reference object R is so between the source 1 and the detector 3 arranged that for the individual projection pictures its silhouette on the edge of the detector 3 does not coincide with structures of the examination object 2 is superimposed (ie the image reconstruction does not interfere): Fixed arrangement of the reference object with respect to axis of rotation and detector (for the duration of the recording process of all radiographic images).

Wie aus 2 ersichtlich ist, verursacht die Änderung des Orts des Brennpunkts in der y'/z'-Ebene um die Beträge Δy'/Δz' eine Änderung des Orts des Bilds des Referenzpunkts bzw. -objekts (hier als Kugel angenommen) um die Beträge Δy''/Δz'' in der y''/z''-Ebene des Detektors. Der Zusammenhang zwischen Δy' bzw. Δz' (Verschiebung der Fokusposition in y'- bzw. z'-Richtung) und Δy'' bzw. Δz'' (hierdurch resultierende Verschiebung der Position des Referenzobjekts in der Abbildung der Projektion auf dem Detektor in y''-Richtung bzw. z''-Richtung) lässt sich hierbei mit Hilfe des Strahlensatzes anhand der Größen x' und x'' (Abstand Röhrenfokus und Referenzobjekt bzw. Abstand Referenzobjekt und Detektor, jeweils in Strahlemissionsrichtung x') leicht berechnen. Aus den mit Verfahren der Bildverarbeitung vermessenen Beträgen Δy''/Δz'', die bis auf Bruchteile der Detektorelementgröße (subpixelgenau) ermittelt werden können und den Abständen x' und x'' lassen sich somit die Beträge Δy'/Δz' der Änderung des Orts des Brennflecks aus zwei aufeinander folgenden Durchstrahlungsbilder ermitteln.How out 2 is apparent, the change in the location of the focal point in the y '/ z' plane by the amounts Δy '/ Δz' causes a change in the location of the image of the reference point or object (here assumed to be a sphere) by the amounts Δy '. '/ Δz "in the y" / z "plane of the detector. The relationship between Δy 'and Δz' (shift of the focus position in y 'and z' direction, respectively) and Δy "or Δz" (resulting shift of the position of the reference object in the image of the projection on the detector in FIG y '' - direction or z '' - direction) can be easily calculated with the help of the beam set on the basis of the quantities x 'and x''(distance between tube focus and reference object or distance reference object and detector, respectively in beam emission direction x'). From the amounts Δy "/ Δz" measured using image processing methods, which can be determined down to fractions of the detector element size (subpixel accurate) and the distances x 'and x ", the amounts Δy' / Δz 'of the change in the Determine the location of the focal spot from two consecutive radiographic images.

Die Berechnungsformeln hierfür lauten wie folgt:

The calculation formulas for this are as follows:

Für die subpixelgenaue Berechnung der Beträge Δy'' und Δz'' bietet sich das folgende Bildverarbeitungsvorgehen an:

• Ermitteln der Kontur(en) des/der Referenzobjekt(e) entweder direkt aus dem Durchstrahlungsbild (Grauwertbild) (subpixelgenau) oder aus dem binarisierten Durchstrahlungsbild,
• Besteinpassung von regelgeometrischen Elementen (Kreis(e) bei Kugeln, Geraden, Kreise, Ellipsen oder Polygonzüge bei Blendenelementen) und anschließend
• Ermitteln der Beträge Δy'' und Δz'' entweder aus dem/den Mittelpunkt(en) des/der regelgeometrischen Elements/Elemente (bei Kugeln) bzw. dem/den Mittelpunkt(en) der aus regelgeometrischen Elementen gebildete(n) Figur(en) (bei Blendenelementen) oder aus dem/den Schwerpunkte(n) des/der regelgeometrischen Elements/Elemente (bei Kugeln) bzw. dem/den Mittelpunkt(en) der aus regelgeometrischen Elementen gebildete(n) Figur(en) (bei Blendenelementen).

For the subpixel accurate calculation of the amounts Δy "and Δz", the following image processing procedure is suitable:

Determination of the contour (s) of the reference object (s) either directly from the transmission image (gray level image) (subpixel accurate) or from the binarized radiographic image,
• Best fit of regular geometric elements (circle (s) for spheres, lines, circles, ellipses or polygons for aperture elements) and afterwards
Determining the amounts Δy "and Δz" either from the center (s) of the rule-geometric element (s) (in the case of spheres) or the center (s) of the figure formed from the regular geometric elements ( en) (for aperture elements) or from the center of gravity te (n) of the rule-geometric element (s) (in the case of spheres) or the center (s) of the character (s) formed from the rule-geometric elements (in the case of aperture elements).

Die Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung auf die Bildentstehung während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder bzw. Projektionen erfolgt nun nach folgendem Schema:

1. Aufnahme des ersten Durchstrahlungsbilds des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder.
2. Ermittlung des Orts des Bilds des/der Referenzobjekte (mit den Bildverarbeitungsmethoden), der als fixer Referenzpunkt für die Dauer des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder festgehalten wird.
3. Aufnahme des nächsten Durchstrahlungsbilds.
4. Ermittlung des Orts des Bilds des/der Referenzobjekte, Berechnung der Beträge Δy''/Δz'' der Bildverschiebung des Referenzobjekts in Bezug zum Referenzpunkt des ersten Durchstrahlungsbilds und Berechnung Beträge Δy'/Δz' der Brennfleckverschiebung mittels der Abstände x' und x''.
5. Räumliches Verschieben (z. B. mittels geeigneter Verschiebemechaniken wie z. B. Verschiebetischen) der Strahlquelle um die Beträge Δy'/Δz' in der y'/z'-Ebene, so dass sich die ursprüngliche Konfiguration des Orts des Brennpunkts einstellt (Verschieben in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der Brennfleckverschiebung) als Kompensationsschritt zur Korrektur für die nächste aufzuneh mende Projektion.
6. Verschieben des Durchstrahlungsbilds (bzw. des aus den Detektorsignalen erzeugten Abbildes der zugehörigen Projektion) um die (kleinen) Beträge Δy''/Δz'' in der y''/z''-Ebene in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der Bildverschiebung des Referenzobjekts durch Interpolation mit Verfahren der Bildverarbeitung als Korrekturschritt für die gegenwärtige Projektion im Rahmen der Bildrekonstruktion (die Rekonstruktion wird somit mit den verschobenen Abbildern vorgenommen).
7. Fortfahren mit Punkt 3. bis alle Durchstrahlungsbilder des Aufnahmeprozesses aufgenommen sind.

The compensation of the effects of the focal spot migration on the image formation during the acquisition process of all radiographic images or projections now takes place according to the following scheme:

1. Recording of the first radiographic image of the recording process of all radiographs.
2. Determination of the location of the image of the reference object (using the image processing methods), which is recorded as a fixed reference point for the duration of the acquisition process of all radiographic images.
3. Take the next radiograph.
4. Determination of the location of the image of the reference object (s), calculation of the amounts Δy "/ Δz" of the image shift of the reference object with respect to the reference point of the first transmission image and calculation of amounts Δy '/ Δz' of the focal spot displacement by means of the distances x 'and x ''.
5. Move spatially (eg by means of suitable displacement mechanisms such as translation tables) the beam source by the amounts Δy '/ Δz' in the y '/ z' plane so that the original configuration of the location of the focal point is established (Move in the opposite direction to the direction of the focal spot shift) as a compensation step to correct for the next aufzuneh ing projection.
6. shifting the radiographic image (or the image of the associated projection generated from the detector signals) by the (small) amounts Δy "/ Δz" in the y "/ z" plane in the opposite direction to the direction of the image shift Reference object by interpolation with image processing methods as a correction step for the current projection in the frame of the image reconstruction (the reconstruction is thus carried out with the shifted images).
7. Continue with point 3. until all radiographs of the recording process have been recorded.

Die Berechnung der einzelnen Größen in den vorbeschriebenen Schritten geschieht dabei wie folgt ((1) bedeutet hierbei das erste Durchstrahlungsbild, (n) das n-te mit n = 2, 3, 4, ...): Δy''(n) = y''(n) – y''(1), Δz''(n) = z''(n) – z''(1) und

The calculation of the individual quantities in the above-described steps takes place as follows ((1) here means the first transmission image, (n) the nth with n = 2, 3, 4,. Ay '' (N) = y '' (N) - y '' (1) , Δz '' (N) = z '' (N) - z '' (1) and

Für die Verschiebung der Durchstrahlungsbilder kommen linearen, bilineare, quadratische, biquadratische, Spline- und Bispline oder andere Interpolationsmethoden der Bildverarbeitung und ggf. eine Rotation zum Einsatz.For the shift the radiographic images are linear, bilinear, quadratic, biquadratic, spline and bisplins or other interpolation methods the image processing and possibly a rotation used.

Im Rahmen des vorgenannt beschriebenen Ausführungsbeispiels sind die folgenden Modifikationen möglich:

1. Anstelle der Verschiebung der Strahlquelle in der y'/z'-Ebene zur Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung können auch das Untersuchungsobjekt (vorzugsweise mittels der Dreheinrichtung) und der Detektor (gemeinsam) um die Beträge Δy'/Δz' verschoben werden. In diesem Fall muss/müssen das/die Referenzobjekt(e) ortsfest bezüglich der Strahlungsquelle sein. Die Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung auf die Bildentstehung während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder erfolgt dann analog zu obigem Schema.
2. Alternativ zu der Verschiebung der Strahlquelle in der y'/z'-Ebene bzw. der gemeinsamen Verschiebung der Dreheinrichtung in der y/z-Ebene (durchstrahltes Objekt) und des Detektors in der y''/z''-Ebene kann die Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung auch dadurch erreicht werden, dass die Strahlquelle nur in der y'-Richtung der y'/z'-Ebene und die Dreheinrichtung und der Detektor in z-Richtung der y/z-Ebene bzw. in der z''-Richtung der y''/z''-Ebene um die Beträge Δy' in y'-Richtung und Δz' in z'-Richtung bewegt werden. Dasselbe gilt, wenn die Strahlquelle nur in der z'-Richtung der y'/z'-Ebene und die Dreheinrichtung und der Detektor in y-Richtung der y/z-Ebene bzw. in der y''-Richtung der y''/z''-Ebene bewegt werden.
3. Eine Annäherung an die obigen Verfahren wird erzielt, wenn die Brennfleckwanderung während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder durch entsprechende Verschiebungen des zu durchstrahlenden Objekts (unter Konstanthalten des Ortes von Detektor und Röhre) in der y/z-Ebene er folgt. Die Strecke, um die hierbei verschoben wird, lässt sich ebenfalls mit Hilfe des Strahlensatzes wie folgt berechnen:
Einer der beiden, durch die Brennpunktwanderung entstehenden Winkelfehler (derjenige in y-Richtung) kann in der x/y-Ebene über den Drehwinkel φ kompensiert werden. Damit auch der zweite Winkelfehler (derjenige in z-Richtung) kompensiert werden kann, ist es erforderlich, die auf der x/y-Ebene senkrecht stehende Drehachse zu neigen. Die Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung auf die Bildentstehung während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder erfolgt dann in leicht abgewandelter Form analog zu obigem Schema: In Schritt 5. wird nicht die Strahlquelle sondern das durchstrahlte Objekt um die Beträge Δx und Δz in der y/z-Ebene verschoben.
4. Alternativ zur mechanischen Verschiebung von Strahlquelle bzw. Dreheinrichtung und Detektor zur Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung kann eine Kompensation der Brennfleckwanderung und damit eine Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung auch dadurch erreicht werden, dass der Brennfleck und damit der Ort der Strahlenstehung im Rahmen der vorbeschriebenen Regelung selbst korrigiert wird indem die in den Durchstrahlungsbildern mittels Referenzobjekt(en) gemessene(en) Abweichung(en) elektronisch kompensiert werden. Bei einer messbaren Abweichung wird der Elektronenstrahl in der Strahlquelle mittels integrierter Ablenkeinrichtungen (Kondensatorplatten bzw. Magnetspulen) und proportionaler Spannungs- bzw. Stromänderung an den Ablenkeinrichtungen auf seinen ursprünglichen Ort bewegt. Die Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung auf die Bildentstehung während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder erfolgt dann analog zu obigem Schema mit der Modifikation, dass im Schritt 5. nicht die Strahlquelle bzw. die Dreheinrichtung und der Detektor um die Beträge Δy'/Δz' verschoben werden, sondern eine den Beträgen Δy'/Δz' proportionale Spannungs- bzw. Stromänderung an den Ablenkeinrichtungen der Strahlquelle erfolgt.
5. Alternativ zur mechanischen Verschiebung von Strahlquelle bzw. Dreheinrichtung und Detektor zur Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung und alternativ zur elektronischen Kompensation der Brennfleckwanderung in der Strahlquelle selbst kann eine Kompensation der Auswirkungen der Brennfleckwanderung näherungsweise dadurch erreicht werden, dass die in den Durchstrahlungsbildern mittels Referenzobjekt(en) gemessene(n) Abweichung(en) ausschließlich algorithmisch korrigiert werden. Bei messbaren Abweichungen werden aus den gewonnenen Durchstrahlungsbildern neue Bilder durch Verschieben der Durchstrahlungsbilder mit Verfahren der Bildverarbeitung erzeugt. Für die Verschiebung der Durchstrahlungsbilder kommen ebenfalls lineare, bilineare, quadratische, biquadratische, Spline- und Bispline oder andere Interpolationsmethoden der Bildverarbeitung und ggf. der Rotation zum Einsatz. Einer der beiden, durch die Brennpunktwanderung entstehenden Winkelfehler (derjenige in y-Richtung) kann in der x/y-Ebene über den Drehwinkel φ kompensiert werden. Damit auch der zweite Winkelfehler (derjenige in z-Richtung) kompensiert werden kann, ist es erforderlich, die auf der x/y-Ebene senkrecht stehende Drehachse zu neigen. Die Kompensation der Auswirkung der Brennfleckwanderung auf die Bildentstehung während des Aufnahmeprozesses aller Durchstrahlungsbilder erfolgt dann analog zu obigem Schema mit der Modifikation, dass Schritt 5. entfällt.

Within the scope of the aforementioned embodiment, the following modifications are possible:

1. Instead of the displacement of the beam source in the y '/ z' plane to compensate for the effects of Brennfleckwanderung and the object to be examined (preferably by means of the rotator) and the detector (jointly) by the amounts .DELTA.y '/ .DELTA.z' are moved. In this case, the reference object (s) must be stationary with respect to the radiation source. The compensation of the effects of the focal spot migration on the image formation during the acquisition process of all radiographic images then takes place analogously to the above scheme.
2. As an alternative to the displacement of the beam source in the y '/ z' plane or the common displacement of the rotator in the y / z plane (irradiated object) and the detector in the y '' / z '' - plane can the compensation of the effects of the Brennfleckwanderung also be achieved in that the beam source only in the y 'direction of the y' / z 'plane and the rotator and the detector in the z direction of the y / z plane or in the z '' Direction of the y '' / z '' - plane by the amounts .DELTA.y 'in the y' direction and .DELTA.z 'in the z' direction are moved. The same applies if the beam source is only in the z 'direction of the y' / z 'plane and the rotating device and the detector in the y direction of the y / z plane or in the y''direction of the y''. / z '' - plane to be moved.
3. An approximation to the above methods is achieved when the focal spot migration during the recording process of all radiographic images by appropriate shifts of the object to be irradiated (while keeping the location of detector and tube constant) in the y / z plane he follows. The distance to be shifted here can also be calculated with the help of the set of rays as follows:
One of the two angular errors (that in y-direction) resulting from the focal point migration can be compensated in the x / y-plane via the rotation angle φ. So that the second angular error (that in the z-direction) can be compensated, it is necessary to incline the axis of rotation perpendicular to the x / y plane. The compensation of the effects of the focal spot migration on the image formation during the recording process of all radiographic images then takes place in a slightly reduced position In the same way as in the above scheme: In step 5, not the beam source but the irradiated object is shifted in the y / z plane by the amounts Δx and Δz.
4. Alternatively to the mechanical displacement of the beam source or rotating device and detector to compensate for the effects of Brennfleckwanderung compensation of Brennfleckwanderung and thus a compensation of the effects of Brennfleckwanderung also be achieved in that the focal spot and thus the location of the radiation formation in the context of the above The control itself is corrected by electronically compensating the deviation (s) measured in the transmission images by reference object (s). In the case of a measurable deviation, the electron beam in the beam source is moved to its original location by means of integrated deflection devices (capacitor plates or magnetic coils) and proportional voltage or current change at the deflection devices. The compensation of the effects of focal spot migration on the image formation during the acquisition process of all radiographic images is then analogous to the above scheme with the modification that in step 5. not the beam source or the rotating device and the detector by the amounts .DELTA.y '/ Δz' are moved but a the amounts Δy '/ Δz' proportional voltage or current change takes place at the deflection of the beam source.
5. As an alternative to the mechanical displacement of the beam source or rotating device and detector to compensate for the effects of the focal spot migration and alternatively to the electronic compensation of the focal spot migration in the beam source itself compensation of the effects of Brennfleckwanderung can be approximately achieved that in the radiographic images by reference object ( en) measured deviation (s) can be corrected only algorithmically. In the case of measurable deviations, new images are generated from the radiation images obtained by shifting the radiographic images using methods of image processing. Linear, bilinear, quadratic, biquadratic, spline and bisplines or other interpolation methods of image processing and possibly rotation are also used for the displacement of the radiographic images. One of the two angular errors (that in y-direction) resulting from the focal point migration can be compensated in the x / y-plane via the rotation angle φ. So that the second angular error (that in the z-direction) can be compensated, it is necessary to incline the axis of rotation perpendicular to the x / y plane. The compensation of the effect of focal spot migration on the image formation during the acquisition process of all radiographic images is then analogous to the above scheme with the modification that step 5 is omitted.

Claims

Method for recording x-ray projection images, wherein by means of an x-ray tube ( 1 ) and an X-ray sensitive detector ( 3 ) temporally successive multiple projections of an examination subject ( 2 ) are recorded at different angular positions, characterized in that a reference object (R) is imaged onto the detector, that the migration of the tube focal spot position is calculated from the position of the reference object in the images of the projections, and that for the second and the subsequent projections each hike is compensated before the respective temporally subsequent projection is recorded.

Method according to the preceding claim, characterized characterized in that in the first projection and in the second, temporally following the first projection following projection the reference object the detector is imaged that from the location of the reference object in these figures, the migration of the tube spot position in the time interval between the first and the second projection is calculated that this Migration is compensated and that after the compensation of Wande tion at least one more projection is recorded.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that after the first projection a plurality of for each of these further projections each hike the tube spot position from the position of the reference object in the image of this projection and in the figure of the first projection is calculated and based on this calculation is compensated before that of this projection subsequent projection of the plurality of further projections is recorded.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that after the first projection a plurality of further projections is recorded, wherein for each of these further projections in each case the migration of the tube focal spot position from the position of the reference object in the image of this projection and in the figure the projection of the plurality of projections preceding this projection is calculated and compensated based on this calculation, before the projection of the projection following this projection Variety of further projections is added.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a compensation for each projection of a series followed by immediately temporally successive projections.

Method according to one of the preceding claims, characterized that is compensated by the X-ray tube, not however, the object under investigation and the detector, spatially displaced becomes.

Method according to the preceding claim, characterized characterized in that the reference object relative to the examination object and is arranged stationary to the detector.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that is compensated by the examination object and the detector, but not the X-ray tube, are spatially displaced.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that is compensated by the examination object, not however the x-ray tube and the detector, spatially displaced become.

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that the reference object is arranged stationary relative to the x-ray tube becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that is compensated by, in a first spatial direction the examination subject, but not the X-ray tube and the detector, spatially displaced and in a second spatial direction the x-ray tube, not however, the object under investigation and the detector, spatially displaced becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that is compensated by the tube focal spot position moved spatially on the anode plate of the x-ray tube becomes.

Method according to the preceding claim, characterized characterized in that the electron beam in the x-ray tube through Conductor plates and / or magnetic coils is deflected.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that is compensated by at least one figure a projection with a method of image processing translationally and / or is moved by rotation.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the mapping is opposite to at least one projection Shifting the image of the reference object is moved.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the migration of the tube focal spot position by means of digital image processing method is calculated.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the reference object is arranged so that his image lies in the pictures of the projections near the edge of the picture.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the x-ray tube and the detector are arranged stationary relative to each other and together be rotated around the stationary object to be examined for Recording the projections or that the X-ray tube and the detector stationary are arranged and the examination object is rotated to record the projections.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as a reference object, a part of the examination object is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least part of the recorded Projections at least one sectional image of the examination object is reconstructed.

Apparatus for taking X-ray projection images, comprising an x-ray tube, a X-ray-sensitive Detector and a calculation unit, wherein by means of the X-ray tube and the Detector temporally successive multiple projections of a Examination object under different angular positions recordable are characterized in that based on the figure of a Reference object to the detector in the calculation unit from the Position of the reference object in the pictures of the projections the hike the tube stain position is predictable, and that for the second and the following projections this hike is each compensable before the respective temporally subsequent projection is recorded.

Device after the previous one Claim, characterized in that the calculation unit is a computer, in particular a PC.

Device according to one of the preceding device claims, characterized characterized in that the device as a computed tomography, micro-computed tomography or C-arm X-ray system is trained.

Device according to one of the preceding device claims, characterized in that the detector comprises a two-dimensional matrix of individual detector elements ( 3a ) having surface detector is.

Arrangement comprising a device according to a the previous device claims and at least one reference object.

Arrangement according to the preceding claim, characterized characterized in that at least one of the reference objects is a sphere is, in particular a steel or lead ball.

Device or arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the device or arrangement is formed is to carry a method according to any one of the preceding method claims.

Use of a method, a device or an arrangement according to any one of the preceding claims to Compensation of focal spot migrations in computed tomography or to compensate for the effects of such focal spot migrations.