DE102007040549A1 - Method for reducing image noise and spirit of artifacts in frame of recorded radioactive-based image of image receiving area, involves taking raw image of image receiving areas with both different radiation spectrums - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des Bildrauschens und/oder von Geistartefakten im Rahmen der Aufnahme wenigstens eines strahlungsbasierten Bildes eines Bildaufnahmebereichs mit zwei unterschiedlichen Strahlungsspektren, insbesondere mit zwei unterschiedlichen Röntgenstrahlungsspektren.The The invention relates to a method of reducing image noise and / or ghost artifacts in the context of the inclusion of at least one radiation-based Image of an image pickup area with two different radiation spectra, in particular with two different X-ray spectra.
Bei der Dual-Energie-Materialzerlegung bzw. -bildung (DE-Materialzerlegung bzw. -bildgebung) wird ein zu bestrahlendes Objekt, also z. B. ein Patient, bei zwei unterschiedlichen Röntgenspannungen und damit mit zwei unterschiedlichen Röntgenspektren aufgenommen. Im Rahmen dieser Aufnahme werden zwei Projektionsbilder, also Rohbilder, für die unterschiedlichen Spannungen erzeugt.at the dual-energy material decomposition or formation (DE material decomposition or imaging) is an object to be irradiated, ie z. B. a Patient, at two different x-ray voltages and thus taken with two different X-ray spectra. Within this frame, two projection images, ie raw images, generated for the different voltages.
Die Aufnahme mit zwei unterschiedlichen Spektren anstelle eines einzigen Spektrums bietet den Vorteil, dass sich radiologisch unterschiedliche Materialien, beispielsweise Weichteilgewebe und Knochen, trennen bzw. separieren lassen, indem die beiden Rohbilder geeignet kombiniert werden.The Recording with two different spectra instead of a single one Spectrum has the advantage that radiologically different materials, For example, soft tissue and bone, separate or separate by combining the two raw images appropriately.
Bei einer quantitativen DE-Bildgebung werden physikalische Größen wie Materialdicken (in cm) oder Massenbelegungsflächendichten (in g/cm2) als Rekonstruktionswerte rekonstruiert bzw. ermittelt, wobei ein Nachteil der Dual-Energie-Bildgebung die starke Zunahme des Bildrauschens im Vergleich zu den Rohbildern ist.Quantitative DE imaging reconstructs physical quantities such as material thicknesses (in cm) or mass population densities (in g / cm 2 ) as reconstruction values, with a disadvantage of dual energy imaging being the large increase in image noise compared to the raw images is.
Um
dem zu begegnen, werden verschiedene Rauschfilterverfahren verwendet.
Diese gehen jedoch entweder nicht vom physikalisch korrekten nichtlinearen
Modell aus oder aber basieren auf einem reinen Bildnachverarbeitungsverfahren,
das auf geschickte Weise negative Korrelationen zwischen den beiden
separierten Materialbildern zum Zweck der Rauschreduktion ausnutzt.
Zu nennen für derartige Ansätze zur Rauschfilterung
sind die Artikel
Eine Überprüfung der Ergebnisse, die bei der Filterung erhalten werden, im Hinblick auf die tatsächlichen Messdaten findet jedoch nicht statt.A review the results obtained in the filtering, with regard to however, the actual measurement data does not take place.
Zu beachten ist weiterhin, dass Strukturen mit höheren Ortsfrequenzen, beispielsweise Kanten, von einem Materialbild, beispielsweise einem Knochenbild, in das zweite Materialbild, beispielsweise ein Weichteilbild, hineintransportiert werden können (als sogenannte „Geister"). Diese sogenannten „Geisterbilder" können sich z. B. im Rahmen einer Auswertung störend auswirken.To note further that structures with higher spatial frequencies, For example, edges of a material image, such as a Bone image, in the second material image, for example, a soft tissue image, can be transported in (as so-called "ghosts"). These so-called "ghost images" can become z. B. interfere with an evaluation.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, ein diesbezüglich verbessertes Verfahren zur Reduktion des Bildrauschens und/oder von Geistartefakten im Rahmen der Aufnahme wenigstens eines strahlungsbasierten Bildes eines Bildaufnahmebereichs mit zwei unterschiedlichen Strahlungsspektren, insbesondere mit zwei unterschiedlichen Röntgenstrahlungsspektren, anzugeben.Of the Invention is thus the object of a basis in this respect improved method for reducing image noise and / or of ghost artifacts in the context of the inclusion of at least one radiation-based Image of an image pickup area with two different radiation spectra, especially with two different X-ray spectra, specify.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein derartiges Verfahren vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:
- – Aufnahme von Rohbildern des Bildaufnahmebereichs mit den beiden unterschiedlichen Strahlungsspektren mit jeweils paarweise einander zugeordneten Messwerten und
- – zur Separation unterschiedlicher Materialien im Bildaufnahmebereich Bestimmung wenigstens eines einem Messwertepaar als Ergebnis der Separation zuzuordnenden Rekonstruktionswertepaars unter Berücksichtigung einer Rückkopplung zwischen dem Ergebnis und dem Messwertepaar.
- - Recording of raw images of the image pickup area with the two different radiation spectra with pairs of mutually associated measured values and
- For the separation of different materials in the image recording area, determining at least one reconstruction value pair to be assigned to a measured value pair as a result of the separation, taking into account a feedback between the result and the measured value pair.
Vorausgesetzt wird dabei, dass die Messdaten außer Rauschen keine systematischen Ungenauigkeiten mehr enthalten, dass also alle Kalibrierungen und üblichen Korrekturen bereits durchgeführt wurden, und dass die Streustrahlung mit einem geeigneten Verfahren eliminiert worden ist.Provided becomes thereby that the measuring data except noise no systematic Inaccuracies contain more so that all calibrations and usual Corrections have already been made, and that the scattered radiation has been eliminated with a suitable method.
Erfindungsgemäß werden also Rohbilder des Bildaufnahmebereichs, also beispielsweise eines bestimmten Bereichs eines Patienten, mit zwei unterschiedlichen Strahlungsspektren aufgenommen. Diese Strahlungsspektren entsprechen unterschiedlichen Spannungen der Röntgenröhre bzw. eines anderen Strahlungserzeugers zur Bildaufnahme.According to the invention So raw images of the image pick-up area, so for example one specific area of a patient, with two different ones Radiation spectra recorded. These radiation spectra correspond different voltages of the x-ray tube or another radiation generator for image acquisition.
Bei den Bildern, die denselben Bildaufnahmebereich zeigen, sind jeweils identischen Pixeln Messwerte zugeordnet, die sich als Messwertepaar zusammenfassen lassen.at The images showing the same image pickup area are respectively identical pixels associated with measured values, which are summarized as a pair of measured values to let.
Daneben sind ebenso Verfahren denkbar, bei denen statt einer Dual-Energie-Bildgebung eine Bildgebung mit mehr als zwei unterschiedlichen Spektren durchgeführt wird, so dass statt Messwertepaaren Messwertetupel erzeugt werden, die ebenfalls zur Bestimmung von dann Rekonstruktionswertetupeln in das erfindungsgemäße Rauschreduktionsverfahren einfließen. Im Folgenden wird lediglich auf Paare eingegangen, um die Beschreibung einfach zu halten. In den Bereich der Erfindung fallen aber auch Verfahren mit mehr als zwei Aufnahmespektren und daraus erhaltbaren Werten.In addition, methods are also conceivable in which, instead of dual-energy imaging, imaging is carried out with more than two different spectra, so that measured value pairs are generated instead of pairs of measured values, which are also included in the noise reduction method according to the invention for the purpose of determining reconstruction score. In the following, only couples are entered to the description fold. However, the scope of the invention also includes methods with more than two acquisition spectra and values obtainable therefrom.
Um nun eine Separation der unterschiedlichen Materialien im Bildaufnahmebereich, also beispielsweise von Knochen und Weichteilgewebe, zu erreichen, wird einem Messwertepaar durch Berechnung ein Rekonstruktionswertepaar zugeordnet, bei dem es sich beispielsweise um eine Materialdicke oder eine Massenbelegungsdichte, aber auch um andere geeignete Rekonstruktionswerte handeln kann.Around now a separation of the different materials in the image pickup area, for example, of bones and soft tissues, to reach becomes a pair of measured values by calculation a pair of reconstruction values assigned, which is for example a material thickness or a mass occupation density, but also other suitable reconstruction values can act.
Diese Zuordnung eines Rekonstruktionswertepaars zu einem Messwertepaar erfolgt erfindungsgemäß unter Berücksichtigung einer geeigneten Rückkopplung zwischen dem Ergebnis und dem Messwertepaar, also dem Rekonstruktionswert und dem tatsächlichen Messwert. Eine derartige Rückkopplung ermöglicht es, die Ergebnisbilder im Hinblick auf die tatsächlich aufgenommenen Messdaten zu überprüfen, um somit das Rauschen zu reduzieren und das Auftreten von Geisterbildern zu unterdrücken. Durch die Rückkopplung wird es somit möglich, eine Rauschreduktion ohne ein Auftreten von Geistartefakten zu erzielen.These Assignment of a reconstruction value pair to a pair of measured values takes place according to the invention under consideration a suitable feedback between the result and the measured value pair, ie the reconstruction value and the actual value Reading. Such a feedback allows it, the result images in terms of actually recorded measured data to check to reduce the noise and the appearance of ghosting to suppress. It will be through the feedback thus possible, a noise reduction without an occurrence to achieve ghost artifacts.
Das Verfahren bezieht sich auf die Bilddatenaufnahme, also eine Aufnahme physikalischer Messdaten zur Verarbeitung und Auswertung, um so erst ein verwertbares bzw. optimales Bild zu erhalten.The Method refers to the image data recording, so a recording physical measurement data for processing and evaluation, so first to get a usable or optimal picture.
Insbesondere kann im Rahmen der Berücksichtigung der Rückkopplung das Ergebnis unter Vorgabe eines Toleranzintervalls für die Verträglichkeit mit dem Messwertepaar bestimmt werden. Es kann also ein sogenanntes „feasibility problem" formuliert werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Messwerte, also Messwertepaare p = (p1, p2), durch Rauschen fehlerbehaftet sind. Es kann also vorgegeben werden, dass bestimmte Rekonstruktionswertepaare, beispielsweise Materialdickenpaare bzw. Materialdickenvektoren, der Form b = (b1, b2) als verträgliche Lösungen („feasible solution") akzeptiert werden, sofern sie innerhalb einer bestimmten Fehlerschwankungsbreite der Messwertepaare p eine Lösung einer geeignet zu formulierenden Ungleichung darstellen.In particular, in the context of consideration of the feedback, the result can be determined by specifying a tolerance interval for the compatibility with the measured value pair. Thus, a so-called "feasibility problem" can be formulated in which it is assumed that the measured values, ie measured value pairs p = (p 1 , p 2 ), are subject to errors due to noise, ie it can be specified that certain pairs of reconstruction value pairs, for example material thickness pairs or material thickness vectors of the form b = (b 1 , b 2 ) are accepted as compatible solutions ("feasible solution"), provided they represent a solution of an inequitable equation to be formulated within a certain error fluctuation range of the measured value pairs p .
Dabei kann ein Toleranzintervall für einen Abweichungsbereich nach oben und unten (+/–) vorgegeben werden.there can be a tolerance interval for a range of deviation up and down (+/-) can be specified.
Insbesondere kann das Toleranzintervall in Abhängigkeit einer Standardabweichung für ein Rauschen der Messwerte der Rohbilder und eines Toleranzfaktors vorgegeben werden, insbesondere als Produkt der Standardabweichung mit dem Toleranzfaktor.Especially can the tolerance interval depending on a standard deviation for a noise of the measured values of the raw images and a Tolerance factor can be specified, especially as a product of Standard deviation with the tolerance factor.
Das
Toleranzintervall, das eine Abweichung der Ergebniswerte in Form
der Rekonstruktionswerte im Hinblick auf die zu Grunde liegenden
Messwerte definiert, ist also in diesem Fall durch eine Standardabweichung
sowie einen Toleranzfaktor vorgegeben. Insbesondere kann dieses
Intervall durch das Produkt einer Standardabweichung mit diesem
Toleranzfaktor definiert werden. Bei der Standardabweichung handelt
es sich zweckmäßigerweise um die Standardabweichung
des Rauschens der Rohdaten, die als
Der Toleranzfaktor kann dann mit t bezeichnet werden. Die Produktbildung führt dazu, dass für den Sonderfall t = 0 nur die exakte Lösung verträglich ist. Wird der Toleranzfaktor zu t = 1 gewählt, so bedeutet dies, dass als sogenannte „verträgliche Lösungen" alle Lösungen zugelassen werden, die innerhalb eines Toleranzbandes von +/– einer Standardabweichung σ liegen. Die Standardabweichung bzw. deren Komponenten lassen sich wie nachfolgend beschrieben leicht abschätzen.Of the Tolerance factor can then be denoted by t. The product formation causes for the special case t = 0 only the exact solution is compatible. Will the tolerance factor chosen to t = 1, this means that as so-called "compatible Solutions "all solutions that are approved within a tolerance band of +/- one standard deviation σ. The standard deviation or its components can be as follows easy to estimate.
Vorteilhafterweise
wird die Standardabweichung für das Rauschen unter Anwendung
einer Poissonstatistik bestimmt. Dem liegt zu Grunde, dass zwei
(logarithmierte) Messwerte p1, p2, die mit zwei verschiedenen Röhrenspannungen
gewonnen wurden, sich aus dem Quotienten der gemessenen Intensitäten
vor und hinter dem aufzunehmenden Objekt für dasselbe Detektorpixel
durch die Gleichungen
Damit lässt sich die Standardabweichung für jedes Pixel (x, y) aus einem Projektionsdatenpaar p1(x, y), p2(x, y) bestimmen.Thus, the standard deviation for each pixel (x, y) can be determined from a projection data pair p 1 (x, y), p 2 (x, y).
Als
Toleranzfaktor kann ein Faktor im Bereich größer
0 und bis einschließlich 3 vorgegeben werden. Selbstverständlich
sind ebenso andere Faktoren denkbar, wobei jedoch eine Wahl gemäß der Ungleichung
Die Verträglichkeit des Ergebnisses mit dem Messwertepaar kann als Betrag der Differenz zwischen dem Messwertepaar und dem Produkt einer den Übergang vom Rekonstruktionswertepaar auf das Messwertepaar beschreibenden Koeffizientenmatrix bestimmt werden.The Compatibility of the result with the measured value pair can as the amount of difference between the measured value pair and the product one the transition from the reconstruction value pair to the Measured value pair describing coefficient matrix.
Diese
Koeffizientenmatrix ergibt sich dadurch, dass für ein theoretisches
Messwertepaar (M1, M2)
mit
Vorausgesetzt wird dabei, dass die effektiven Spektren W1(E) und W2(E) als bekannt angenommen werden können. Diese Spektren beinhalten die Emissionsspektren der Röntgenröhre bei zwei verschiedenen Spannungen, die Spektralfilter und die energieabhängige Detektoransprechempfindlichkeit. Sie sind derart normiert, dass ihr Integral jeweils 1 beträgt.It is assumed that the effective spectra W 1 (E) and W 2 (E) can be assumed to be known. These spectra include the emission spectra of the X-ray tube at two different voltages, the spectral filters and the energy-dependent detector response. They are normalized such that their integral is 1 in each case.
Die lineare Beziehung für die theoretischen Messwerte (M1, M2) weist als Koeffizienten die Koeffizienten αi auf, die von den diskreten Energien abhängen. Die diesen Koeffizienten zuzuordnende Koeffizientenmatrix lässt sich mit A bezeichnen. Diese Matrix hängt, wie durch den im Folgenden verwendeten Index ausgedrückt wird, von den Rekonstruktionswertepaaren b = (b1, b2) ab. Die Koeffizientenmatrix hat also die Form mit The linear relationship for the theoretical measured values (M 1 , M 2 ) has as coefficients the coefficients α i , which depend on the discrete energies. The coefficient matrix to be assigned to these coefficients can be denoted by A. This matrix, as expressed by the index used below, depends on the reconstruction value pairs b = (b 1 , b 2 ). The coefficient matrix thus has the form With
Die Inversion, also die Rückrechnung von einem Paar von Messwerten auf das zugehörige Paar von Materialdicken bzw. anderen Rekonstruktionswerten kann grundsätzlich durch Inversion dieser Matrix erfolgen.The inversion, ie the recalculation of a pair of measured values to the associated pair of material thicknesses or other reconstruction values, can basically be done by inversion of this matrix respectively.
Um mit verschiedenen Algorithmen eine geeignete Lösung bestimmen zu können, ist es zweckmäßig, vorab eine Tabelle zu berechnen und abzuspeichern, bei der jedem Messwertepaar p = (p1, p2) die zugehörige Matrix, also die vier Koeffizienten der Matrix, A = zugeordnet ist.In order to be able to determine a suitable solution with various algorithms, it is expedient to first of all calculate and store a table in which each measured value pair p = (p 1 , p 2 ) contains the associated matrix, ie the four coefficients of the matrix, A = assigned.
Die Vorausberechnung bietet im Unterschied zur Realzeitberechnung den Vorteil, dass hinsichtlich des Rechenaufwands keine Einschränkungen vorliegen. Es ist also beispielsweise möglich, zunächst die Messwertepaare entsprechend einem zu erwartenden Wertebereich, also z. B. der maximalen Wasserdi cke plus der maximalen Knochendicke, in feinen Schritten, beispielsweise von 0,01, zu diskretisieren.The Forecasting, in contrast to real-time calculation, offers the Advantage that in terms of computational effort no restrictions available. So it is possible, for example, first the measured value pairs corresponding to an expected value range, So z. B. the maximum water thickness plus the maximum bone thickness, to discretize in fine steps, for example of 0.01.
Dann kann für jedes Messwertepaar ein zugehöriges Rekonstruktionswertepaar durch Inversion des entsprechenden nichtlinearen Gleichungssystems, z. B. mit Hilfe des Newtonverfahrens, bestimmt werden.Then For each pair of measured values, an associated pair of reconstruction values can be used by inversion of the corresponding nonlinear system of equations, z. B. using the Newton method determined.
Zu einem Rekonstruktionswertepaar werden die entsprechenden „äquivalenten diskreten Energien" bestimmt, für die dann die Massenschwächungskoeffizienten der beiden Materialien, die die vier Koeffizienten der Matrix bilden, ermittelt werden.For a pair of reconstruction values, the corresponding "equivalent discrete energies" are determined, for which then the mass attenuation coefficients of the two materials, which are the four coefficients of the matrix form, be determined.
Da Ausgangspunkt der Bestimmung der Matrix A das Messwertepaar p ist, lässt sich die Matrix ebenso mit dem Index p kennzeichnen, so dass gilt.Since the starting point of the determination of the matrix A is the measured value pair p , the matrix can be determined also mark with the index p , so that applies.
Mittels dieser Matrix kann somit die Verträglichkeit des Ergebnisses mit dem Messwertepaar bestimmt werden, worauf im Folgenden noch ausführlich eingegangen wird.By means of this matrix Thus, the compatibility of the result with the measured value pair can be determined, which will be discussed in more detail below.
Wie bereits beschrieben wurde, kann also jeweils einem mit den unterschiedlichen Strahlungsspektren aufgenommenen Paar von Messwerten ein mit dem Paar von Messwerten zu identifizierendes theoretisches Wertepaar zugeordnet werden und es kann des Weiteren jedem Rekonstruktionswertepaar ein Paar von (äquivalenten) diskreten Energien zugeordnet werden, von denen die Koeffizienten der Koeffizientenmatrix abhängen. Die Koeffizientenmatrix wird demgemäß durch die linearen Beziehungen für die theoretischen Wertepaare vorgegeben, also durch die Abhängigkeit der Komponenten M1 sowie M2 des theoretischen Wertepaars von den Komponenten des Rekonstruktionswertepaars b1 und b2.As has already been described, a pair of measured values to be identified with the pair of measured values can thus be assigned to each pair of measured values recorded with the different radiation spectra, and a pair of (equivalent) discrete energies can be assigned to each pair of reconstruction values, of which Depend on coefficients of the coefficient matrix. The coefficient matrix is accordingly given by the linear relationships for the theoretical value pairs, ie by the dependence of the components M 1 and M 2 of the theoretical value pair on the components of the reconstruction value pair b 1 and b 2 .
Das Rekonstruktionswertepaar kann unter Berücksichtigung einer zugehörigen Referenzverteilung, insbesondere als Optimierungsvorgabe, bestimmt werden.The Reconstruction value pair may take into account a associated reference distribution, in particular as an optimization specification, be determined.
Dem liegt zu Grunde, dass bei der mathematischen Formulierung des Problems nach Möglichkeit das gesamte verfügbare Vorwissen berücksichtigt werden sollte. Berücksichtigung gefunden hat bei den Feasibilitätserwägungen bereits die statistische Unsicherheit der Messdaten. Darüber hinaus muss es als äußerst unwahrscheinlich gelten, dass die zu benachbarten Pixeln gehörenden Rekonstruktionswerte, also beispielsweise Materialdicken, beliebig zufällig stark voneinander abweichen. Dies bedeutet, dass lokale Glattheitseigenschaften zu erwarten sind.the is due to that in the mathematical formulation of the problem if possible, all available prior knowledge should be considered. consideration has found in the Feasibilitätserwägungen already the statistical uncertainty of the measured data. Furthermore it must be considered extremely unlikely that the reconstruction values associated with neighboring pixels, So for example, material thickness, randomly strong at random differ from each other. This means that local smoothness properties are to be expected.
Derartige Eigenschaften bzw. weitere Eigenschaften, die gegeben sein müssen bzw. mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit sein sollten, können durch die Vorgabe einer geeigneten Referenzverteilung, hier also einer relativ glatten Referenzverteilung, berücksichtigt werden. Dann gilt es, eine Lösung zu finden, die sowohl die Feasibilitätsbedingung erfüllt, als auch mit der Referenzverteilung vereinbar ist, dieser also möglichst ähnlich ist.such Properties or other properties that must be given or with a certain probability, can by the specification of a suitable reference distribution, here one relatively smooth reference distribution. Then it is time to find a solution that meets both the feasibility condition, as compatible with the reference distribution, so this is as similar as possible is.
Die Referenzverteilung kann durch Bestimmung einer im Sinne der kleinsten Quadrate minimalen Abweichung vom Rekonstruktionswertepaar und/oder Vorgabe einer nicht quadratischen Abweichungsvorschrift berücksichtigt werden.The Reference distribution can be determined by determining one in the smallest Squares minimum deviation from the pair of reconstruction value and / or Specification of a non-quadratic deviation rule taken into account become.
Dabei kann als Referenzverteilung eine stark geglättete Version einer Standardrekonstruktion verwendet werden.there can be used as a reference distribution a highly smooth version a standard reconstruction can be used.
Gegeben ist also ein Paar von gemessenen Rohdatenbildern mit den Messwertepaaren p sowie einer Standardabweichung σ(p). Vorzugeben ist eine Referenzverteilung, also beispielsweise ein Paar von Materialdickenbildern, gemäß b (ref) für die Rekonstruktionswertepaare sowie ein Toleranzfaktor t.Given is therefore a pair of measured raw data images with the measured value pairs p and a standard deviation σ ( p ). Provide a reference distribution, so for example, a pair of material thickness images, according to b (ref) for the reconstruction value pairs and a tolerance factor t.
Zu
bestimmen ist ein Rekonstruktionswertepaar b, das zum einen innerhalb eines Toleranzintervalls,
das mit dem Toleranzfaktor t angegeben wird, mit den Rohbilddaten
verträglich ist, also die Feasibilitätsbedingung erfüllt, und das
des
Weiteren z. B. im Sinne der kleinsten Quadrate minimal vom Referenzpaar b (ref) abweicht,
also zudem ein Optimierungsproblem gemäß
further z. B. in the sense of least squares minimally differs from the reference pair b (ref) , so also an optimization problem according to
Selbstverständlich können andere Vorschriften hinsichtlich des Abweichens der Referenzverteilung vom Rekonstruktionswertepaar vorgegeben werden, die gegebenenfalls in bestimmten Fällen zu besseren oder geeigneteren Ergebnissen führen können.Of course may have different rules regarding derogation the reference distribution is given by the pair of reconstruction values, which may be better or better in certain cases can lead to more suitable results.
Vorzugsweise
wird das Rekonstruktionswertepaar unter Verwendung eines iterativen
Algorithmus bestimmt, insbesondere unter Verwendung eines Algebraic-Reconstruction-Technique-
(abgekürzt ART, wobei hier insbesondere ein ART 3- bzw.
ART 4-Algorithmus verwendet werden können) und/oder eines
multiplikativen Algebraic-Reconstruction-Technique- und/oder eines
Maximum-Entropy-Algorithmus. Zum ART4-Algorithmus ist beispielsweise
der Artikel
Bei
der Iteration lassen sich für die Grenzen des Toleranzintervalls
die Abkürzungen
Im
Folgenden wird die Iterationsschleife mit n ≥ 0 für
die beiden den beiden Energien entsprechenden Matrixzeilen k = 1
sowie k = 2 durchlaufen, wobei die Reprojektion durch
Der
Restfehler ergibt sich zu
Es wird also vorzugsweise ein iterativer Algorithmus mit einem Korrekturschritt verwendet. Dieser Korrekturschritt kann je nach verwendetem Algorithmus unterschiedlich ausfallen.It Thus, it is preferably an iterative algorithm with a correction step used. This correction step can vary depending on the algorithm used be different.
Für
den Begleitvektor im Schritt n + 1 gilt
Anschließend
wird der Index gemäß
Die Verwendung derartiger Algorithmen für eine Applikation, die wie hier nur die Lösung von zwei Gleichungen für zwei Energien beinhaltet, wobei die Gleichungen unabhängig für jedes Pixel neu aufzustellen (da die Koeffizientenmatrix von dem Messwertepaar des Pixels abhängt) und zu lösen sind, stellt in dieser Form ein bisher völlig unbekanntes Gebiet dar.The Use of such algorithms for an application, as here only the solution of two equations for involves two energies, the equations being independent for each pixel (since the coefficient matrix depends on the measured value pair of the pixel) and to solve are in this form a hitherto completely unknown area represents.
Weiterhin kann im Rahmen des Korrekturschritts zur Beeinflussung der Konvergenzgeschwindigkeit ein Relaxaktionsfaktor berücksichtigt werden. Die Einführung eines derartigen Faktors ermöglicht es also, das Konvergenzverhalten des Iterationsverfahrens in einer gewünschten Art und Weise zu beeinflussen bzw. zu ändern.Farther can be used during the correction step to influence the convergence speed a relaxation factor is taken into account. The introduction of such a factor thus allows the convergence behavior of the iteration process in a desired manner to influence or change.
Die unterschiedlichen Algorithmen, die zur Lösung von Feasibility-Problemen verwendet werden können, unterscheiden sich durch die Art des Korrekturschritts bzw. durch jeweils abweichende, beispielsweise nicht quadratische, Optimierungsfunktionen bzw. -vorgaben. Diese verschiedenen Algorithmen können alternativ angewendet werden. Entscheidend ist letztlich nur, dass erfindungsgemäß das vorliegende Problem der Rauschreduktion bzw. Geistartefaktvermeidung bei Aufnahmen mit zwei unterschiedlichen Spektren als Optimierungsproblem einer Intervallungleichung formuliert wird.The Different algorithms used to solve feasibility problems can be used differ by the type the correction step or by each deviating, for example non-quadratic, optimization functions or specifications. These different algorithms can be applied alternatively become. Ultimately, it is only decisive that the invention present problem of noise reduction or Geistartefaktvermeidung when recording with two different spectra as an optimization problem one Interval inequality is formulated.
Erfindungsgemäß kann jeweils einem mit den beiden unterschiedlichen Strahlungsspektren aufgenommenen Paar von Messwerten als wenigstens ein Rekonstruktionswertepaar ein Paar von Massenbelegungsdichten und/oder Materialdicken zugeordnet werden. Selbstverständlich können ebenso andere Rekonstruktionswerte auf Basis der Rohdaten bestimmt werden.According to the invention each one recorded with the two different radiation spectra Pair of measurements as at least one pair of reconstruction values associated with a pair of mass occupation densities and / or material thicknesses become. Of course, others can as well Reconstruction values are determined based on the raw data.
Weiterhin kann für wenigstens ein als Ergebnis erhaltenes Rekonstruktionswertepaar eine adaptive korrelierte Nachfilterung, insbesondere eine Variante einer Medianfilterung, bei der insbesondere in der Filtermaske, zur diejenigen Pixelpaare berücksichtigt werden, die negativ korreliert sind, durchgeführt werden.Farther can for at least one reconstructed value pair obtained as a result an adaptive correlated post-filtering, in particular a variant a median filtering, in particular in the filter mask, to be considered those pixel pairs that are negative are correlated.
Dem liegt zu Grunde, dass die Ergebnisbilder eines vorgeschlagenen Iterationsverfahrens besonders bei der Wahl größerer Toleranzintervallparameter t dazu neigen, ein feinkörniges sogenanntes „Salz-und-Pfeffer"-Rauschen in isolierten Pixeln aufzuweisen. Geeignet zur Reduktion dieses Effekts ist eine Medianfilterung mit einer 3×3-Maske.the is based on the result images of a proposed iteration method especially when choosing larger tolerance interval parameters t tend to have a fine-grained so-called "salt-and-pepper" noise in isolated pixels. Suitable for the reduction of this Effects is a median filtering with a 3 × 3 mask.
Um nur isolierte Rauschpixel auf diese Art zu korrigieren und nicht die Strukturen an sich zu verändern, ist es zweckmäßig, eine Variante der Medianfilterung zu verwenden, die hier als „adaptive korrelierte Medianfilterung" bezeichnet wird. Diese Filterung basiert auf der Grundidee, dass das Rauschen in den komplementären Materialbildern stark negativ korreliert ist. Es sollen nur solche Pixel korrigiert werden, die mit komplementären Vorzeichen von ihrer Umgebung abweichen.Around only isolate isolated noise pixels in this way and not to change the structures themselves, it is appropriate to use a variant of median filtering, referred to here as "adaptive Correlated median filtering. "This filtering is based on the basic idea that the noise in the complementary Material images is strongly negatively correlated. It should only such Pixels are corrected with complementary sign deviate from their surroundings.
Ein entsprechender Algorithmus kann dabei so arbeiten, dass bei einer Bildgröße von N×N für jedes Pixel eine 3×3-Maske mit dem Pixel als Zentrum gebildet wird, wobei die Maskenzentren in beiden Bildern bestimmte von diesem Pixel abhängige Werte aufweisen.A corresponding algorithm can work in such a way that, for an image size of N × N, a 3 × 3 mask with the pixel as the center is formed for each pixel, the mask centers in both FIGS which have certain values dependent on this pixel.
Anschließend werden die Medianwerte in der jeweiligen Maske bestimmt. Falls die Abweichungen der Zentralwerte von den Medianwerten, die mit d1 sowie d2 bezeichnet werden können, unterschiedliche Vorzeichen haben, werden die Zentralwerte durch die Medianwerte ersetzt.Subsequently, the median values in the respective mask are determined. If the deviations of the central values from the median values, which can be denoted by d 1 and d 2 , have different signs, the central values are replaced by the median values.
Dieses Verfahren wird für alle Pixel von (1, 1) bis (N, N) durchgeführt.This Method is performed for all pixels from (1, 1) to (N, N).
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Tabellierung der je vier Koeffizienten der 2×2 Matrix zu jedem Messwertepaar gemäß der Erfindung eine große Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Verfahren zur Rauschfilterung ermöglicht.In summary, it should be noted that the tabulation of the four coefficients of the 2 × 2 matrix for each pair of measured values according to the invention allows great flexibility with regard to different methods for noise filtering.
Ein iterativer Algorithmus erzwingt erfindungsgemäß die Konsistenz mit den Messdaten im Rahmen ihrer statistischen Ungenauigkeit.One iterative algorithm enforces the invention Consistency with the measurement data as part of their statistical inaccuracy.
Beim Iterationsstart können durch die Vorgabe eines Referenzbildes als Vorbild die Bildeigenschaften beeinflusst werden. Eine Grauwertskalaveränderung ist damit nicht verbunden. Bei einer geeigneten Wahl des Referenzbildes werden die Bildergebnisse deutlich rauschreduziert, so dass praktisch keine Geister mehr auftreten. Geeignete Referenzbilder sind beispielsweise eine stark geglättete Version einer Standardrekonstruktion und dergleichen.At the Iterationsstart can by specifying a reference image as an example, the image properties are influenced. A gray scale change is not connected to it. For a suitable choice of the reference picture the image results are significantly reduced noise, so that practically no Ghosts occur more. Suitable reference images are, for example a strongly smoothed version of a standard reconstruction and the same.
Unterschiedliche iterative Algorithmen können erfindungsgemäß Verwendung finden. Die Bildnachverarbeitung beispielsweise durch eine „adaptive korrelierte Medianfilterung" kann ein verbleibendes Salz-und-Pfeffer-Rauschen in isolierten Pixeln eliminieren. Eine Anwendung des Verfahrens auf Projektionsbildserien für eine computertomographische Bildrekonstruktion ist möglich.different Iterative algorithms can be used according to the invention Find. The post-processing, for example, by an "adaptive Correlated median filtering "may have residual salt-and-pepper noise in isolated pixels. An application of the method on projection image series for a computer tomographic Image reconstruction is possible.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Ausführungsbeispiele sowie aus den Zeichnungen. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will be apparent from the following embodiments and from the drawings. there demonstrate:
In
der
Die
Kurven
Die
Kurve
In
der
Die
Kurve
In
der
Die
Kurve
In
den
Die
oberste Zeile
Bei dieser Glättung entstehen wie gezeigt keine Geisterbilder. Die Restauration der Bildschärfe kann über die Toleranzschwellen beeinflusst werden.at As shown, this smoothing does not produce ghosting. The restoration of the picture sharpness can over the Tolerance thresholds are influenced.
Die
dritte Zeile
Die
weiteren Zeilen
Entsprechend
zeigt die
In
den
Dementsprechend
ist in der
Die
Zeilen
Überlegenswert
ist grundsätzlich, ob nicht ein gewisses kleineres Maß an
Rauschen noch akzeptabel bzw. sogar wünschenswert ist,
um die Sichtbarkeit sehr schwacher niederfrequenter Bildstörungen,
die in den
Ein erfindungsgemäßes Iterationsverfahren kann des Weiteren auf Standardverfahren zur Rauschfilterung aufgesetzt werden, beispielsweise derart, dass die Startbilder die Ergebnisse eines sogenannten „Correlated Noise Reduction"-Algorithmus sind, der eine starke Rauschfilterung leistet, aber das Problem von Geisterbildern mit sich bringt. Bei einer Anwendung der Iteration, wie sie vorstehend beschrieben wurde, ergänzend zu dieser Filterung lassen sich die Geisterbilder sehr reduzieren. Des Weiteren ist eine zusätzliche Rauschreduktion erreichbar.One Inventive iteration method of the Further on standard methods for noise filtering are set up for example, such that the start images the results of a so-called "Correlated Noise Reduction" algorithm, which provides a strong noise filtering, but the problem of ghosting brings with it. In one application of the iteration, as above described in addition to this filtering the ghost images are greatly reduced. Furthermore, there is an additional Noise reduction achievable.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - „Quantitative evaluation of noise reduction strategies in dual-energy imaging" von R. J. Warp und J. T. Dobbins aus Med. Phys. 30(2), Feb 2003 [0005] - "Quantitative evaluation of noise reduction strategies in dual-energy imaging" by RJ Warp and JT Dobbins of Med. Phys. 30 (2), Feb 2003 [0005]
- - „An Algorithm for noise suppression in Dual Energy CT Material Density Images" von W. A. Kalender, E. Klotz und L. Kostaridou aus IEEE Trans. Med Imaging, Vol. 7, No. 3, September 1988, 218–224 [0005] "An Algorithm for Noise Suppression in Dual Energy CT Material Density Images" by WA Kalender, E. Klotz and L. Kostaridou of IEEE Trans. Med Imaging, Vol. 7, No. 3, September 1988, 218-224 [0005]
- - „A correlated noise reduction algorithm for dual-energy digital subtraction angiography" von C. H. McCollough, M. S. VanLysel, W. W. Peppler und C. A. Mistretta aus Med. Phys. 16(6), Nov/Dec 1989, 873–880 [0005] - "A correlated noise reduction algorithm for dual-energy digital subtraction angiography" by CH McCollough, MS Van Lysel, WW Peppler and CA Mistretta of Med. Phys. 16 (6), Nov / Dec 1989, 873-880 [0005]
- - „A family of iterative quadratic optimization algorithms for pairs of inequalities with application in diagnostic radiology" von G. T. Herman und A. Lent aus Math. Prog. Study 9 (1978), p. 15–29 [0045] - "A family of iterative quadratic optimization algorithms for pairs of inequalities with application in diagnostic radiology" by GT Herman and A. Lent of Math. Prog. Study 9 (1978), pp. 15-29 [0045]
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DE (1) | DE102007040549A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5115394A (en) * | 1983-11-25 | 1992-05-19 | Technicare Corporation | Dual energy computerized tomography system |
-
2007
- 2007-08-28 DE DE102007040549A patent/DE102007040549A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
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R003 | Refusal decision now final |