DE102007049469A1 - Röntgentomographievorrichtung und Artefaktreduktionsverfahren - Google Patents

Röntgentomographievorrichtung und Artefaktreduktionsverfahren Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung liefert eine Röntgentomographievorrichtung (10), die Artefakte reduziert. Die Röntgentomographievorrichtung (10) umfasst eine Scanneinrichtung (103) zur Bestrahlung eines Objekts mit Röntgenstrahlen, um Projektionsdaten von dem Objekt zu erzeugen, eine CT-Wert-Veränderungs- der Größe der Veränderung des CT-Werts in einer Körperachsenrichtung in Bezug auf ein Zielpixel eines Tomographiebildes, das durch Rückprojektion der Projektionsdaten erhalten wird, eine erste Artefaktbestimmungseinheit (27-1) zur Bestimmung, ob die Größe der Veränderung des CT-Werts sich in einem zuvor festgelegten Bereich in einem peripheren Entscheidungspixelbereich befindet, in dem das Zielpixel enthalten ist, eine zweite Artefaktbestimmungseinheit (27-2) zur Bestimmung, dass das Zielpixel ein Artefakt ist, wenn in einer ersten Artefaktentscheidung festgestellt wird, dass die Anzahl von Pixeln, die in einem zuvor festgelegten Bereich enthalten sind, einem ersten Schwellenwert oder einem höheren Wert entsprechen, und eine Artefaktreduktionseinheit zur Durchführung einer Bildverarbeitung, um das Artefakt zu reduzieren, wenn die zweite Artefaktbestimmungseinheit beurteilt, dass es sich bei dem Zielpixel um das Artefakt handelt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Röntgentomographievorrichtung, die tomographische Bilder anzeigt, die weniger anfällig für Artefakte, wie z. B. Konusstrahlartefakte, windradartige Artefakte etc., sind, die bei einem Röntgen-CT(Computertomographie)-Gerät o. Ä. auftreten, sowie auf ein dazugehöriges Artefaktreduktionsverfahren.
  • Bei einem Mehrschicht-Röntgencomputertomographie(Röntgen-CT)Gerät ist die Anzahl der Schichten nunmehr auf 64 oder 256 gestiegen. Bisher sind verschiedene Konusstrahl-Bildrekonstruktionsalgorithmen bekannt, bei denen ein durch das Röntgen-CT-Gerät ausgeführter Spiralscann verwendet wird. Allerdings besteht ein Problem, welches allen Konusstrahl-Bildrekonstruktions-Algorithmen gemein ist, darin, dass ein Abtastungsintervall in einer Körperachsenrichtung (auch z-Richtung oder Schichtrichtung genannt) eines Objekts nicht ausreichend ist. Diese Algorithmen widersprechen dem Nyquist-Theorem und verursachen aufgrund von hochfrequenten Komponenten wirbelartige windrad- bzw. windmühlenähnliche Artefakte innerhalb jedes rekonstruierten Bildes. Das bedeutet, dass Interpolationsberechnungen nicht auf ideale Weise durchgeführt werden können, wenn die Auflösung eines Detektors für eine Struktur nicht ausreichend ist und einen Spiralpitch (Vorschub pro Umdrehung) bei der Spiralabtastung vergrößert wird, so dass im Bild windradartige Artefakte auftreten.
  • Um solche windradartigen Artefakte zu reduzieren, wird eine Multipunkt-Interpolation in z-Richtung durchgeführt, um die Schwankungswerte eines Zielsignals zu reduzieren, wodurch die windradartigen Artefakte zu einem Schatten geformt werden. In der ungeprüften japanischen Patentpublikation Nr. 2003-325502 wird z. B. nach der Durchführung eines Rekonstruktionsfunktions-Faltungsprozesses ein Interpolationsprozess in einer z-Richtung durchgeführt, um dadurch zu versuchen, die windradartigen Artefakte zu reduzieren.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Bei dem Verfahren zur Durchführung der Multipunkt-Interpolation in der z-Richtung zur Reduktion von Artefakten wird jedoch eine Interpolation sogar in Bildbereichen bewirkt, in denen keine Artefakte aufgetreten sind, was zu einer Reduktion der Auflösung in einer z-Richtung führt, wobei durch eine Erhöhung der Auflösung kein deutliches tomographisches Bild erzielt werden kann.
  • Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgentomographiegerät, das Artefakte sicher entfernt, ohne dabei die Auflösung in einer z-Richtung zu mindern, um dadurch eine Reduktion der Artefakte zu erreichen, sowie ein dazugehöriges Artefaktreduktionsverfahren zu schaffen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden Artefakte nur in Bezug auf diejenigen Bildbereiche aus einem dreidimensional rückprojizierten tomographischen Bild reduziert, in denen jeweils das Artefakt erzeugt worden ist. Das dreidimensional rückprojizierte tomographische Bild wird in Bezug auf einen artefaktfreien Bereich so, wie es ist, verwendet, und das tomographische Bild wird angezeigt. Daher kann in Bezug auf den Bildbereich, der frei von auftretenden Artefakten ist, ein deutliches tomographisches Bild erzielt werden, ohne die Auflösung in einer z-Richtung zu reduzieren.
  • Eine Röntgentomographievorrichtuhng gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst eine Scannvorrichtung, um ein Objekt einer Röntgenstrahlung auszusetzen, während wenigstens eine Gantry und/oder ein Tisch entlang einer Körperachsenrichtung des Objekts bewegt wird, um so Projektionsdaten des Objekts zu erzeugen, eine erste Artefaktbestimmungseinheit zur Bestimmung eines jeden der Pixel, die in einem tomographischen Bild enthalten sind, welches durch die Rückprojektion der Projektionsdaten gewonnen wird, als ein Artefakt, eine zweite Artefaktbestimmungseinheit zur Festlegung eines Entscheidungs-Pixelbereichs, der das Zielpixel sowie um das Zielpixel herum liegende Bereiche enthält, wobei das Pixel, das von der ersten Artefaktbestimmungseinheit als das Artefakt bestimmt wurde, ein Ziel darstellt, und zur erneuten Bestimmung des Zielpixels als ein Artefakt, wenn jedes Pixel, das an der ersten Artefaktbestimmungseinheit als das Pixel beurteilt wurde, bei dem das Artefakt möglicherweise generiert wird, jenseits bzw. oberhalb einer vorbestimmten Referenz auftritt, und eine Artefaktreduktionseinheit zur Bewerkstelligung eines Bildprozesses zur Reduktion eines Artefakts an jedem Pixel, das endgültig als ein Artefakt beurteilt wurde.
  • Bei der Röntgentomographievorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform bestimmt die erste Artefaktbestimmungseinheit zunächst, dass ein Artefakt in jedem der Pixel vorhanden ist, die in einem tomographischen Bild enthalten sind. Ferner bestimmt die zweite Artefaktbestimmungseinheit erneut, dass das Pixel, das von der ersten Artefaktbestimmungseinheit als ein Artefakt bestimmt wurde, ein Artefakt ist, wenn das Pixel oberhalb eines vorbestimmten Referenz- oder Standardwertes liegt. Somit findet eine doppelte Bestimmung statt, ob es sich bei jedem in dem tomographischen Bild enthaltenen Pixel um das Artefakt handelt. Es ist möglich, eine Bildverarbeitung lediglich an demjenigen Pixel durchzuführen, in welchem das auf diese Weise beurteilte Artefakt auftritt, um so das Artefakt zu reduzieren. Da abgesehen von den Artefakten keine anderen Pixel einer Interpolationsverarbeitung unterzogen werden, wird die Auflösung in der Körperachsenrichtung nicht gemindert.
  • Die Röntgentomographievorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst ferner eine Artefaktverhältnis-Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Verhältnisses, bei dem jedes Pixel, das als das Artefakt beurteilt wurde, in dem tomographischen Bild enthalten ist, und eine dritte Artefaktbestimmungseinheit zur erneuten Bestimmung des Pixels als ein Artefakt, wenn das Verhältnis einen zuvor festgelegten Schwellenwert übersteigt.
  • Die Röntgentomographievorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform berechnet ein Verhältnis, in dem das Zielpixel, das erneut als das Artefakt bestimmt wurde, in jedem tomographischen Bild belegt ist. Das bedeutet, dass es ein tomographisches Bild gibt, in dem je nach dem Verhältnis keine Artefakte auftreten. Daher kann selbst dann, wenn erneut bestimmt wurde, dass Artefakte in einem Bild vorhanden sind, auch bestimmt werden, dass keine Artefakte in einem tomographischen Bild auftreten, das kleiner ist als ein zuvor festgelegtes Verhältnis als das gesamte tomographische Bild. Daher spezifiziert das Zielpixel das Pixel, das dem Artefakt entspricht, und es kann eine Bildverarbeitung an lediglich demjenigen spezifizierten Pixels bewerkstelligt werden, in dem das Artefakt auftritt, um eine Reduktion des Artefakts zu bewirken.
  • Bei der Röntgentomographievorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform bestimmt die erste Artefaktbestimmungseinheit Artefakte gemäß der Größe der Veränderung des CT-Werts in der Körperachsenrichtung unter mehreren tomographischen Bildern, die durch Rückprojektion der Projektionsdaten gewonnen wurden.
  • Die Größe der Veränderung des CT-Werts in der Körperachsenrichtung wird durch Experimente o. Ä. näher bestimmt. Es wird bestimmt, ob die Veränderungsgröße des CT-Werts in einem zuvor festgelegten Bereich liegt, wodurch jedes Pixel bestimmt wird, in dem ein Artefakt erzeugt wird. In der Ausgestaltung gemäß der dritten Ausführungsform des tomographischen Bildes wird bestimmt, ob die Größe der CT-Wertveränderung in einem vorbestimmten Bereich enthalten ist, wodurch jedes Pixel bestimmt wird, in dem ein Artefakt entsteht.
  • Bei der Röntgentomographievorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform besteht der Bildprozess zur Reduktion der Artefakte an der Artefaktreduktionseinheit darin, mehrere Pixel in der Körperachsenrichtung mit Gewichtungsfaktoren zu multiplizieren und die Ergebnisse der Multiplikationen aufzuaddieren sowie ein Artefakt jedes Zielpixels in dem entsprechenden tomographischen Bild zu reduzieren.
  • In der Ausbildung gemäß der dritten Ausführungsform werden die mehreren Pixelbereiche in der Körperachsenrichtung mit ihren zugehörigen Gewichtungsfaktoren multipliziert, und die Ergebnisse der Multiplikationen werden aufaddiert, so dass die Artefakte, die in einem Pixelbereich jedes tomographischen Bildes entstehen, reduziert werden.
  • Bei der Röntgentomographievorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform verändert die Artefaktreduktionseinheit den Gewichtungsfaktor entsprechend der Anzahl der mehreren Pixelbereiche in der Körperachsenrichtung und der vierten Ausführungsform.
  • In der Ausbildung gemäß der dritten Ausführungsform kann der Gewichtungsfaktor auf der Grundlage der Anzahl der mehreren Pixelbereiche in der Körperachsenrichtung verändert werden, was z. B. im Falle eines einzigen Schichtbildes in der Umgebung des Zielbereichs 3 und im Falle von n Schichtbildern in dessen Umgebung 2n + 1 entspricht.
  • Bei der Röntgentomographievorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform ist jeder der Entscheidungspixel- Bereiche in Form eines Vierecks oder eines Polygons gestaltet.
  • In der Ausbildung gemäß der sechsten Ausführungsform kann der Entscheidungspixelbereich eine viereckige oder eine vieleckige Form aufweisen, je nach Anzeigeverfahren für tomographische Bilder oder einer Bildgebungsbedingung oder dergleichen.
  • Bei der Röntgentomographievorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform wird die Anzahl der Pixel, die den Entscheidungspixelbereich bilden, entsprechend einer vergrößerten Anzeige bzw. einer verkleinerten Anzeige jedes tomographischen Bildes verändert.
  • In der Ausbildung gemäß der siebten Ausführungsform verändert sich die Größe eines Artefakts oder die Größe eines Bereichs auf dem Bildschirm durch die vergrößerte Anzeige und die verkleinerte Anzeige des tomographischen Bildes. Die entsprechende Variation der Größe des Entscheidungspixelbereiches macht es möglich, jedes Pixel, das dem Artefakt entspricht, genauer zu bestimmen.
  • Bei der Röntgentomographievorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform kann die Referenz an der ersten Artefaktbestimmungseinheit variabel gestaltet sein.
  • Artefakte erscheinen je nach Bildgebungsbedingung oder Bildgebungsbereich des Objekts unterschiedlich. Wird z. B. ein Bereich angenommen, in dem Artefakte fast nicht erscheinen, dann treten selbst dann keine Probleme auf, wenn der erste Schwellenwert auf 90 % bis 85 % gesenkt wird. Wenn es also möglich ist, die Referenz an der ersten Artefaktbestimmungseinheit unter Berücksichtigung der Artefakte, die in dem tomographischen Bild auftreten, und der Auflösung in der Körperachsenrichtung variabel zu gestalten, dann kann ein tomographisches Bild erzeugt werden, wie es von einem Bediener angestrebt wird.
  • Bei der Röntgentomographievorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform kann die Referenz bei der zweien Artefaktbestimmungseinheit variabel gestaltet werden.
  • In der neunten Ausführungsform unterscheiden sich die Artefakte hinsichtlich der Art ihres Auftretens je nach Bildgebungsbedingung oder Bildgebungsbereich des Objekts oder dgl. voneinander. Jedes Pixel, das dem Artefakt entspricht, wird gespeichert und so weit wie möglich in die Grauzonen bzw. den Schatten geworfen. Einerseits kann die Interpolationsverarbeitung vorzugsweise nicht an jedem normalen Pixel durchgeführt werden. Daher kann ein vom Bediener angestrebtes tomographisches Bild erzielt werden, wenn die Referenz an der zweiten Artefaktbestimmungseinheit unter Berücksichtigung der Artefakte, die in dem tomographischen Bild auftreten, und der Auflösung in der Körperachsenrichtung variabel gestaltet werden kann.
  • Gemäß der Röntgentomographievorrichtung und dem Artefaktreduktionsverfahren der vorliegenden Erfindung kann jedes Pixel, in dem ein Artefakt entsteht, zuverlässig näher bestimmt werden, weil das Pixel, in dem das Artefakt erzeugt wird, verifiziert wird. Artefakte werden nur in Bezug auf Pixel, in denen jeweils das Artefakt erzeugt wurde, aus einem dreidimensional rückprojizierten tomographischen Bild reduziert. Es kann ein tomographisches Bild angezeigt werden, bei dem das dreidimensionale rückprojizierte tomographische Bild in Bezug auf einen artefaktfreien Bereich so, wie es ist, verwendet wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Röntgen-CT-Geräts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das geometrische Anordnungen zeigt, die eine Röntgenröhre 10 und einen Mehrreihen-Röntgendetektor 103 veranschaulichen.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das in schematischer Form den Aufnahmevorgang eines tomographischen Bildes bei einem Röntgen-CT-Gerät 10 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Reduktion von Artefakten nach der Bestimmung von Rückprojektionsdaten D3.
  • 5 zeigt ein konzeptionelles Diagramm, das Pixel von tomographischen Bildern, welche auf Rückprojektionsdaten D3 (x, y, z) beruhen, sowie deren Pixelbereiche veranschaulicht.
  • 6 zeigt ein Beispiel, in dem ein tomographisches Bild D3 (x, y, z) vor der Durchführung eines Artefaktreduktionsprozesses und ein tomographisches Bild D31 (x, y, z), welches dem Artefaktreduktionsprozess unterzogen wurde, auf dem Display 60 angezeigt werden.
  • 7 zeigt ein Diagramm, in dem Indexfunktionen gezeigt werden.
  • 8(a) zeigt ein Diagramm, das ein windradartiges Artefakt veranschaulicht, 8(b) zeigt ein vergrößertes Diagramm eines Bereichs, der von einem Rahmen b aus 8(a) umgeben ist, und 8(c) zeigt einen Graphen, der die Stärke der Veränderung des CT-Werts veranschaulicht.
  • 9(a) zeigt ein Diagramm, das einen Gefäßabschnitt HB-B veranschaulicht, in dem die Richtung, in die ein Blutgefäß verläuft, sich plötzlich ändert, und 9(b) zeigt einen Graphen, der die Stärke der Veränderung des CT-Werts zeigt.
  • 10(a) zeigt ein Diagramm, das einen Gefäßabschnitt HB-B veranschaulicht, welcher sich zu einer XV-Ebene hin erstreckt, und 10(b) zeigt einen Graphen, der die Stärke der Veränderung des CT-Werts veranschaulicht.
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm zur Verifizierung eines Zielpixels, in welchem Artefakte auftreten.
  • 12 zeigt ein Diagramm, das tomographische Bilder vom Kopf eines Objektes, bevor sie einem Artefaktreduktionsprozess unterzogen werden und Rekonstruktionsbereiche P veranschaulicht.
  • 13 zeigt ein Schaubild, in dem ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Artefaktreduktionsprozess nach Untersuchungen der Artefaktverhältnisse veranschaulicht ist.
  • 14 zeigt eine Querschnittsansicht in einer Körperachsenrichtung von der Brust einer Testperson HB zu deren Kopf und Artefaktverhältnisse.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • <Konfiguration des Röntgentomographiegeräts>
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Röntgen-Computertomographie-Geräts (einer Röntgen-CT-Vorrichtung) 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Das Röntgentomographiegerät 10 ist mit einer Gantry 100 und einem Tisch 109 ausgestattet, der dazu dient, ein Objekt (eine Testperson) HB in einen Bildgebungsbereich der Gantry 100 einzubringen. Der Tisch 109 wird in eine z-Richtung bewegt, die der Richtung einer Körperachse des Objekts HB entspricht. Die Gantry 100 weist einen rotierenden Ring 102 auf und umfasst eine Röntgenröhre 101 zur Bestrahlung mit einem Röntgenstrahl XR, der zu dem umlaufenden Ring 102 hin die Form eines Konusstrahls hat, sowie einen Mehrreihen-Röntgendetektor 103, der gegenüber der Röntgenröhre 101 angeordnet ist. Der Mehrreihen-Röntgendetektor 103 erfasst Röntgenstrahlen, die durch das Objekt HB hindurch übertragen werden.
  • Der mehrreihige Röntgendetektor 103 umfasst Szintillatoren und Photodioden. Eine Datenerfassungsschaltung 104, die im Allgemeinen als DAS (Datenakquisitionssystem) bezeichnet wird, ist mit dem Mehrreihen-Röntgendetektor 103 verbunden. In der Datenerfassungsschaltung 104 sind für jeden Kanal ein I-V-Wandler zur Umwandlung eines Stromsignals für jeden Kanal des Mehrreihen-Röntgendetektors 103 in eine Spannung, ein Integrator zur periodischen Integration des Spannungssignals synchron zu einem Röntgenbestrahlungszyklus oder -zeitraum, ein Vorverstärker zur Verstärkung eines Signals, das von dem Integrator ausgegeben wird, und ein Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung eines Signals, das von dem Vorverstärker ausgegeben wird, in ein digitales Signal vorgesehen. Digitale Signale, die von der Datenerfassungsschaltung 104 gesendet werden, werden durch eine Datenübertragungsvorrichtung 105 an einen Bildprozessor 20 übertragen.
  • Auf der Seite der Bedienungskonsole ist ein Hochspannungsgenerator 51 vorhanden, der die Spannung für die Röntgenstrahlen liefert. Der Hochspannungsgenerator 51 generiert periodisch eine hohe Spannung und liefert die Hochspannung über einen Schleifring 113 zu der Röntgenröhre 101.
  • Ein Scannsteuerungseinrichtung 53 auf der Seite der Bedienkonsole führt eine Vielzahl von Scannschematas aus, wie z. B. einen Axialscann, einen Spiralscann oder einen Spiralscann mit variablem Pitchfaktor. Der Axialscann ist ein Scannverfahren, bei dem die Röntgenröhre 101 und der Mehrreihen-Röntgendetektor 103 bei jedem Mal, wenn der Tisch 109 um eine zuvor festgelegte Vorschubstrecke (Pitch) in die Z-Achsen-Richtung bewegt wird, rotiert wird, um dadurch Projektionsdaten zu erfassen oder zu akquirieren. Bei dem Spiralscann handelt es sich um ein Scannverfahren zur Bewegung des Tisches 109 mit einer zuvor festgelegten Geschwindigkeit in einem Zustand, in dem die Röntgenröhre 101 und der Mehrreihen-Röntgendetektor 103 gedreht werden, um so Rohdaten zu erfassen. Der Spiralscann mit variablem Pitchfaktor ist ein Scannverfahren zur Variation der Geschwindigkeit des Tisches 109, während die Röntgenröhre 101 und der Mehrreihen-Röntgendetektor 103 durch einen Rotationsmechanismus 111 auf eine Weise gedreht werden, die dem Spiralscann ähnelt, um dadurch Rohdaten zu erfassen. Die Scannsteuerung 53 steuert den Rotationsmechanismus 111 synchron zu dem Hochspannungsgenerator 51 an und übt eine Leitung über die Scannvorgänge, wie z. B. die periodische Erfassung von Rohdaten durch die Datenerfassungsschaltung 104 etc, aus.
  • Eine Eingabevorrichtung 55 umfasst eine Tastatur oder eine Maus, durch die Eingaben vom Bediener entgegengenommen werden können. In einer Speichervorrichtung 59 sind Programme, Röntgendetektordaten, Projektionsdaten und Röntgentomographiebilder gespeichert. Der Bildprozessor 20 führt an den Projektionsdaten, die von der Datenerfassungsschaltung 104 gesendet werden, einen Vorverarbeitungsprozess, einen Bildrekonstruktionsprozess, einen Nachverarbeitungsprozess u. A. durch. Ein Display bzw. eine Anzeige 60 zeigt einen Arbeitsbildschirm und ein bildrekonstruiertes tomographisches Bild an.
  • <Konfiguration des Bildprozessors>
  • Der Bildprozessor 20 umfasst einen Vorprozessor 21, einen Strahlaufhärtungsprozessor 23, einen dreidimensionalen Rückprojektionsprozessor 24, eine Artefaktreduktionseinheit 25, eine Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (erste Bestimmungseinheit 27-1, zweite Bestimmungseinheit 27-2 und dritte Bestimmungseinheit 27-3), und eine Artefaktverhältnisberechnungseinrichtung 29.
  • Der Vorprozessor 21 korrigiert die uneinheitliche Empfindlichkeit von Kanal zu Kanal in Bezug auf die Rohdaten, die durch die Datenerfassungsschaltung 104 erfasst werden, und führt einen Vorverarbeitungsprozess, wie z. B. eine Röntgendosiskorrektur, aus, um eine extreme Reduktion der Signalstärke oder eine Signalauslassung aufgrund eines starken Röntgenabsorbers, vorwiegend eines Metallabschnitts, zu korrigieren. Im Übrigen werden Daten, die einem Vorverarbeitungsprozess unterzogen wurden, in der vorliegenden Ausführungsform als Projektionsdaten bezeichnet.
  • Der Strahlaufhärtungsprozessor 23 bewirkt eine Korrekturverarbeitung hinsichtlich der Strahlaufhärtung der Projektionsdaten. Die Strahlaufhärtung ist durch das Phänomen gekennzeichnet, dass sich die Absorption der Röntgenstrahlen aufgrund einer Übertragungsdicke verändert, selbst wenn es sich um dasselbe Material handelt, so dass dadurch der CT-Wert (die Leuchtdichte bzw. Helligkeit) auf jedem CT-Bild variiert. Das bedeutet insbesondere, dass die Energieverteilung bei einer Strahlung, die durch ein Objekt hindurch übertragen wird, zu der Seite der hohen Energie hin verschoben wird. Daher wird die Strahlaufhärtung in einer Schichtrichtung und einer Kanalrichtung der Projektionsdaten korrigiert.
  • Der dreidimensionale Rückprojektionsprozessor 24 empfängt die Projektionsdaten, die von dem Vorprozessor 21 vorverarbeitet wurden, und rekonstruiert Bilder auf der Grundlage der Projektionsdaten. Die Projektionsdaten werden einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, um sie in eine Frequenzdomain zu wandeln, und mit einem Re konstruktionsfunktions-Kernel (j) gefaltet, woraufhin sie einer inversen Fourier-Transformation unterzogen werden. Der dreidimensionale Rückprojektionsprozessor 24 bewirkt einen dreidimensionalen Rückprojektionsprozess der Projektionsdaten, die der Faltungsverarbeitung mit dem Rekonstruktionsfunktions-Kernel (j) unterzogen wurden, um ein tomographisches Bild (eine xy-Ebene) für jede Körperachsenrichtung (Z-Richtung) des Objekts HB zu bestimmen. Der dreidimensionale Rückprojektionsprozessor 24 ermöglicht es der Speichervorrichtung 59, das tomographische Bild zu speichern.
  • Die Artefaktreduktionseinheit 25 liest das tomographische Bild nach der dreidimensionalen Rückprojektion von der Speichervorrichtung 59 aus und unterzieht es einem Artefaktreduktionsprozess. Die Artefaktreduktionseinheit 25 ermöglicht es der Speichervorrichtung 59, das artefaktreduzierte Tomographiebild zu speichern und bewirkt, dass es auf dem Display 60 angezeigt wird.
  • Die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 weist die erste Bestimmungseinheit 27-1, die zweite Bestimmungseinheit 27-2 und die dritte Bestimmungseinheit 27-3 auf. Die erste Bestimmungseinheit 27-1 schätzt das Auftreten von Artefakten anhand der Stärke der Veränderung des CT-Werts in den Pixeln jedes tomographischen Bildes ab. Die zweite Bestimmungseinheit 27-2 führt bei dem entsprechenden Pixel, von dem angenommen wird, dass es Artefakte entwickelt hat, eine erneute Bestimmung durch, indem sie eine Entscheidungsmatrix anwendet, in der das Pixel enthalten ist. Ferner bestimmt die dritte Bestimmungseinheit 27-3, in welchem Ver hältnis die Artefakte in jedem tomographischen Bild oder dem Objekt HB, das in dem tomographischen Bild liegt, enthalten sind, und verifiziert das Vorhandensein der Artefakte. Da die Bildauflösung in der Körperachsenrichtung im Zuge der Durchführung des Artefaktreduktionsprozesses gemindert wird, kann von der Durchführung des Artefaktreduktionsprozess abgesehen werden, wenn es sich bei dem Artefakt um ein vernachlässigbares schwaches Artefakt handelt. Daher weist die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 die Vielzahl von Bestimmungseinheiten auf. Diese Bestimmungseinheiten weisen mehrere Beurteilungskriterien in Übereinstimmung mit Bildgebungsbedingungen oder -umständen u. Ä. auf.
  • Die Artefaktverhältnisberechnungseinrichtung 29 berechnet, welchen proportionalen Anteil das Pixel mit dem darin erzeugten Artefakt in dem tomographischen Bild oder dem in dem tomographischen Bild befindlichen Objekt HB einnimmt.
  • 2(a) und 2(b) sind Schaubilder, welche die geometrischen Anordnungen der Röntgenröhre 101 und des Mehrreihen-Röntgendetektors 103 zeigen. 2(a) ist ein Diagramm, das die geometrischen Anordnungen der Röntgenröhre 101 und des Mehrreihen-Röntgendetektors 103 zeigt, wie sie von einer xy-Ebene aus gesehen erscheinen, und 2(b) ist ein Diagramm, das die geometrischen Anordnungen der Röntgenröhre 101 und des Mehrreihen-Röntgendetektors 103 zeigt, wie sie von einer yz-Ebene aus gesehen erscheinen. Eine Anode der Röntgenröhre 101 generiert einen Röntgenstrahl XR, der als Konusstrahl bezeichnet wird. Wenn die Richtung einer Zentralachse des Konusstrahls parallel zu einer y-Richtung verläuft, wird dies als ein Ansichtswinkel von 0° festgesetzt. Der Mehrreihen-Röntgendetektor 103 weist Röntgendetektorreihen auf, die J Reihen in z-Achsen-Richtung (Schichtrichtung) entsprechen, z. B. 256 Reihen. Jede der Röntgendetektorreihen weist Röntgendetektorkanäle auf, die I Kanälen entsprechen, betrachtet in der Kanalrichtung, z. B. 1024 Kanälen. In 2(a) werden mehr Röntgenstrahlen in dem Röntgenstrahl XR, der von dem Röntgenbrennpunkt der Röntgenröhre 101 ausgesendet wird, in dem Zentrum eines Bildrekonstruktionsbereichs P durch einen Strahlformungs-Röntgenfilter 121 angewendet, während weniger Röntgenstrahlen in dem Röntgenstrahl XR in Abschnitten rund um den Bildrekonstruktionsbereich P angewendet werden. So werden nach der räumlichen Steuerung der Röntgendosis die Röntgenstrahlen in dem Objekt HB absorbiert, welches sich innerhalb des Bildrekonstruktionsbereichs P befindet, wobei die durchgelassenen Röntgenstrahlen von dem Mehrreihen-Röntgendetektor 103 als Rohdaten erfasst werden.
  • In 2(b) wird der Röntgenstrahl XR, der von der Anode der Röntgenröhre 101 ausgesendet wird, in der Richtung der Schichtdicke eines tomographischen Bildes durch einen Röntgenkollimator 123 gesteuert, und so werden die Röntgenstrahlen von einem Objekt HB absorbiert, das sich in der Umgebung der zentralen Drehachse IC befindet, wobei die durchdringenden Röntgenstrahlen durch den Mehrreihen-Röntgendetektor 103 als Rohdaten erfasst werden. Alle Rohdaten, die von dem Mehrreihen-Röntgendetektor 103 erfasst werden, nachdem das Objekt HB den Röntgenstrahlen ausgesetzt wurde, werden durch die Datenerfassungsschaltung 104 A/D-gewandelt und anschließend, betrachtet von dem Mehrreihen-Röntgende tektor aus, über die Datenübertragungsvorrichtung 105i dem Bildprozessor 20 zugeführt. Die Rohdaten, die in den Bildprozessor 20 eingespeist werden, werden von dem Bildprozessor 20 in Übereinstimmung mit dem entsprechenden Programm der Speichervorrichtung 59 verarbeitet und in ein tomographisches Bild rekonstruiert, welches nachfolgend auf dem Display 60 angezeigt wird. Übrigens kann auch ein zweidimensionaler Röntgenflächendetektor mit einer Matrixstruktur, wie er von einem Flatpanel-Röntgendetektor dargestellt wird, angewendet werden, obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Mehrreihen-Röntgendetektor 103 eingesetzt wird.
  • <Funktionablaufdiagramm für eine Tomogrammaufnahme>
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Abriss des Aufnahmevorgangs eines tomographischen Bildes bei dem Röntgen-CT-Gerät 10 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • In Schritt S11 wird ein Spiralscann durchgeführt, um die Röntgenröhre 101 und den Mehrreihen-Röntgendetektor 103 um das Objekt HB herum zu drehen und Daten von dem Mehrreihen-Röntgendetektor 103 zu erfassen, während der Tisch 109 linear bewegt wird. Eine z-Richtungs-Position Ztable (Ansicht) wird zu den Rohdaten D (Ansicht, j, i) (wobei j = 1 bis REIHE und i = 1 bis CH) hinzugefügt, die in Abhängigkeit von einem Ansichtswinkel Ansicht, einer Detektorreihenzahl j und einer Kanalzahl i ausgegeben werden, und es wird die Datenerfassung in einem Bereich konstanter Geschwindigkeit durchgeführt.
  • In Schritt S12 werden die Rohdaten D0 (Ansicht, j, i) einem Vorverarbeitungsprozess unterzogen und in Projektionsdaten umgewandelt. Es werden eine Offset-Korrektur, eine logarithmische Umsetzung, eine Röntgendosiskorrektur und eine Empfindlichkeitskorrektur durchgeführt.
  • In Schritt S13 wird an den vorverarbeiteten Projektionsdaten D01 (Ansicht, j, i) eine Strahlaufhärtungskorrektur bewirkt, und die Daten werden in Projektionsdaten D1 umgewandelt, welche die Strahlaufhärtungskorrektur durchlaufen haben. Die Strahlhärtungskorrektur in Schritt S13 kann z. B. durch eine Multiplikation mit einem Polynom durchgeführt werden. Da zu diesem Zeitpunkt bei jeder der j Zeilen, wie sie in Schichtrichtung des Mehrreihen-Röntgendetektors 103 erscheinen, eine unabhängige Strahlaufhärtungskorrektur durchgeführt werden kann, ist es möglich, die Unterschiede zwischen den Detektoren, die in jeder Reihe platziert sind, in Bezug auf die Röntgenenergiecharakteristik zu korrigieren, wenn die Röntgenröhrenspannungen je nach Bildgebungsbedingungen unterschiedlich sind.
  • In Schritt S14 werden die Projektionsdaten D1, die der Strahlaufhärtungskorrektur unterworfen worden sind, einem z-Filter-Faltungsprozess zur Anwendung von Filtern in der Schichtrichtung (z-Richtung) unterzogen, wobei die Projektionsdaten D1 in Projektionsdaten D11 umgewandelt werden, welche den Filterfaltungsprozess durchlaufen haben. Das heißt, dass die Projektionsdaten des Mehrreihen-Röntgendetektors 103 bei jedem Ansichtswinkel und in jedem Datenerfassungssystem einem z-Filter-Faltungsprozess unterzogen werden. Wenn Zeilenrichtungs-Filterkoeffizienten für jeden Kanal verändert werden, können Schichtdicken je nach Abstand zu dem Bildrekonstruktionszentrum gesteuert bzw. beeinflusst werden.
  • In Schritt S15 wird eine Faltung mit einem Rekonstruktionsfunktions-Kernel (j) in Bezug auf die Projektionsdaten D11 ausgeführt, die den Filter-Faltungsprozess durchlaufen haben. Das bedeutet, dass die schnelle Fourier-Transformation (FFT) zur Umwandlung der Projektionsdaten D11, welche den Filterfaltungsprozess durchlaufen haben, in einen Frequenzbereich durchgeführt wird und dass der Rekonstruktionsfunktions-Kernel (j) auf die Projektionsdaten D11 durch Faltung angewandt wird. Dann wird die inverse Fourier-Transformation durchgeführt, um die Daten in Projektionsdaten D2 (view, j, i) umzuwandeln, welche dem Rekonstruktionsfunktions-Faltungsprozess ausgesetzt worden sind. Da der Faltungsprozess für den Rekonstruktionsfunktions-Kernel (j) und die Rekonstruktionsfunktionen für jede der j Reihen des Mehrreihen-Röntgendetektors 103 unabhängig voneinander durchgeführt werden können, können die Unterschiede zwischen den Rauschcharakteristika und Auflösungscharakteristika in allen Zeilen korrigiert werden.
  • In Schritt S16 wird ein dreidimensionaler Rückprojektionsprozess auf die Projektionsdaten D2 (view, j, i), welche den Rekonstruktionsfunktions-Faltungsprozess durchlaufen haben, angewendet, um Rückprojektionsdaten D3 (x, y, z) zu bestimmen. Ein Bild, das rekonstruiert werden soll, wird dreidimensional auf einer Ebene, d. h. einer xy-Ebene, die orthogonal zu der z-Achse verläuft, rekonstruiert. Von dem folgenden Rekonstruktionsbereich P wird angenommen, dass er parallel zu der xy-Ebene liegt.
  • In Schritt S17 ermittelt die Artefaktreduktionseinheit 25 auf der Grundlage der Größe der Veränderung des CT-Werts in der Körperachsenrichtung (z-Richtung) des CT-Werts jedes Pixel aus den Rückprojektionsdaten D3 (x, y, z), in dem ein Artefakt erzeugt worden ist. Wie später beschrieben ist, ist das Pixel, in dem das Artefakt erzeugt ist, innerhalb der Größe der Veränderung des CT-Werts in einem vorbestimmten Bereich enthalten. Daher wird geschätzt, dass ein Artefakt vorliegt, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts in dem vorbestimmten Bereich liegt.
  • In Schritt S18 führen die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 und die Artefaktverhältnisberechnungseinrichtung 29 einen Bestimmungsprozess an jedem Pixel durch, von dem angenommen worden ist, dass in ihm ein Artefakt aufgetreten ist, um die Einschätzung in Bezug darauf weiter abzusichern.
  • In Schritt S19 führt die Artefaktreduktionseinheit 25 nur in dem ermittelten Bildbereich, in dem die Artefakte aufgetreten sind, einen Filterprozess durch. Was einen Bildbereich anbelangt, in dem keine Artefakte aufgetreten sind, werden die Rückprojektionsdaten D3 (x, y, z) als ein tomographisches Bild D31 (x, y, z) als solche verwendet. Daher wird die Auflösung in Körperachsenrichtung aufrechterhalten, so dass ein deutlicheres bzw. ausgeprägteres tomographisches Bild erhalten werden kann.
  • Funktionsablaufdiagramm zur Artefaktverarbeitung>
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das zur Durchführung einer Reduktion von Artefakten nach der Bestimmung der Rückprojektionsdaten D3 (x, y, z) verwendet wird, und stellt ein Flussdiagramm dar, das die Schritte S17 bis S19 des Flussdiagramms detailliert zeigt, welches in 3 dargestellt wurde. 5 ist ein konzeptionelles Diagramm, das Pixel von tomographischen Bildern zeigt, die auf den Rückprojektionsdaten D3 (x, y, z) beruhen. Im Übrigen kann ein windradartiges Artefakt oder ein Kegelstrahlartefakt mit Hilfe des vorliegenden Flussdiagramms reduziert werden.
  • In 4(a) wird die z-Position eines Objekts HB, welche ein Bediener bestätigen will, in Schritt S171 genauer bestimmt. Die Artefaktreduktionseinheit 25 bestimmt jedes Pixel p (x, y, z), das verarbeitet werden soll. Wenn z. B. angenommen wird, dass ein quadratischer Bereich von 512×512 Pixels, der parallel zu der xy-Ebene liegt, einen Rekonstruktionsbereich P darstellt, wie es in 5(a) gezeigt ist, dann hat x einen Wertebereich von 1 bis 512, und y hat ebenfalls einen Wertebereich von 1 bis 512.
  • In Schritt S172 misst die Artefaktreduktionseinheit 25 die Veränderung des CT-Werts, die für jedes zu verarbeitende Pixel p (x, y, z) in der z-Richtung geprüft wird. Es wird z. B. angenommen, dass die Veränderungen des CT-Werts in der z-Richtung in der Umgebung eines zu verarbeitenden Pixels p (x1, y1, z1) in dem Rekonstruktionsbereich P wie folgt lauten:
    p(x1, y1, z-1) = 10 HU (Hounsfield-Unit, Hounsfield-Einheiten)
    p(x1, y1, z) = 30 HU
    p(x1, y1, z+1) = 50 HU
  • Daraus ist ersichtlich, dass sich die Veränderungsgröße von 40 HU aus dem Unterschied zwischen dem minimalen CT-Wert und dem maximalen CT-Wert in der Umgebung des Pixels p (x1, y1, z) ergibt, betrachtet in Körperachsenrichtung.
  • Hier zeigt 5(a) die z-Richtungs-Pixel in der Umgebung des Pixels p (x1, y1, z1). Die Veränderung des CT-Werts ist nachstehend unter der Voraussetzung einer Veränderung für jedes Pixel erklärt. Allerdings kann ein durchschnittlicher CT-Wert in einem Pixelbereich (X1, Y1, Z1) verwendet werden, in dem mehrere Pixel, die um ein bestimmtes Pixel herum liegen, miteinander kombiniert wird, oder es kann der höchste CT-Wert oder der niedrigste CT-Wert verwendet werden. Ein Pixelbereich, der aus mehreren Pixeln besteht, wird bewegt, wobei er für jedes spezielle Pixel verschoben wird. Obgleich nach dem Vorstehenden die Veränderungsgröße des CT-Werts einer einzelnen Schicht in der Nachbarschaft des zu verarbeitenden Pixels p (x1, y1, z1) gemessen wird, können in dessen Nachbarschaft die Veränderungsgrößen der CT-Werte von n Schichten gemessen werden.
  • Als nächstes bestimmt die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (erste Bestimmungseinheit 27-1) in Schritt S181 ei nen Index. Dieser Index kann mit Hilfe der folgenden Funktion bestimmt werden. In der folgenden Gleichung werden die Veränderungen der CT-Werte der n Schichten in der Umgebung des zu verarbeitenden Pixels p (x, y, z) gemessen, und der vorgesehene Index wird anhand der Veränderungen bestimmt. Index = f (p(x, y, z-n), p(x, y, z-n+1)... p(x, y, z)...p(x, y, z+n)
  • Das bedeutet, dass der Index so festgesetzt wird, dass er Artefakte in Bezug auf die Pixels reduziert, in denen die Artefakte auftreten, während der Index gleichzeitig so festgesetzt wird, dass er vorteilhafterweise das zu verarbeitende Pixel p (x, y, z), wie es ist, in Bezug auf die Pixel nutzt, in denen keine Artefakte auftreten. Funktionen zur Bestimmung der Indizes werden unter Verweis auf 7 erklärt.
  • Es wird angenommen, dass, wenn die Veränderung des CT-Werts als p(x1, y1, z-1) = 10 HU, p(x1, y1, z) = 30 HU und p(x1, y1, z+1) = 50 HU gegeben ist, wie im vorherigen Beispiel, der Index = 1 erreicht wird.
  • In Schritt S182 führt die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (zweite Bestimmungseinheit 27-2) einen Bestimmungsprozess bei jedem Pixel durch, von dem geschätzt worden ist, dass es ein Artefakt enthält, um diese Einschätzung weiter abzusichern. Die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 bestimmt, ob die Pixel (Index > 0), in denen die Artefakte vorhanden sind, sogar in mehreren Pixelbereichen rund um das Zielpixel in großer Anzahl auftreten. Die ist der Fall, weil das Auftreten von Artefakten in nur einem Zielpixel selten ist. Die vorliegende zweite Bestimmungseinheit 27-2 ist nachstehend in Zusammenhang mit den 8 bis 11 erläutert.
  • In Schritt S183 berechnet die Artefaktverhältnisberechnungseinrichtung 29, in welchem Verhältnis die Pixels (Index > 0), von denen angenommen wird, dass in ihnen Artefakte auftreten, in all den 512×512 Pixeln enthalten sind, wenn jedes tomographische Bild in Form eines Quadrats von 512×512 Pixels ausgedrückt wird. Dies geschieht, weil die Möglichkeit besteht, dass Artefakte im entsprechenden tomographischen Bild nicht vorhanden sein werden, wenn das Verhältnis extrem gering ist. Die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (dritte Bestimmungseinheit 27-3) bestimmt auf der Grundlage des Verhältnisses, das von der Artefaktverhältnisberechnungseinrichtung 29 berechnet wurde, ob die Artefakte erzeugt werden. Die Details dazu sind nachfolgend unter Verweis auf 12 bis 14 beschrieben. Im Übrigen muss Schritt S183 nicht zwingend durchgeführt werden. Dies ist der Fall, weil jedes Pixel, das ein Artefakt enthält, im Wesentlichen in Schritt S182 erfasst werden kann. Daher kann Schritt S183 bei der Artefaktverarbeitung augelassen werden, um nach Beendigung von Schritt S182 zu Schritt S191 überzugehen, wie dies mit Hilfe einer gepunkteten Linie angezeigt wird.
  • Als nächstes führt die Artefaktreduktionseinheit 25 in Schritt S191 an dem zu verarbeitenden Pixel p(x, y, z) auf der Grundlage des Indexwertes eine Bildverarbeitung durch, um infolge von dessen Verarbeitung ein Pixel p'(x, y, z) zu bestimmen. Beispielsweise ist das Pixel p' in der folgenden Gleichung 1 ausgedrückt: [Gleichung 1]
    Figure 00270001
    wobei g (i, Index) ein auf dem Index basierender Gewichtungsfaktor einer i-ten Schicht in z-Richtung ist. Beispielsweise werden die Gewichtungsfaktoren für jede Schicht in der Umgebung des zu verarbeitenden Pixels p(x1, y1, z1) folgendermaßen festgesetzt.
  • Es wird angenommen, dass, wenn Index = 1 ist, der Gewichtungsfaktor g, der auf p(x1, y1, z-1) angewendet oder diesem zugeordnet wird, g = 0,33 ist, der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z) zugeordnet wird, g = 0,33 ist, und der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z+1) zugeordnet wird, g = 0,33 ist. Das heißt, dass jedes Pixel, in dem Artefakte entstehen, zu einem Pixel korrigiert wird, bei dem die in dessen Umgebung liegende Schichtbilder gemittelt werden. Wenn n Schichtbilder aufgenommen werden, kann ein Wert von g = 1/(2n+1) verwendet werden.
  • Es wird angenommen, dass, wenn der Index = 0,5 ist, der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z-1) zugeordnet wird, g = 0,2 ist, der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z) zugeordnet wird, g = 0,6 ist, und der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z+1) zugeordnet wird, g = 0,2 ist. Der Einfluss des zu verarbeitenden Pixels p(x, y, z) wirkt sich in jedem Pixel, in dem ein schwaches Artefakt auftritt, stark aus, wobei aber Schichtbilder in der Umgebung dieses Pixels ebenfalls in geringem Maße hinzugefügt werden.
  • Es wird angenommen, dass, wenn der Index = 0 ist, der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z-1) zugeordnet wird, g = 0 ist, der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z) zugeordnet wird, g = 1 ist, und der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z+1) zugeordnet wird, g = 0 ist. Das zu verarbeitende Pixel p(x, y, z) wird auf jedes Pixel ohne Artefakt gesetzt, so dass es so verwendet wird, wie es ist.
  • Im Übrigen können die Gewichtungsfaktoren g(i, Index) in einer Nachschlagetabelle o. Ä. oder als zuvor festgelegte Funktionen gespeichert werden, und zwar auf der Grundlage von Informationen, die im Zuge von Experimenten o. Ä. gewonnen wurden.
  • In Schritt S192 wird nach dem Artefaktreduzierungs- oder -reduktionsprozess ein tomographisches Bild D31 (x, y, z) gewonnen, das auf p'(x, y, z) beruht. Dann wird es auf dem Display 60 angezeigt.
  • 6 ist ein Beispiel, in dem ein tomographisches Bild D3 (x, y, z) vor der Durchführung des Artefaktreduktionsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform und ein tomographisches Bild D31 (x, y, z), das den Artefaktreduk tionsprozess durchlaufen hat, auf dem Display 60 angezeigt werden. Das Windrad- bzw. windmühlenartige Artefakt und das Kegelstrahlartefakt werden auf dem tomographischen Bild D3 (x, y, z) deutlich angezeigt. Allerdings werden die Einflüsse des windartigen Artefakts und des Kegelstrahlartefakts in dem Fall des tomographischen Bilds D31 (x, y, z), das in der rechten Zeichnung gezeigt ist, reduziert. In dem tomographischen Bild D31 (x, y, z), das in der rechten Zeichnung veranschaulicht ist, wird ein Pixelbereich ohne Artefakte zu demselben Bild wie in dem tomographischen Bild D3 (x, y, z), das in der linken Zeichnung gezeigt ist, so dass es dieselbe Auflösung beibehält.
  • Das Flussdiagramm, das in 4(b) gezeigt ist, ist ein Flussdiagramm, bei dem kein Index oder keine Indexfunktion verwendet wird (siehe 7), wie sie in Schritt S181 von 4(a) beschrieben ist.
  • In dem Flussdiagramm, das in 4(b) veranschaulicht ist, wird in Schritt S181 bestimmt, ob die Veränderungsgröße des CT-Werts in einen vorbestimmten Bereich fällt, nachdem die Größe der Veränderung des CT-Werts, betrachtet in der z-Richtung, in Schritt S172 für jedes zu verarbeitende Pixel p(x, y, z) gemessen wurde. Der vorbestimmte Bereich liegt z. B. zwischen 3 HU und 300 HU. Als nächstes wird in Schritt S182' bestimmt, ob die Größe der CT-Wertänderung sogar in mehreren Pixelbereichen rund um das Zielpixel in den vorbestimmten Bereich fällt. Wenn jedes tomographische Bild in Form eines Quadrats von 512×512 Pixels ausgedrückt ist, wird in Schritt S183' berechnet, wie hoch das Verhältnis oder der Anteil von Pixeln, in denen die Größe der CT- Wertänderung in einen vorbestimmten Bereich fällt, in Bezug auf sämtliche Pixel ist. Ein Gewichtungsfaktor gv wird ebenfalls in Schritt S191' auf der Grundlage der Veränderungsgröße des CT-Werts bestimmt, ohne dass an nächster Stelle der Index bestimmt wird.
  • In Schritt S191' wird das zu verarbeitende Pixel p(x, y, z) auf der Grundlage des Indexwerts verarbeitet, um infolge seiner Verarbeitung ein Pixel p'(x, y, z) zu bestimmen. Das Pixel p'(x, y, z) ist z. B. in der folgenden Gleichung 2 ausgedrückt: [Gleichung 2]
    Figure 00300001
    wobei gv(i, CTv) ein Gewichtungsfaktor einer i-ten Schicht in der z-Richtung ist, der auf der Größe der CT-Wertveränderung beruht. Beispielsweise werden Gewichtungsfaktoren für jede Schicht in der Umgebung des zu verarbeitenden Pixels p(x1, y1, z1) wie folgt festgesetzt.
  • Es wird angenommen, dass, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts 40 HU beträgt, der Gewichtungsfaktor gv, der auf p(x1, y1, z-1) angewendet oder diesem zugeordnet wird, gv = 0,33 ist, der Gewichtungsfaktor gv, der p(x1, y1, z) zugeordnet wird, gv = 0,33 ist, und der Gewichtungsfaktor gv, der p(x1, y1, z+1) zugeordnet wird, gv = 0,33 ist.
  • Es wird angenommen, dass, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts 120 HU beträgt, der Gewichtungsfaktor gv, der p(x1, y1, z-1) zugeordnet wird, gv = 0,2 ist, der Gewichtungsfaktor gv, der p(x1, y1, z) zugeordnet wird, gv = 0,6 ist und der Gewichtungsfaktor gv, der p(x1, y1, z+1) zugeordnet wird, gv = 0,2 ist.
  • Es wird angenommen, dass wenn die Größe der CT-Wertveränderung 200 HU beträgt, der Gewichtungsfaktor gv, der p(x1, y1, z-1) zugeordnet wird, gv = 0 ist, der Gewichtungsfaktor gv, der p(x1, y1, z) zugeordnet wird, gv = 1,0 ist und der Gewichtungsfaktor g, der p(x1, y1, z+1) zugeordnet wird, gv = 0 ist.
  • Somit kann der Gewichtungsfaktor gv direkt anhand des Ausmaßes der Veränderung des CT-Werts bestimmt werden. Bei einem Verfahren zur direkten Bestimmung des Gewichtungsfaktors gv muss eine große Anzahl von Gewichtungsfaktoren gv für jedes Veränderungsmaß des CT-Werts bestimmt werden. Daher nehmen die Mengen, die in der Nachschlagetabelle oder dgl. gespeichert werden müssen, in Abhängigkeit von dem Veränderungsmaß des CT-Werts zu, so dass die Festlegung des Gewichtungsfaktors gv komplex wird.
  • <Beispiel für eine Indexfunktion>
  • 7 zeigt ein Beispiel, das Indexfunktionen zur Bestimmung der Indizes veranschaulicht, die jeweils in Schritt S181 oder Schritt S191 von 4(a) verwendet werden.
  • Die Indexfunktion nach 7(a) ist eine Funktion, in welcher sich der Index linear von 0 bis 1 verändert, wenn der Veränderungsbetrag des CT-Werts in einem Bereich zwischen X1 und X3 liegt, und in welcher sich der Index linear von 1 bis 0 verändert, wenn der Veränderungsbetrag des CT-Werts in einem Bereich zwischen X3 und X2 liegt. Es wird z. B. angenommen, dass X1 gleich 10 HU, X3 gleich 90 HU und X2 gleich 170 HU ist. Wenn p(x1, y1, z-1) = 10 HU, p(x1, y1, z) = 30 HU und p(x1, y1, z+1) = 50 HU in Bezug auf ein bestimmtes zu verarbeitendes Bild, beträgt die Veränderungsgröße des CT-Werts 40 HU. In diesem Falle wird der Index = 0,5 in der in 7(a) gezeigten Indexfunktion bestimmt.
  • X1, X2 und X3 werden in Abhängigkeit von einer Bildgebungsbedingung zwischen 3 HU bis 300 HU und 10 HU bis 200 HU festgesetzt. Wenn sie 200 HU oder mehr betragen, weist das auf einen Abschnitt oder einen Bereich hin, der von einem Weichgewebe zu einem Knochen wechselt oder umgekehrt. Wenn sie 10 HU oder weniger betragen, bedeutet das, dass das Weichgewebe sich in mehrere Schichtrichtungen kontinuierlich erstreckt oder dass sich der Knochen in mehrere Schichtrichtungen kontinuierlich erstreckt. Andererseits wird aus der Veränderung des CT-Werts von 3 HU zu 300 HU oder des Veränderungsbetrags beim CT-Wert von 10 HU zu 200 HU zwingend geschlossen, dass das windradartige Artefakt oder das Konusstrahlartefakt erzeugt wird. Im Übrigen kann die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (erste Bestimmungseinheit 27-1) die Festlegung der Veränderungsgröße des CT-Werts auf der Grundlage der Auflösung, der Schichtdicke oder der Tischgeschwindigkeit o. Ä. während der Aufnahme in passender Weise verändern. Wenn sich die Veränderungsgröße des CT-Werts in der Körperachsenrichtung in einem Bereich zwischen 3 HU und 300 HU bewegt, kann als Ergebnis von verschiedenen Experimenten daraufhin angenommen werden, dass Artefakte erzeugt werden.
  • Die Indexfunktion nach 7(b) ist eine Funktion, bei der sich der Index linear von 0 zu 1 verändert, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts sich in einem Bereich zwischen X1 und X3 bewegt, der Index anschließend bei 1 bleibt, wenn sich die Veränderungsgröße des CT-Werts in einem Bereich zwischen X3 und X4 bewegt, und sich der Index linear von 1 zu 0 verändert, wenn sich die Veränderungsgröße des CT-Werts in einem Bereich zwischen X4 und X2 bewegt. Es wird z.B. angenommmen, dass X1 gleich 10 HU, X3 gleich 40 HU, X4 gleich 160 HU und X2 gleich 190 HU sind. Gemäß der Indexfunktion bestimmt die erste Bestimmungseinheit 27-1, dass Artefakte erzeugt werden, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts in dem Bereich zwischen 40 HU und 160 HU liegt.
  • Die Indexfunktion nach 7(c) ist eine Funktion, bei der sich der Index von 0 bis 1 gemäß einer Kurvenform verändert, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts in den Bereich zwischen X1 und X3 fällt, und sich der Index von 1 bis 0 gemäß einer Kurvenform verändert, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts in den Bereich zwischen X3 und X2 fällt.
  • Was andererseits die Indexfunktion nach 7(d) anbelangt, ist der Index 1, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts in den Bereich zwischen X1 und X2 fällt, und andernfalls beträgt er 0. Daher bedeutet es, dass ein zu verarbeitendes Bild so wie es ist als tomographisches Bild verwendet wird, wenn die Veränderungsgröße des CT-Werts X1 oder weniger beträgt bzw. die Veränderungsgröße des CT-Werts X2 oder mehr beträgt.
  • Obwohl die Indexfunktionen von (a) bis (d) in 7 wie oben beschrieben gezeigt sind, muss nicht unbedingt eine einzige Funktion verwendet werden. Es ist möglich, die Indexfunktion entsprechend der Position in z-Richtung zu verändern. Beispielsweise kann die Indexfunktion (a) für eine Kopfregion, die Indexfunktion (c) für einen Halsbereich und die Indexfunktion (d) für einen Beinbereich verwendet werden. Selbst im Falle des Flussdiagramms, das in 4(b) gezeigt ist, kann der Gewichtungsfaktor gv auf ähnliche Weise in Abhängigkeit von der z-Richtungsposition festgelegt werden.
  • <Verifizierung von Pixeln, in denen Artefakte vorhanden sind>
  • Wenn sich die Größe der Veränderung des CT-Werts jedes Zielpixels in dem Bereich zwischen 3 HU und 300 HU bewegt, besteht, wie oben beschrieben, eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das entsprechende Zielpixel als Artefakt aufgefasst wird. Wenn es allerdings einen Blutgefäßabschnitt, der in Bezug auf die Ausdehnung des Blutgefäßes oder in Bezug auf die Kontrastwirkung des Kontrastmittels ungenügend ist, sowie einen Blutgefäßabschnitt gibt, der in dieser Hinsicht genügend ist, kann die Größe der CT-Wertverände rung des Zielpixels aufgrund einer Bereichsveränderung unter anderen Bildgebungsbedingungen in einen vorbestimmten Bereich fallen. Daher wird unter Verwendung der Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (der zweiten Bestimmungseinheit 27-2) bestimmt, ob das Zielpixel einem Artefakt entspricht.
  • 8 bis 10 zeigen Diagramme zur Verifizierung, ob jedes Zielpixel einem Artefakt entspricht, wobei eine Entscheidungsmatrix MA-S oder eine Entscheidungsmatrix MA-T verwendet wird, die Pixel enthält, welche um ein Zielpixel (x, y) herum auf der n-ten Lage bzw. Schicht eines tomographischen Bildes liegen.
  • 8(a) ist ein Schaubild, das ein windradartiges Artefakt zeigt, 8(b) ist ein Diagramm, das in vergrößerter Form einen Bereich zeigt, der von einem Rahmen b aus 8(a) umgeben wird, und 8(c) ist ein Graph, der die Größe der Veränderung von CT-Werten von zwei Pixeln jeweils in der n-1-en, n-ten und n+1-ten Schicht der tomographischen Bilder zeigt.
  • Wie in 8(a) gezeigt, ist das windmühlen- bzw. windradartige Artefakt ein feder- bzw. propellerartiges Bild, das aus weißlichen und schwärzlichen Pixeln besteht. In 8(b) ist das Ausmaß oder die Größe der Entscheidungsmatrix MA-S aus 7·7 = 49 Pixels zusammengesetzt. Wenn das zentrale Zielpixel p(x, y) der Entscheidungsmatrix MA-S aus einem weißlichen Pixel besteht, liegt die Größe der Veränderung des CT-Werts in einem vorbestimmten Bereich, wie in 8(c) gezeigt. Andererseits fällt die Größe der Veränderung des CT-Werts jedes peripheren Pixels bzw. Rand pixels (x+i, y+j) in der Entscheidungsmatrix MA-S in einen vorbestimmten Bereich. Das bedeutet, dass die Veränderungsgrößen der CT-Werte der meisten Pixel in den zuvor festgelegten Bereich, d. h. 3 HU bis 300 HU, fallen. In jedem Index nach 7 hat das Pixel den Index = 1. In diesem Falle bestimmt die zweite Bestimmungseinheit 27-2 das Zielpixel p(x, y) als ein Artefakt, wenn jedes Pixel in der Entscheidungsmatrix MA-S einem erster Schwellenwert SU entspricht oder größer als dieser ist und der Veränderungsbetrag des CT-Werts in den zuvor festgelegten Bereich fällt. Beispielsweise setzt die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 den Schwellenwert auf z. B. 45 Pixel oder mehr, d. h. 90 % oder mehr der 49 Pixel in der Entscheidungsmatrix MA-S. Im Übrigen wird dieses Beurteilungskriterium unter Berücksichtigung einer problematischen Artefakterscheinungsform passend bestimmt.
  • 9(a) zeigt ein Diagramm, das ein Blutgefäß HB-B veranschaulicht, dessen Blutgefäßverlaufsrichtung sich plötzlich ändert, und 9(b) zeigt einen Graphen, der die Größe der Veränderung der CT-Werte von zwei Pixels jeweils in der n-1-ten, n-ten und n+1-ten Lage bzw. Schicht der tomographischen Bilder zeigt. In 9(a) ist die Größe oder das Ausmaß einer Entscheidungsmatrix MA-T durch 25 Pixel gebildet. Die Form der Entscheidungsmatrix MA kann ein anderes Polygon als ein Viereck sein und kann auch in Anpassung an einen Bildgebungsbereich verändert werden.
  • Während das kontrastierte Blutgefäß HB-B, das in 9(a) gezeigt ist, sich in der Körperachsenrichtung (z-Richtung) erstreckt, biegt sich das Blutgefäß plötzlich in eine andere Richtung, ohne sich weiter geradeaus in z-Richtung zu erstrecken. Die Größe der Veränderung des CT-Werts in der Körperachsenrichtung des kontrastierten Blutgefäßes HB-B fällt in einen zuvor festgelegte Bereich, d. h. 3 HU bis 300 HU, wie in 9(b) gezeigt. Die Veränderungsbeträge der CT-Werte von sechs Pixeln, zu denen auch das Zielpixel p(x, y) gehört und die in 9(a) gezeigt werden, fallen in einen zuvor festgelegten Bereich. Das heißt, dass in Schritt S181 nach 4 für das Zielpixel p(x, y) Index > 0 bestimmt wird und dass das Pixel als ein Artefakt angesehen wird. In einem Weichgewebe, das sich von dem mit Kontrastmittel angereicherten Blutgefäß HB-B unterscheidet, liegt der Veränderungsbetrag des CT-Werts z. B. bei etwa 2 HU oder dergleichen und fällt nicht in den zuvor festgelegten Bereich. Daher werden die sechs Pixel der Entscheidungsmatrix MA-T, die aus den 25 Pixels besteht, d. h. 24 Prozent dahingehend beurteilt, dass sie als Artefakt aufgefasst werden. In diesem Falle bestimmt die zweite Bestimmungseinheit 27-2, dass das Zielpixel p(x, y) nicht als ein Artefakt aufgefasst werden soll, weil der erste Schwellenwert SU oder ein höherer Wert von jedem Pixel in der Entscheidungsmatrix MA-T nicht als Artefakt eingeschätzt wird.
  • 10(a) zeigt ein Diagramm, das ein Blutgefäß HB-B veranschaulicht, das sich über eine XY-Ebene erstreckt, und 10(b) zeigt einen Graphen, der Veränderungsgrößen der CT-Werte von zwei Pixeln jeweils in der n-1-ten, n-ten und n+1-ten Lage bzw. Schicht der tomographischen Bilder veranschaulicht. In 10(a) besteht die Größe der Entscheidungsmatrix MA-S aus 49 Pixels.
  • 10(a) zeigt einen Fall, in dem das kontrastierte Blutgefäß HB-B, das in 10(a) gezeigt wird, nicht ausreichend kontrastiert ist und bei dem nur ein Teil des Blutgefäßes kontrastiert ist. Daher fällt die Größe der Veränderung des CT-Werts in Körperachsenrichtung des kontrastierten Blutgefäßes HB-B in einen zuvor festgelegten Bereich, d. h. 3 HU bis 300 HU, wie in 10(b) gezeigt. Daher fallen die Veränderungsgrößen der CT-Werte von ungefähr 14 Pixeln, die ein Zielpixel p(x, y) enthalten und in 10(a) gezeigt sind, in einen zuvor festgelegten Bereich. Bei einem Weichgewebe, bei dem es sich nicht um das kontrastierte Blutgefäß HB-B handelt, liegt die Größe der Veränderung des CT-Werts bei etwa 2 HU und fällt nicht in den zuvor festgelegten Bereich. Daher werden die vierzehn Pixels der Entscheidungsmatrix MA-S, die aus den 49 Pixels besteht, d. h. 29 Prozent, als ein Artefakt eingeschätzt. In diesem Falle bestimmt die Bestimmungseinheit 27-2, dass das Zielpixel p(x, y) kein Artefakt ist, weil der erste Schwellenwert SU oder ein höherer Wert jedes Pixels in der Entscheidungsmatrix MA-S nicht als Artefakt eingeschätzt wird.
  • Die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (zweite Bestimmungseinheit 27-2) kann infolge einer vergrößerten oder verkleinerten Darstellung eines tomographischen Bildes die Größe der Entscheidungsmatrix MA-S auf eine Entscheidungsmatrix von 11·11 setzen oder kann sie auf eine Entscheidungsmatrix von 3·3 festsetzen. Der erste Schwellenwert SU kann gemäß den Bildgebungsbedingungen auf einen Prozentanteil von 80 bis 95 gesetzt werden.
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm zur Verifizierung eines Zielpixels mit einem vorhandenen Artefakt und stellt ein Flussdiagramm dar, das den Schritt S182 oder S182' nach 4 detailliert veranschaulicht.
  • In Schritt S821 wird die Größe einer Entscheidungsmatrix MT für das Zielpixel p bestimmt. Ein Bediener kann sie einstellen, indem er die Eingabevorrichtung 55 benutzt. Alternativ kann eine Entscheidungsmatrix MT, die aus 25 Pixels besteht, automatisch als Standard eingestellt werden.
  • In Schritt S822 liest die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (zweite Bestimmungseinheit 27-2) die Größen der Veränderung der CT-Werte aller Pixels in der Entscheidungsmatrix MT ein, die in Schritt S172 nach 4 gemessen wurden. Obwohl in den 8 bis 10 drei Lagen bzw. Schichten von tomographischen Bildern in Körperachsenrichtung gezeigt sind, können beliebige Lagen bzw. Schichten von tomographischen Bildern verwendet werden, wenn 2n+1 Lagen bzw. Schichten von tomographischen Bildern genommen werden.
  • In Schritt S823 wird bestimmt, ob jedes Pixel, bei dem die Größe der Veränderung des CT-Werts in einen zuvor festgelegten Bereich innerhalb der Entscheidungsmatrix MT fällt, d. h. jedes Pixel, das als das Artefakt eingeschätzt wird, dem ersten Schwellenwert SU oder einem höheren Wert entspricht.
  • Wenn das Pixel, von dem angenommen wird, dass es das Artefakt ist, als erster Schwellenwert SU oder als höherer Wert vorliegt, geht die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 zu Schritt S824 über. Die zweite Bestimmungseinheit 27-2 bestimmt, dass das Zielpixel p das Artefakt ist. Wenn das Pixel, das als das Artefakt eingeschätzt wird, dem ersten Schwellenwert SU oder einem niedrigeren Wert entspricht, geht die Artefaktbestimmungseinrichtung zu Schritt S825 über, in dem die Einschätzung, wonach das Zielpixel p in Schritt S181 nach 4 als das Artefakt aufgefasst wird, verworfen bzw. aufgehoben wird, so dass das Zielpixel als ein Pixel bestimmt wird, welches nicht dem Artefakt entspricht.
  • Selbst wenn die Größe der Veränderung des CT-Werts des Zielpixels p in Abhängigkeit von den Bereichen in den zuvor festgelegten Bereich fallen mag, wird das Zielpixel p nicht als Artefakt betrachtet, sofern nicht die Mehrzahl der Entscheidungsmatrizen MT als Artefakt beurteilt wird.
  • <Spezifizierung der tomographischen Bilder, in denen Artefakte vorhanden sind>
  • In der folgenden Ausführungsform wird eine Technik oder ein Verfahren zur weiteren Verbesserung der Spezifizierung eines Bereichs, in dem Artefakte erzeugt worden sind, durch die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (dritte Bestimmungseinheit 27-3) geliefert.
  • 12 zeigt ein Schaubild, das tomographische Bilder vom Kopf eines Objektes (einer Testperson), bevor sie einem Artefaktreduktionsprozess unterzogen wurden und Rekonstruktionsbereiche P zeigt. In dem oberen Bereich des tomographischen Bildes D3-A, das in 12(A1) veranschaulicht ist, sind viele windradartige Artefakte vorhanden, währen die windradartigen Artefakte treten in dem unteren Bereich des tomographischen Bildes D3-B, das in 12(B1) veranschaulicht ist, fast nicht auftreten. Der Rekonstruktionsbereich P, der in 12 gezeigt ist, ist ein quadratischer Bereich von 512×512 Pixeln, der parallel zu einer xy-Ebene liegt. Als Ergebnis der Bestimmung von Indizes bei dem tomographischen Bild D3-A und dem tomographischen Bild D3-B werden Pixel eingefüllt, die auf Index > 0 gebracht wurden. In dem Rekonstruktionsbereich P, der in 12(A2) gezeigt ist, beträgt das Artefaktverhältnis, welches durch die Division der Anzahl von Pixeln mit Index > 0 durch die Gesamtzahl der Pixel gewonnen wird, 0,12. In dem Rekonstruktionsbereich P, der in 12(B2) gezeigt ist, beträgt das Artefaktverhältnis, das durch Division der Anzahl von Pixeln mit Index > 0 durch die Gesamtzahl der Pixel gewonnen wird, 0,30. Diese Berechnung wird von der Artefaktverhältnisberechnungseinrichtung 29 durchgeführt, die in 1 gezeigt ist.
  • Wenn die Verarbeitung der Gleichung (1) oder (2) auf jedes Pixel mit Index > 0 ungeachtet der Tatsache angewendet wird, dass das windradartige Artefakt in dem tomographischen Bild D3-B fast nicht auftritt, wird die Auflösung in z-Richtung gemindert. Daher überprüft die Artefaktverhältnisberechnungseinrichtung 29 das Artefaktverhältnis in Übereinstimmung mit dem Verhältnis, das anzeigt, wie die Pixels, die schätzungsweise den Index > 0 haben, d. h. Ar tefakte erzeugt haben, innerhalb der Gesamtzahl der Pixel in dem Rekonstruktionsbereich P aufgenommen oder besetzt sind. Wenn das Artefaktverhältnis größer ist als ein zuvor festgelegter zweiter Schwellenwert SH, bewirkt die Artefaktbestimmungseinrichtung 27 (dritte Bestimmungseinheit 27-3) die Verarbeitung der Gleichung (1) oder (2) an dem tomographischen Bild D3. Das bedeutet, dass die dritte Bestimmungseinheit 27-3 die Entscheidung, dass es sich um die Erzeugung eines Artefakts handelt, unter einer strengeren Bedingung fällt.
  • 13 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Artefaktreduktionsprozesses nach den Untersuchungen der Artefaktverhältnisse. Das Flussdiagramm, das in 13 gezeigt ist, ist ein Flussdiagramm, das den Schritt S183 oder S183' nach 4 detaillierter zeigt.
  • In Schritt S831 berechnet die Artefaktverhältnisberechnungseinrichtung 29 ein Artefaktverhältnis. Was das Artefaktverhältnis anbelangt, wird das Verhältnis zwischen Pixeln des Index > 0 und allen Pixeln (512×512) berechnet. Da der Index in Schritt S183' nicht benutzt wird, wird das Verhältnis berechnet, in dem die Größe der Veränderung des CT-Werts in einen zuvor festgelegten Bereich fällt.
  • Im Übrigen wird anstelle aller Pixeln ein Bereich für das Objekt HB spezifiziert, und das Verhältnis zwischen den Pixeln des Index > 0 kann für die Anzahl von Pixeln in diesem Bereich berechnet werden. Anstelle des Verhältnisses zwischen den Pixeln mit Index > 0 kann das Verhältnis zwischen Punkten oder Flecken mit Index = 1, Index > 0,7 oder Index > 0,5 berechnet werden. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf das Verhältnis der Pixel des Index > 0 in Bezug auf alle Pixel (512×512) als das Artefaktverhältnis.
  • In Schritt S832 bestimmt die dritte Bestimmungseinheit 27-3, ob das Artefaktverhältnis größer ist als der zweite Schwellenwert SH. Beispielsweise wird das Artefaktverhältnis = 0,07 als der zweite Schwellenwert SH verwendet. Wenn das Artefaktverhältnis eines Zieltomographiebilds D3 größer als der zweite Schwellenwert SH ist, geht die dritte Bestimmungseinheit zu Schritt S833 über. Wenn dieses Artefaktverhältnis niedriger als der zweite Schwellenwert SH ist, geht die dritte Bestimmungseinheit zu Schritt S834 über.
  • In Schritt S833 bestimmt die dritte Bestimmungseinheit 27-3, dass ein tomographisches Bild n ein Artefakt enthält. Daher wird für jedes Pixel, das innerhalb des tomographischen Bildes n als das Artefakt beurteilt wird, weiter mit Schritt S191 nach 4 fortgefahren und ein zu verarbeitendes Pixel p(x, y, z) wird auf der Grundlage des entsprechenden Indexwerts verarbeitet, so dass infolge seiner Verarbeitung ein Pixel p'(x, y, z) bestimmt wird.
  • Andererseits bestimmt die dritte Bestimmungseinheit 27-3 in Schritt S834, dass alle Pixels, die in dem tomographischen Zielbild n enthalten sind, nicht als Artefakte aufgefasst werden. Dies ist der Fall, weil, obwohl die Möglichkeit besteht, dass die Pixel mit Index > 0 die Artefakte in dem Rekonstruktionsbereich P herbeiführen werden, die Artefakte als unauffällig betrachtet werden, da die An zahl der Pixel mit Index > 0 in dem gesamten Rekonstruktionsbereich P gering ist, und eine derartige Bildverarbeitung, durch die die Auflösung in der Körperachsenrichtung verschlechtert wird, nicht erwünscht ist.
  • 14 zeigt in ihrem oberen Bereich eine Querschnittsansicht in einer Körperachsenrichtung von der Brust eines Objektes HB bis zum oberen Bereich von dessen Kopf, und stellt im unteren Bereich ein Diagramm dar, das die Beziehung zwischen Artefaktverhältnissen und der Anzahl der tomographischen Bilder n zeigt, die in der Körperachsenrichtung angezeigt ist.
  • Betrachtet man die Beziehung zwischen Artefaktverhältnissen und der Körperachsenrichtung, so liegt das Artefaktverhältnis zwischen der Brust und der Umgebung der Augen oder Augenbrauen des Kopfs (die durch eine weiße gepunktete Linie in 14 angezeigt ist) ungefähr in dem Bereich zwischen 0,9 und 2,2. In dem tomographischen Bild D3 (x, y, z) vor der Durchführung des Artefaktreduktionsprozesses der vorliegenden Ausführungsform liegt das Artefaktverhältnis zwischen der Nachbarschaft der Augen oder Augenbrauen und dem oberen Abschnitt des Kopfs in dem Bereich von etwa 0,3 bis 0,5. Wie anhand von 14 nachvollzogen werden kann, ist das Auftreten von Artefakten umso wahrscheinlicher, je komplexer die Form einer Struktur, wie z. B. eines Knochens ist. Umgekehrt treten Artefakte kaum auf, wenn die Form des Knochens oder dgl., der sich in der Nachbarschaft des oberen Kopfabschnitts befindet, einfach ist. In 14 wird das Artefaktverhältnis = 0,07 als der Schwellenwert definiert. Daher wird gemäß dem Flussdiagramm nach 13 die Bildverarbeitung gemäß Gleichung 1 o. Ä. in der Umgebung der Brust bis zu der Umgebung der Augen oder Augenbrauen des Kopfes auf das tomographische Bild D3 angewendet. Andererseits wird die Bildverarbeitung gemäß Gleichung 1 o. Ä. nicht auf den Teil des tomographischen Bild D3 zwischen der Umgebung der Augen und der Augenbrauen und dem oberen Ende des Kopfes angewendet, obwohl dort die Pixel mit Index > 0 vorhanden sind.
  • Im Übrigen kann das Bildrekonstruktionsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein dreidimensionales Bildrekonstruktionsverfahren sein, das auf der bislang bekannten Feldkamp-Methode beruht. Ferner kann ein anderes dreidimensionales Bildrekonstruktionsverfahren angewendet werden. Alternativ kann eine zweidimensionale Bildrekonstruktion angewendet werden. Die Bildqualität, die in jedem Bereich bestimmt wird, variiert gemäß den diagnostischen Anwendungen, den Präferenzen eines Bedieners, etc. und ist in weit unterschiedlichen Formen gegeben. Daher kann der Bediener die Einstellungen einer Bildgebungsbedingung im Voraus so einstellen, dass sie für jeden Bereich am besten geeignet sind.
  • Obwohl die Größe der Veränderung des CT-Werts unter Verwendung der Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen CT-Wert einer Schicht oder mehrerer Schichten in der Umgebung des zu verarbeitenden Pixels p(x1, y1, z1) erläutert wurde, kann diese verarbeitet werden, indem die durchschnittliche Größe der Veränderung des CT-Werts benutzt wird, die erhalten wird, indem die Differenz zwischen dem maximalen CT-Wert und dem minimalen CT-Wert durch die Anzahl der Schichten geteilt wird.
  • Obwohl die vorliegende Ausführungsform das Beispiel gezeigt hat, in dem die interne Verlagerung beurteilt wird, obwohl die Artefakte gemäß der Veränderungsgröße des CT-Werts in der Körperachsenrichtung zwischen den mehreren tomographischen Bildern generiert werden können, kann sie auch unter Verwendung eines anderen Verfahrens bestimmt werden.
  • Der erste Schwellenwert SU, der in der Artefaktbestimmungseinrichtung (zweiten Bestimmungseinheit 27-2) der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, und der zweite Schwellenwert SH, der in der dritten Bestimmungseinheit 27-3 eingesetzt wird, sind nicht auf diejenigen beschränkt, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Sie können unter Berücksichtigung einer problematischen Artefakterscheinungsform o. Ä. auf geeignete Weise verändert werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verarbeitung der Beurteilung durch die dritte Bestimmungseinheit 27-3 auf jedes Pixel, das von der Artefaktbestimmungseinrichtung als das Artefakt bestimmt wurde, nach der Bestimmungsverarbeitung durch die zweite Bestimmungseinheit 27-2 angewendet worden. Allerdings kann die Beurteilungsverarbeitung durch die zweite Bestimmungseinheit 27-2 an jedem Pixel, das von der dritten Bestimmungseinheit 27-3 als Artefakt beurteilt wurde, durchgeführt werden.
  • Die vorliegende Ausführungsform ist insbesondere nicht auf eine bestimmte Form eines Scannvorgangs beschränkt. Dies bedeutet, dass ähnliche Effekte selbst im Falle eines Axialscanns, eines Cinescanns (kinematographischen Scanns, eines Spiralscanns, eines Spiralscanns mit variablem Pitchfaktor und eines Helical-Shuttle-Scanns erzielt werden können. Die vorliegende Ausführungsform ist nicht hinsichtlich der Neigung oder Schräglage der Gantry 100 beschränkt. Das bedeutet, dass ein ähnlicher Effekt sogar im Falle eines so genannten geneigten Scanns erzielt werden kann, bei dem die Gantry 100 geneigt ist. Die vorliegende Ausführungsform kann sogar bei der Rekonstruktion von Herzbildern angewendet werden, die jedes Bild synchron zu einem biologischen Signal, insbesondere einem Herzsignal, rekonstruiert.
  • Obwohl die vorliegende Ausführungsform auf der Grundlage eines medizinischen Röntgen-CT-Geräts bzw. einer Röntgen-CT-Vorrichtung 10 beschrieben worden ist, kann sie auch für ein Röntgen-CT-PET-Gerät, das in Kombination mit einem industriellen Röntgen-CT-Gerät oder einem anderen Gerät verwendet wird, einem Röntgen-CT-SPECT Gerät, das in Kombination damit eingesetzt wird, etc., verfügbar gemacht werden.
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Röntgentomographievorrichtung 10, die Artefakte reduziert. Die Röntgentomographievorrichtung 10 umfasst eine Scanneinrichtung 103 zur Bestrahlung eines Objekts mit Röntgenstrahlen, um Projektionsdaten von dem Objekt zu erzeugen, eine CT-Wert-Veränderungs-Spezifizierungseinrichtung 25 zur Spezifizierung der Größe der Veränderung des CT-Werts in einer Kör perachsenrichtung in Bezug auf ein Zielpixel eines Tomographiebildes, das durch Rückprojektion der Projektionsdaten erhalten wird, eine erste Artefaktbestimmungseinheit 27-1 zur Bestimmung, ob die Größe der Veränderung des CT-Werts sich in einem zuvor festgelegten Bereich in einem peripheren Entscheidungspixelbereich befindet, in dem das Zielpixel enthalten ist, eine zweite Artefaktbestimmungseinheit 27-2 zur Bestimmung, dass das Zielpixel ein Artefakt ist, wenn in einer ersten Artefaktentscheidung festgestellt wird, dass die Anzahl von Pixeln, die in einem zuvor festgelegten Bereich enthalten sind, einem ersten Schwellenwert oder einem höheren Wert entsprechen, und eine Artefaktreduktionseinheit zur Durchführung einer Bildverarbeitung, um das Artefakt zu reduzieren, wenn die zweite Artefaktbestimmungseinheit beurteilt, dass es sich bei dem Zielpixel um das Artefakt handelt.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
  • 1
    • 21 ... VORPROZESSOR, 23 ... STRAHLENHÄRTUNGSPROZESSOR, 24 ... DREIDIMENSIONALER RÜCKPROJEKTIONSPROZESSOR, 25 ... ARTEFAKTREDUKTIONSEINHEIT, 27 ... ARTEFAKTBESTIMMUNGSEINRICHTUNG, 27-1 ... ERSTE BESTIMMUNGSEINHEIT, 27-2 ... ZWEITE BESTIMMUNGSEINHEIT, 27-3 ... DRITTE BESTIMMUNGSEINHEIT, 29 ... ARTEFAKTVERHÄLTNISBERECHNUNGSEINRICHTUNG 51 ... HOCHSPANNUNGSGENERATOR, 53 ... SCANNSTEUERUNGSEINRICHTUNG, 59 ... SPEICHERVORRICHTUNG, 103 ... DETEKTOR, 105 ... DATENÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNG, 111 ... ROTATIONSMECHANISMUS, 113 ... SCHLEIFRING
  • 2
    • (a) KANALRICHTUNG, (b) SCHICHTRICHTUNG
  • 3
    • START
    • S11 ... DATENERFASSUNG
    • S12 ... VORVERARBEITUNGSPROZESS
    • S13 ... STRAHLENHÄRTUNGSKORREKTUR
    • S14 ... AUSFÜHRUNG DES Z-FILTER-FALTUNGSPROZESSES
    • S15 ... AUSFÜHRUNG DES REKONSTRUKTIONSFUNKTIONSFALTUNGSPROZESSES
    • S16 ... AUSFÜHRUNG DES DREIDIMENSIONALEN RÜCKPROJEKTIONSPROZESSES
    • S17 ... SPEZIFIZIERUNG DES CT-WERTS IN KÖRPERACHSENRICHTUNG DES ZIELPIXELS
    • S18 ... BESTIMMUNG, OB ARTEFAKTE VORHANDEN SIND
    • S19 ... AUSFÜHRUNG DES ARTEFAKTREDUKTIONSPROZESSES
    • ENDE
  • 4
  • (a)
    • START DES ARTEFAKTPROZESSES
    • S171 ... BESTIMMUNG DES ZU VERARBEITENDEN ZIELPIXELS p(x, y, z)
    • S172 ... MESSUNG DER GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS BEI p(x, y, z-1), p(x, y, z) UND p(x, y, z+1)
    • S181 ... BERECHNUNG DES INDEXWERTS GEMÄß DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS
    • Index > 0 ?
    • S182 ... LIEGT EIN ENTSCHEIDUNGSPIXEL AUCH UM DAS ZIELPIXEL MIT INDEX > 0 HERUM?
    • S183 ... IST DAS BELEGTE VERHÄLTNIS VON INDEX > 0 IN DEM PIXELBEREICH IN DEM TOMOGRAPHISCHEN BILD ODER EFFEKTIVEM OBJEKT GROß?
    • S191 ... BILDVERARBEITUNG DES ZU VERARBEITENDEN ZIELPIXELS p(x, y, z) IN ÜBEREINSTIMMUNG MIT DEM INDEXWERT
    • S192 ... ANZEIGE DES TOMOGRAPHISCHEN BILDES NACH DER BILDVERARBEITUNG
    • ENDE
  • (b)
    • START DES ARTEFAKTPROZESSES
    • S171 ... BESTIMMUNG DES ZU VERARBEITENDEN ZIELPIXELS p(x, y, z)
    • S172 ... MESSUNG DER GROßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS BEI p(x, y, z-1), p(x, y, z) UND p(x, y, z+1)
    • S181' ... LIEGT DIE GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTES IN DEM ZUVOR FESTGELEGTEN BEREICH?
    • S182' ... LIEGT DIE GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTES IN DEM ZUVOR FESTGELEGTEN BEREICH SOGAR IN BEZUG AUF DAS ENTSCHEIDUNGSPIXEL UM DAS ZU VERARBEITENDE PIXEL HERUM?
    • S183' ... IST DAS BELEGTE VERHÄLTNIS VON PIXELN, BEI DENEN DIE GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS IN DEM ZUVOR FESTGELEGTEN BEREICH LIEGT, IN DEM PIXELBEREICH DES TOMOGRAPHISCHEN BILDES ODER EFFEKTIVEN OBJEKT GROß?
    • S191' ... BILDVERARBEITUNG DES ZU VERARBEITENDEN ZIELPIXELS p(x, y, z) IN ÜBEREINSTIMMUNG MIT DER GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS
    • S192 ... ANZEIGE DES TOMOGRAPHISCHEN BILDES NACH BILDVERARBEITUNG
    • ENDE
  • 7
    • GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS, GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS, GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS, GRÖßE DER VERÄNDERUNG DES CT-WERTS,
  • 8
    • CT-WERTs
    • VERÄNDERUNG VON CT(x, y)
    • VERÄNDERUNG VON CT(x+i, y+j)
  • 9
    • CT-WERT
    • VERÄNDERUNG CT(x, y)
    • VERÄNDERUNG CT(x+i, y+j)
  • 10
    • CT-WERT
    • VERÄNDERUNG CT(x, y)
    • VERÄNDERUNG CT(x+i, y+j)
  • 11
    • VERIFIZIERUNG DES PIXELS, IN DEM EIN ARTEFAKT VORHANDEN IST
    • S821 ... BESTIMMUNG DER ENTSCHEIDUNGSMATRIX MT DES ZIELPIXELS p(x, y, z)
    • S822 ... ABLESEN DER VERÄNDERUNGSGRÖßE DES CT-WERTS AUS p(x-i, y-j, z-1), p(x-i, y-j, z), p(x-i, y-j, z+1), p(x, y, z-1), p(x, y, z), p(x, y, z+1), p(x+i, y+j, z-1), p(x+i, y-j, z) p(x+i, y+j, z+1)
    • S823 ... ENTSPRICHT EIN PIXEL (INDEX > 0), BEI DEM DIE VERÄNDERUNGSGRÖßE DES CT-WERTS IN EINEN ZUVOR FESTGELEGTEN BEREICH FÄLLT, INNERHALB DER ENTSCHEIDUNGSMATRIX MT, EINEM ERSTEN SCHWELLENWERT SU ODER EINEM HÖHEREN WERT?
    • S824 ... BESTIMMUNG DES ZIELPIXELS p(x, y, z) ALS ARTEFAKT
    • S825 ... BESTIMMUNG DES ZIELPIXELS p(x, y, z) ALS NICHTARTEFAKT
    • ZU S183 ODER S191 NACH 4
  • 12
    • ARTEFAKTVERHÄLTNIS
    • ARTEFAKTVERHÄLTNIS
  • 13
    • SPEZIFIZIERUNG EINES TOMOGRAPHISCHEM BILDES; IN DEM EIN ARTEFAKT AUFTRITT
    • S831 ... BERECHNUNG DES VERHÄLTNISSES (ARTEFAKTVERHÄLTNISSES) VON PIXELN (PIXEL MIT INDEX = 1), DIE ALS EIN ARTEFAKT EINGESCHÄTZT WERDEN, IN DEM PIXELBEREICH IN BEZUG AUF ALLE PIXEL ODER DAS EFFEKTIVE OBJEKT
    • S832 ... ARTEFAKTVERHÄLTNIS > ZWEITER SCHWELLENWERT SH
    • S833 ... BESTIMMUNG, DASS TOMOGRAPHISCHES BILD n EIN ARTEFAKT ENTHÄLT
    • S834 ... BESTIMMUNG, DASS TOMOGRAPHISCHES BILD n KEIN ARTEFAKT ENTHÄLT
    • ZU S191 NACH 4

Claims (10)

  1. Röntgentomographievorrichtung (10), die aufweist: eine Scanneinrichtung (103) zur Bestrahlung eines Objekts mit Röntgenstrahlen, während wenigstens entweder eine Gantry (100) und/oder ein Tisch (109) entlang einer Körperachsenrichtung des Objekts (HB) bewegt wird, um dadurch Projektionsdaten des Objekts (HB) zu erzeugen; eine erste Artefaktbestimmungseinheit (27-1) zur Bestimmung jedes der Pixel, die in einem tomographischen Bild enthalten sind, das durch Rückprojektion der Projektionsdaten erhalten wird, als ein Artefakt; eine zweite Artefaktbestimmungseinheit (27-2) zur Festlegung eines Entscheidungspixelbereichs, der das Zielpixel sowie um das Zielpixel herum liegende Bereiche enthält, wobei das Pixel, das durch die erste Artefaktbestimmungseinheit (27-1) als das Artefakt bestimmt wurde, ein Ziel darstellt, und zur erneuten Bestimmung des Zielpixels als ein Artefakt, wenn jedes Pixel, das durch die erste Artefaktbestimmungseinheit (27-1) als dasjenige Pixel beurteilt wurde, an dem das Artefakt generiert werden kann, oberhalb einer vorbestimmten Referenz vorliegt; und eine Artefaktreduktionseinheit (25) zur Bewirkung eines Bildprozesses zur Reduktion eines Artefakts auf jedem Pixel, das schließlich als ein Artefakt beurteilt wurde.
  2. Röntgentomographievorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, die ferner aufweist: eine Artefaktverhältnis-Berechnungseinrichtung (29) zur Berechnung eines Verhältnisses, in dem jedes Pixel, das als das Artefakt beurteilt wurde, in dem tomographischen Bild belegt wird; und eine dritte Artefaktbestimmungseinheit (27-3) zur erneuten Bestimmung des Pixels als ein Artefakt, wenn das Verhältnis größer ist als ein zuvor festgelegter Schwellenwert.
  3. Röntgentomographievorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Artefaktbestimmungseinheit (27-1) Artefakte entsprechend einer Größe der Veränderung des CT-Wertes in der Körperachsenrichtung unter mehreren tomographischen Bildern bestimmt, die durch Rückprojektion der Projektionsdaten gewonnen werden.
  4. Röntgentomographievorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildprozess zur Reduktion der Artefakte in der Artefaktreduktionseinheit (25) darin besteht, mehrere Pixel in der Körperachsenrichtung mit Gewichtungsfaktoren zu multiplizieren und die Ergebnisse der Multiplikationen aufzuaddieren und ein Artefakt jedes Zielpixels in dem entsprechenden tomographischen Bild zu reduzieren.
  5. Röntgentomographievorrichtung (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Artefaktreduktionsein heit (25) jeden der Gewichtungsfaktoren gemäß der Anzahl der mehreren Pixelbereiche in der Körperachsenrichtung ändert.
  6. Röntgentomographievorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Entscheidungspixelbereiche in Form eines Vierecks oder eines Polygons gestaltet ist.
  7. Röntgentomographievorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Artefaktbestimmungseinheit (27-2) die Anzahl von Pixeln, die den Entscheidungspixelbereich bilden, entsprechend einer vergrößerten Anzeige und einer verkleinerten Anzeige jedes tomographischen Bildes ändert.
  8. Röntgentomographievorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz in der ersten Artefaktbestimmungseinheit (27-1) variabel ist.
  9. Röntgentomographievorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz in der ersten Artefaktbestimmungseinheit (27-1) variabel ist.
  10. Verfahren zur Reduktion von Artefakten in einem tomographischen Bild, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Bestimmungsschritt zur Bestrahlung eines Objekts mit Röntgenstrahlen, während wenigstens eine Gantry (100) und/oder ein Tisch (109) entlang einer Körperachsenrichtung des Objekts bewegt wird, und zur Bestimmung jedes von Pixeln, die in einem tomographischen Bild enthalten sind, das durch Rückprojektion der Projektionsdaten des Objekts erhalten wird, als ein Artefakt (S17); einen zweiter Bestimmungsschritt zur Festlegung eines Entscheidungspixelbereichs, der das Zielpixel sowie um das Zielpixel herum liegende Bereiche enthält, mit dem Pixel, das in dem ersten Bestimmungsschritt als das Artefakt bestimmt wurde, als dem Ziel, und zur erneuten Bestimmung des Zielpixels als ein Artefakt, wenn jedes Pixel, das in dem ersten Bestimmungsschritt als das Pixel beurteilt wurde, an dem ein Artefakt generiert werden kann, oberhalb einer vorbestimmten Referenz (S18) vorliegt; und einen Schritt zur Bewirkung eines Bildprozesses zur Reduktion eines Artefaktes in jedem Pixel, das letztlich als ein Artefakt (S19) beurteilt wurde.
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