DE102008048716B4

DE102008048716B4 - Method for hardening correction

Info

Publication number: DE102008048716B4
Application number: DE102008048716A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Härer; Ernst-Peter Rührnschopf; Dr. Scholz Bernhard; Dr. Stierstorfer Karl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: DE102008048716A1

Abstract

Verfahren zur Aufhärtungskorrektur aufgrund einer von monochromatischer Röntgenstrahlung abweichenden Energieverteilung im Rahmen der Ermittlung eines Bilddatensatzes eines aufgenommenen Objekts aus einem CT-Rohdatensatz, umfassend folgende Schritte: – Segmentierung eines aus dem Rohdatensatz rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatzes des Objekts nach wenigstens zwei Schwächungsklassen zur Ermittlung von Segmentierungsinformationen, – Reprojektion der zu den Bildelementen bei der Rekonstruktion beitragenden Strahlungswege und anhand der Segmentierungsinformationen Ermittlung einer Materialweglänge und/oder Materialbelegungsdichte für jede Schwächungsklasse und für jeden Strahlungsweg, – für jedes Bildelement Ermittlung einer effektiven Materialweglänge und/oder Materialbelegungsdichte für die jeweilige Schwächungsklasse durch quadratische Mittelung über alle durch das Bildelement verlaufenden Strahlungswege, – für jedes Bildelement Ermittlung eines Korrekturwertes unter Berücksichtigung einer zuvor ermittelten, energieverteilungsspezifischen Korrekturtabelle in Abhängigkeit von den effektiven Materialweglängen oder Materialbelegungsdichten für alle Schwächungsklassen an dem Bildelement, – Korrektur des Rekonstruktionsdatensatzes durch additive oder multiplikative Anwendung der Korrekturwerte auf die jeweiligen Rekonstruktionsdaten aller Bildelemente.Method for hardening correction due to an energy distribution deviating from monochromatic X-ray radiation within the scope of determining an image data set of a recorded object from a CT raw data set, comprising the following steps: segmentation of a reconstruction data set of the object reconstructed from the raw data set according to at least two attenuation classes to determine segmentation information, reprojection the radiation paths contributing to the image elements during the reconstruction and, based on the segmentation information, determination of a material path length and / or material occupancy density for each attenuation class and for each radiation path, - for each image element determination of an effective material path length and / or material occupancy density for the respective attenuation class by means of square averaging over all through radiation paths running through the picture element, - for each picture element determination of a correction value taking into account g a previously determined, energy distribution-specific correction table depending on the effective material path lengths or material occupancy densities for all attenuation classes on the picture element, - correction of the reconstruction data set by additive or multiplicative application of the correction values to the respective reconstruction data of all picture elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufhärtungskorrektur aufgrund einer von monochromatischer Röntgenstrahlung abweichenden Energieverteilung im Rahmen der Ermittlung eines Bilddatensatzes eines aufgenommenen Objekts aus einem CT-Rohdatensatz.The invention relates to a method for hardening correction based on a deviating from monochromatic X-ray energy distribution in the context of determining an image data set of a recorded object from a CT raw data set.

Moderne Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes des aufgenommenen Objekts aus einem CT-Rohdatensatz, der eine Vielzahl von Projektionen unter unterschiedlichen Winkeln enthält, gehen in ihren Grundlagen davon aus, dass die Röntgenstrahlung monochromatisch ist. Nur in diesem Falle besteht ein linearer Zusammenhang zwischen den logarithmierten Schwächungsdaten und der durchstrahlten Materialweglänge. Auf diesem Zusammenhang basiert auch das fast ausschließlich zur Rekonstruktion benutzte Verfahren der gefilterten Rückprojektion.Modern techniques for reconstructing an image of the captured object from a raw CT dataset containing a plurality of projections at different angles are based on the assumption that the X-radiation is monochromatic. Only in this case is there a linear relationship between the logarithmic attenuation data and the irradiated material path length. The method of filtered backprojection used almost exclusively for reconstruction is also based on this connection.

In der Realität ist die Strahlung von Röntgenröhren allerdings polychromatisch, das bedeutet, ihre Energieverteilung weist gegenüber dem monochromatischen Fall eine endliche Breite auf. Der lineare Zusammenhang zwischen den logarithmierten Schwächungsdaten und der durchstrahlten Materialweglänge besteht nun nicht mehr, so dass infolge nicht-linearer Effekte Verzerrungen der Grauwerte auftreten, die sich insbesondere bei der Computertomographie in einer fehlerhaften Rekonstruktion der Schwächungskoeffizienten äußern. Dabei treten in wasseräquivalentem Gewebe (Weichteilgewebe) sogenannte „Cupping-Effekte” auf, bei, denen der Grauwert vom Bildrand nach innen kontinuierlich abnimmt, zudem tauchen sogenannte „Knochenartefakte” auf, die sich durch dunkle Balken zwischen hervorstehenden Knochen äußern.In reality, however, the radiation from X-ray tubes is polychromatic, which means that their energy distribution has a finite width compared to the monochromatic case. The linear relationship between the logarithmized attenuation data and the irradiated material path length no longer exists, so that due to non-linear effects, distortions of the gray values occur, which manifest themselves in a defective reconstruction of the attenuation coefficients, in particular in computed tomography. In the process, so-called "cupping effects" occur in water-equivalent tissue (soft tissue), in which the gray value continuously decreases inwards from the edge of the image. In addition, so-called "bone artifacts" emerge, which are expressed by dark bars between protruding bones.

Dieser Effekt wird im Allgemeinen Strahlaufhärtung oder Spektralaufhärtung genannt, da niederenergetische Anteile stärker geschwächt werden als höherenergetische Anteile, so dass letztlich eine Verschiebung zu höheren Energien, also eine Aufhärtung, des Strahls auftritt.This effect is generally called beam hardening or spectral hardening, since lower energy components are weakened more strongly than higher energy components, so that ultimately a shift to higher energies, ie a hardening, of the beam occurs.

Zur Korrektur dieser Aufhärtungsartefakte sind im Stand der Technik bereits einige Techniken bekannt. Standard bei den meisten Computertomographiesystemen ist die sogenannte Wasserkorrektur, die beispielsweise in dem Artikel von M. Zellerhoff, B. Scholz, E.-P. Rührnschopf, T. Brunner: „Low contrast 3D reconstruction from C-arm data”, Proceedings of SPIE Medical Imaging 2005, Vol. 5745, Seite 646–655, beschrieben ist. Dabei wird eine unmittelbare Vorkorrektur des Rohdatensatzes unter der vereinfachten Annahme, dass die Strahlaufhärtung nur durch wasseräquivalentes Gewebe hervorgerufen sei, durchgeführt. Weitere Gewebearten, insbesondere Knochenartefakte, können dabei nicht beachtet werden.To correct these hardening artifacts, some techniques are already known in the art. Standard in most computed tomography systems is the so-called water correction, which is described, for example, in the article by M. Zellerhoff, B. Scholz, E.-P. Rührnschopf, T. Brunner: "Low contrast 3D reconstruction from C-arm data", Proceedings of SPIE Medical Imaging 2005, Vol. 5745, pages 646-655. In this case, an immediate pre-correction of the raw data set is carried out under the simplified assumption that the beam hardening is caused only by water-equivalent tissue. Other types of tissue, especially bone artifacts, can not be considered.

Daher wurde vorgeschlagen, zusätzlich iterative Knochenkorrekturen durchzuführen, wie dies beispielsweise in der US 2002/0097830 A1 dargelegt ist. Hierbei werden durch Segmentierung und Reprojektion für jeden Messwert der Anteil von Knochen an der jeweiligen Strahlungsschwächung bestimmt, welche Information zu einer verbesserten Aufhärtungskorrektur der Projektionsdaten genutzt werden. Mit den korrigierten Projektionsdaten wird eine erneute Bildrekonstruktion durchgeführt. Nachteilhaft ist, dass dieses Verfahren sehr aufwändig ist und die Aufbewahrung der Projektionsmessdaten erfordert, die jedoch meist nach der Rekonstruktion nicht mehr verfügbar sind.Therefore, it has been proposed to perform additional iterative bone corrections, as for example in the US 2002/0097830 A1 is set forth. In this case, the proportion of bones at the respective radiation attenuation is determined by segmentation and reprojection for each measured value, which information is used for an improved hardening correction of the projection data. With the corrected projection data, a new image reconstruction is performed. The disadvantage is that this method is very complex and requires the storage of the projection measurement data, which, however, are usually no longer available after the reconstruction.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise auch aus der DE 10 2005 028 216 A1 bekannt. Dabei wird ein iterativer postrekonstruktiver Korrekturansatz gewählt, bei dem der physikalische Vorgang der Strahlaufhärtung nachmodelliert wird. Es findet eine Segmentierung eines noch nicht korrigierten Volumenbilds statt, woraufhin in einer Reprojektion für die einzelnen Messstrahlen Wertetupel für Bewegungsdicken bestimmt werden. Diese dienen zur Auswahl eines Korrekturfaktors, der auf die polychromatisch gemessenen Projektionsdaten angewendet wird.Such a method is for example also from the DE 10 2005 028 216 A1 known. An iterative postreconstructive correction approach is used in which the physical process of the beam hardening is modeled. Segmentation of a not yet corrected volume image takes place, whereupon value tuples for movement thicknesses are determined in a reprojection for the individual measurement beams. These are used to select a correction factor that is applied to the polychromatically measured projection data.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Aufhärtungskorrekturverfahren anzugeben, welches insbesondere bei verbesserter Bildqualität des schließlich ermittelten Bilddatensatzes eine Korrektur unmittelbar auf einem rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatz erlaubt.The present invention is therefore based on the object of specifying a hardening correction method which allows a correction directly on a reconstructed reconstruction data set, in particular with improved image quality of the finally determined image data record.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen:

– Segmentierung eines aus dem Rohdatensatz rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatzes des Objekts nach wenigstens zwei Schwächungsklassen zur Ermittlung von Segmentierungsinformationen,
– Reprojektion der zu den Bildelementen bei der Rekonstruktion beitragenden Strahlungswege und anhand der Segmentierungsinformationen Ermittlung einer Materialweglänge und/oder Materialbelegungsdichte für jede Schwächungsklasse und für jeden Strahlungsweg,
– für jedes Bildelement Ermittlung einer effektiven Materialweglänge und/oder Materialbelegungsdichte für die jeweilige Schwächungsklasse durch quadratische Mittelung über alle durch das Bildelement verlaufenden Strahlungswege,
– für jedes Bildelement Ermittlung eines Korrekturwertes unter Berücksichtigung einer zuvor ermittelten, energieverteilungsspezifischen Korrekturtabelle in Abhängigkeit von den effektiven Materialweglängen oder Materialbelegungsdichten für alle Schwächungsklassen an dem Bildelement,
– Korrektur des Rekonstruktionsdatensatzes durch additive oder multiplikative Anwendung der Korrekturwerte auf die jeweiligen Rekonstruktionsdaten aller Bildelemente.

To solve this problem, the following steps are provided according to the invention in a method of the type mentioned in the introduction:

Segmentation of a reconstructed data set of the object reconstructed from the raw data set according to at least two attenuation classes for the determination of segmentation information,
Reprojection of the radiation paths contributing to the picture elements in the reconstruction and on the basis of the segmentation information determination of a material path length and / or material occupation density for each attenuation class and for each radiation path,
For each picture element, determination of an effective material path length and / or material occupation density for the respective attenuation class by quadratic averaging over all radiation paths passing through the picture element,
For each picture element, determining a correction value taking into account a previously determined energy distribution-specific correction table as a function of the effective material path lengths or material occupation densities for all attenuation classes on the picture element,
Correction of the reconstruction data set by additive or multiplicative application of the correction values to the respective reconstruction data of all picture elements.

Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Verfahren ist also bereits eine Rekonstruktion des Objekts, ein zuvor ermittelter Rekonstruktionsdatensatz. Auf diesem Rekonstruktionsdatensatz soll nun – ohne dass auf die Projektionsdaten des Rohdatensatzes zurückgegriffen werden muss – erfindungsgemäß die Aufhärtungskorrektur erfolgen. Die grundlegende Frage, die sich bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung stellte, ist also, ob eine effektive, das heißt, über alle Strahlungswege gemittelte Spektralaufhärtung des Bildelements bestimmt werden kann. Es ist bekannt, dass die Aufhärtung durch die Materialbelegungsdichte, eine verallgemeinerte Materialweglänge, in der die Materialweglänge selber mit der Dichte multipliziert wird, längs der Strahlungswege bestimmt wird. Anders formuliert lässt sich also die Frage, die sich die vorliegende Erfindung stellte, folgendermaßen formulieren: Durch welche effektive mittlere Materialbelegungsdichte (bzw. Materialweglänge) lässt sich die Spektralaufhärtung in jedem Bildelement, also je nach Dimensionalität Pixel oder Voxel, bestimmen.The starting point for the method according to the invention is therefore already a reconstruction of the object, a previously determined reconstruction data set. On this reconstruction data set, the hardening correction should now take place according to the invention-without the recourse to the projection data of the raw data set. The fundamental question which arose in the development of the present invention is therefore whether an effective, that is, averaged over all radiation paths spectral hardening of the picture element can be determined. It is known that the hardening is determined by the material coverage density, a generalized material path length in which the material path length itself is multiplied by the density, along the radiation paths. In other words, the question posed by the present invention can be formulated as follows: By what effective mean material occupation density (or material path length) can the spectral hardening be determined in each pixel, that is to say depending on the dimensionality of pixels or voxels.

Dabei wird vorliegend davon ausgegangen, dass sich das Objekt in verschiedene Schwächungsklassen, beispielsweise Weichteile (wasseräquivalent) und Knochen, aufteilen lässt, was die Verwendung klassenspezifischer Massenschwächungskoeffizienten erlaubt (üblicherweise ist die Materialbelegungsdichte das Integral der im Allgemeinen schwankenden Dichte eines Materials längs eines Messstrahls). Der Massenschwächungskoeffizient entspricht dabei dem Quotienten des linearen Schwächungskoeffizienten mit der Dichte des Materials. Wird der Massenschwächungskoeffizient als konstant angenommen, kann also analog auch die Materialweglänge verwendet werden.In the present case, it is assumed that the object can be divided into different attenuation classes, for example soft tissues (water equivalent) and bone, which allows the use of class-specific mass attenuation coefficients (usually the material occupancy density is the integral of the generally fluctuating density of a material along a measurement beam). The mass attenuation coefficient corresponds to the quotient of the linear attenuation coefficient with the density of the material. If the mass attenuation coefficient is assumed to be constant, the material path length can also be used analogously.

Zur Beantwortung der Frage, ob und wie eine effektive Materialweglänge bzw. eine effektive Materialbelegungsdichte für die verschiedenen Schwächungsklassen bestimmt werden kann, sind einige theoretische Vorüberlegungen notwendig, die vorliegend nur kurz zusammengefasst werden sollen.In order to answer the question whether and how an effective material path length or an effective material occupation density for the different attenuation classes can be determined, some theoretical preliminary considerations are necessary, which in the present case are only briefly summarized.

Zunächst ist festzuhalten, dass, betrachtet man einen einzigen Strahlungsweg, der ein Bildelement durchquert, nachgewiesen werden kann, dass der wirksame Schwächungskoeffizient im einzelnen Bildelement durch das aufgehärtete Spektrum bestimmt wird, welches sich wiederum durch die Materialweglängen bzw. Materialbelegungsdichten der einzelnen Schwächungsklassen ermitteln lässt, wobei es allerdings absolut unwesentlich ist, wie und wo die den unterschiedlichen Schwächungsklassen zugeordneten Bereiche angeordnet sind.First, it should be noted that, considering a single radiation path traversing a pixel, it can be shown that the effective attenuation coefficient in the single pixel is determined by the hardened spectrum, which in turn can be determined by the material path densities of the individual attenuation classes. however, it is absolutely immaterial how and where the regions associated with the different attenuation classes are located.

Weiterhin kann gezeigt werden, dass sich der Aufhärtungseffekt mit zweiter Ordnung (das heißt quadratisch) mit der Materialweglänge bzw. Materialbelegungsdichte verhält. Betrachtet man also beispielsweise eine Projektion p(X), im vorliegenden Beispiel nur durch ein einziges Material mit der Materialbelegungsdichte X, so lasst sich schreiben: p(X) = μX – 1 / 2V[μ]X² + (O³) Furthermore, it can be shown that the second-order (ie square) hardening effect is related to the material path length or material occupation density. If, for example, one considers a projection p (X), in the present example only by a single material with the material occupation density X, then one can write: p (X) = μ X - 1 / 2V [μ] X ² + (O ³ )

Dabei bezeichnet μ den Schwächungskoeffizienten, wobei die Abkürzungen: μ = <μ> V[μ] = <μ²> – μ ² verwendet wurden. < > bezeichnet den gewichteten Mittelwert über das Spektrum, μ ist also der Mittelwert des Schwächungskoeffizienten, V[μ] entspricht dessen Varianz. (O³) symboli-siert Glieder dritter und höherer Ordnung, die vernachlässigbar klein sind. Der erste Term der Gleichung für p(X) beschreibt demnach die lineare Schwächung ohne Aufhärtungseffekte, der Rest den nicht linearen Aufhärtungseffekt, so dass sich für den Aufhärtungseffekt δp(X) in diesem einfachen Fall einer Schwächungsklasse schreiben lässt: δp(X) = p(X) – μX = – 1 / 2V[μ]X² + (O³) (1) Where μ denotes the attenuation coefficient, the abbreviations: μ = <μ> V [μ] = <μ ² > - μ ² were used. <> denotes the weighted average over the spectrum, μ is therefore the mean of the attenuation coefficient, V [μ] corresponds to its variance. (O ³ ) symbolizes third- and higher-order members that are negligibly small. The first term of the equation for p (X) thus describes the linear attenuation without hardening effects, the remainder the non-linear hardening effect, so that for the hardening effect δp (X) can be written in this simple case of a weakening class: δp (X) = p (X) - μ X = - 1 / 2V [μ] X ² + (O ³ ) (1)

Daraus folgt aber unmittelbar, dass der über alle Projektionsrichtungen gemittelte Aufhärtungseffekt δp proportional zur Quadratsumme der Materialweglängen bzw. Materialbelegungsdichten X_n aller durch das betrachtete Bildelement verlaufenden N Strahlungswege über alle Projektionsrichtungen ist,

so dass eine sich ergebende effektive Materialweglänge bzw. Materialbelegungsdichte über die quadratische Mittelung über alle Strahlungswege wie folgt definiert werden kann:

However, it follows directly from this that the hardening effect δp averaged over all projection directions is proportional to the sum of the squares of the material path lengths or material occupation densities X _{n of} all the N radiation paths passing through the observed picture element over all projection directions,

such that a resulting effective material path density or material occupation density can be defined via the quadratic averaging over all radiation paths as follows:

Damit ist aber die eingangs gestellte Frage, ob und wie eine effektive Materialweglänge bzw. eine effektive Materialbelegungsdichte definiert werden kann, beantwortet. Auch für ein Modell mit mehreren Schwächungsklassen ist die Aufhärtung ein quadratischer Effekt, so dass eine quadratische Mittelung der Weglängen bzw. Materialbelegungsdichten über alle Projektionsrichtungen angemessen ist. Es hat sich gezeigt, dass gemischte Glieder bei den in der Praxis vorkommenden Rekonstruktionsaufgaben nur einen sehr geringen Einfluss haben und daher vernachlässigt werden können.But this is the question posed at the outset, if and how an effective material path length or an effective material occupation density can be defined, answered. Even for a model with several attenuation classes, the hardening is a quadratic effect, so that a quadratic averaging of the path lengths or material occupation densities over all projection directions is appropriate. It has been shown that mixed limbs have only a very small influence on the reconstruction tasks occurring in practice and can therefore be neglected.

Mit diesem Hintergrundwissen sei nun konkreter auf das erfindungsgemäße Korrekturverfahren eingegangen. Wie bereits erwähnt, wird von einem Rekonstruktionsdatensatz ausgegangen, der beispielsweise durch ein Rückprojektionsverfahren ermittelt werden kann, insbesondere durch das Standardverfahren der gefilterten Rückprojektion. Erstes Ziel, um eine effektive Materialweglänge bzw. Materialbelegungsdichte zu ermitteln, ist es demnach, entlang jedes zur Rekonstruktion beitragenden Strahlungsweges die Anteile jeder Schwächungsklasse zu kennen. Als geeignete Schwächungsklassen haben sich im Übrigen insbesondere Knochen und Weichteile, bei Verwendung eines Jod-Kontrastmittels zusätzlich auch noch Jod erwiesen, so dass als Schwächungsklassen eine Knochenklasse und/oder eine Weichteilklasse und/oder eine Jodklasse konkret in Frage kommen, wobei selbstverständlich auch zusätzliche oder andere Schwächungsklassen denkbar sind, insbesondere auch eine feinere Aufteilung der genannten Klassen. Dabei wird vorliegend angenommen, dass jeder Schwächungsklasse ein konstanter Massenschwächungskoeffizient zugeordnet werden kann. Es wird nun also vorgeschlagen, zunächst den Rekonstruktionsdatensatz des Objekts nach den durch die Schwächungsklassen beschriebenen Materialien zu segmentieren. Segmentierungsverfahren sind im Stand der Technik weithin bekannt und bedürfen hier keiner näheren Ausführung. Beispielsweise kann also das Objekt nach Knochenanteilen und nach Weichteilanteilen segmentiert werden. Das Ergebnis sind Segmentierungsinformationen, die angeben, welche Bildelemente der Weichteilklasse und welche Bildelemente der Knochenklasse zugeordnet werden sollen.With this background knowledge, the correction method according to the invention will now be discussed more concretely. As already mentioned, it is assumed that a reconstruction data record can be determined, for example, by a backprojection method, in particular by the standard method of filtered backprojection. The first aim, in order to determine an effective material path length or material occupation density, is therefore to know the components of each attenuation class along each radiation path contributing to the reconstruction. By the way, in particular bones and soft tissues, in addition to iodine, have also proven to be suitable weakening classes, so that a bone class and / or a soft tissue class and / or an iodine class are concretely considered as weakening classes, whereby, of course, additional or other attenuation classes are conceivable, in particular a finer distribution of the classes mentioned. It is assumed in the present case that each attenuation class can be assigned a constant mass attenuation coefficient. It is now proposed to first segment the reconstruction data set of the object according to the materials described by the attenuation classes. Segmentation methods are well known in the art and require no further elaboration here. For example, therefore, the object can be segmented by bone fractions and soft tissue fractions. The result is segmentation information indicating which image elements of the soft tissue class and which image elements should be associated with the bone class.

Im nachfolgenden Schritt soll eine Reprojektion der zu den Bildelementen bei der Rekonstruktion beitragenden Strahlungswege erfolgen. Es werden also die Strahlungswege und ihr Verlauf durch den Rekonstruktionsdatensatz ermittelt, wobei, wenn der Rekonstruktionsdatensatz auf einer Rückprojektion basiert, im Rahmen der Rückprojektion vorgenommene Geometrieberechnungen zur Ermittlung der Strahlungswege berücksichtigt werden können. Anhand des bekannten Verlaufs der Strahlungswege und der Segmentierungsinformation ist es nun folglich möglich, eine Materialweglänge und/oder Materialbelegungsdichte für jede Schwächungsklasse und für jeden Strahlungsweg zu ermitteln.In the following step, a reprojection of the radiation paths contributing to the picture elements in the reconstruction is to take place. Thus, the radiation paths and their course are determined by the reconstruction data set, whereby, if the reconstruction data set is based on a back projection, geometry calculations made in the context of the backprojection can be taken into account for determining the radiation paths. Based on the known course of the radiation paths and the segmentation information, it is now possible to determine a material path length and / or material occupation density for each attenuation class and for each radiation path.

Dann steht jedoch der Ermittlung einer effektiven Materialweglänge und/oder Materialbelegungsdichte für die jeweilige Schwächungsklasse gemäß der oben motivierten quadratischen Mittelung über alle durch das Bildelement verlaufenden Strahlungswege nichts mehr im Wege. Dementsprechend erfolgt im nächsten Schritt die genannte Ermittlung der effektiven Größen.Then, however, the determination of an effective material path length and / or material occupation density for the respective attenuation class in accordance with the above-motivated square averaging over all radiation paths passing through the picture element is no longer an obstacle. Accordingly, in the next step, the mentioned determination of the effective quantities takes place.

Die effektiven Materialweglängen oder Materialbelegungsdichten für die jeweilige Schwächungsklasse sind folglich zu behandeln wie für einen Strahl wirksame Größen. Aus der Theorie ist nun sowohl bekannt, wie ein monochromatischer CT-Projektionswert g₀ für eine festgewählte Referenzenergie E₀ ermittelt werden kann, da hier einfach der lineare Zusammenhang angesetzt wird. In einem Beispiel für zwei Schwächungsklassen, wobei hier nicht beschränkend W für Weichteile und K für Knochen steht, ergibt sich: g₀(X_W, X_K, E₀) = X_Wμ_W(E₀) + X_Kμ_K(E₀), wobei E₀ eine Referenzenergie bezeichnet. Daneben lässt sich der logarithmierte gemessene polychromatische CT-Projektionswert, der dann selbstverständlich von der Energieverteilung abhängig ist, in der Theorie durch g(X_W, X_K) = –ln(∫exp(–X_Wμ_W(E) – X_Kμ_K(E))S(E)dE) ermitteln, wobei S(E) das die Energieverteilung beschreibende normierte (das heißt mit Integral 1) effektive Photonenansprechspektrum bezeichnet, welches multiplikativ das Emissionsspektrum der Röntgenröhre bei der vorgegebenen Spannung, die Transmission von Strahlungsfiltern und die energieabhängige Empfindlichkeit des Detektors umfasst. Ein Korrekturfaktor, der dann selbstverständlich auch abhängig von den Materialweglängen bzw. Materialbelegungsdichten X ist, kann dann, weiterhin im Beispiel zweier Schwachungsklassen, als C(X_W, X_k) = g₀(X_W, X_K, E₀)/g(X_W, X_K) bestimmt werden, wobei C den – in diesem Fall multiplikativ anzubringenden – Korrekturfaktor bezeichnet. Es sei bereits an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich jede multiplikative Korrektur leicht in eine additive Korrektur und umgekehrt umgerechnet werden kann. Ersichtlich ist es zwar theoretisch möglich, die Korrekturfaktoren C während der Auswertung erst zu bestimmen, was jedoch einen extremen Rechenaufwand und somit eine extrem höhere Zeitdauer der Rekonstruktion mit sich bringen würde. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die energieverteilungsspezifischen Korrekturfaktoren C zuvor zu ermitteln und als Tabellenwerte in einer Korrekturtabelle abzulegen, das heißt, die Korrekturfaktoren C für voraussichtlich benötigte, insbesondere äquidistante Werte der Materialweglängen oder Materialbelegungsdichten zu ermitteln. Konkret kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Korrekturtabelle schrittweise für verschiedene diskrete Werte der Materialweglängen oder Materialbelegungsdichten CT-Projektionswerte bei der Energieverteilung und bei einer monochromatischen Messung ermittelt, insbesondere gemessen und/oder berechnet, werden, wobei der Quotient der Projektionswerte als Tabellenwert abhängig von den Materialweglängen oder den Materialbelegungsdichten gespeichert wird. Es ist also möglich, die Tabellenwerte bzw. Korrekturfaktoren durch eine theoretische Rechnung zu ermitteln, genauso gut ist es jedoch auch denkbar, Messungen durchzuführen, die unmittelbar die entsprechenden CT-Projektionswerte liefern. Auch eine Adaption berechneter Projektionswerte durch gemessene Projektionswerte ist denkbar.The effective material path lengths or material occupancy densities for the particular attenuation class should therefore be treated as effective for a beam. The theory is now well known as a monochromatic CT projection value can be determined for g ₀ is a fixed reference energy E _0, since simply the linear relationship is recognized. In an example of two weakening classes, where W is not limited to soft tissue and K to bone, the following results: g ₀ (X _W , X _K , E ₀ ) = X _W μ _W (E ₀ ) + X _K μ _K (E ₀ ), where E ₀ denotes a reference energy. In addition, the logarithmic measured polychromatic CT projection value, which then of course depends on the energy distribution, can be understood in theory g (X _W , X _K ) = -ln (∫exp (-X _W μ _W (E) -X _K μ _K (E)) S (E) dE) where S (E) is the normalized (ie, integral 1) effective photon response spectrum describing the energy distribution, which multiplicatively comprises the emission spectrum of the x-ray tube at the given voltage, the transmission of radiation filters, and the energy-dependent sensitivity of the detector. A correction factor, which then of course also depends on the material path lengths or material occupation densities X, can then, as in the example of two weakening classes, continue as C (X _W , X _k ) = g ₀ (X _W , X _K , E ₀ ) / g (X _W , X _K ) where C is the multiplication factor to be applied in this case. It should be noted at this point that, of course, any multiplicative correction can be easily converted into an additive correction and vice versa. Obviously, it is theoretically possible to first determine the correction factors C during the evaluation, which, however, would entail an extreme amount of computation and thus an extremely longer duration of the reconstruction. Therefore, it is proposed according to the invention to determine the energy distribution-specific correction factors C beforehand and store them as table values in a correction table, that is to determine the correction factors C for presumably required, in particular equidistant, values of material path lengths or material occupation densities. Specifically, it can be provided that, for the determination of the correction table, CT projection values in the energy distribution and in a monochromatic measurement are determined step by step for various discrete values of the material path lengths or material occupation densities, in particular measured and / or calculated, the quotient of the projection values being dependent on the material path lengths or the material occupancy densities is stored. It is thus possible to determine the table values or correction factors by means of a theoretical calculation, but it is just as possible to carry out measurements which directly supply the corresponding CT projection values. An adaptation of calculated projection values by measured projection values is also conceivable.

Unter Berücksichtigung dieser energieverteilungsspezifischen Korrekturtabelle (im üblichen Fall also wohl CT-einrichtungsspezifischen Korrekturtabelle) kann nun für jedes Bildelement ein Korrekturwert bestimmt werden, woraufhin bildelementweise die Korrektur des Konstruktionsdatensatzes durch additive oder multiplikative Anwendung der Korrekturwerte auf die jeweilige Rekonstruktionsdaten aller Bildelemente erfolgen kann. Dabei kann zum einen natürlich vorgesehen sein, dass als Korrekturwert der jeweilige Tabellenwert verwendet wird, es ist jedoch auch denkbar, diverse verfahrensabhängige Modifikationen vorzunehmen, beispielsweise Interpolationen zwischen benachbarten Tabellenwerten, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird.Taking into account this energy distribution-specific correction table (in the usual case, CT-device-specific correction table), a correction value can now be determined for each picture element, whereupon the correction of the construction data record can be carried out pixelwise by additive or multiplicative application of the correction values to the respective reconstruction data of all picture elements. On the one hand, it may of course be provided that the respective table value is used as the correction value, but it is also conceivable to carry out various method-dependent modifications, for example interpolations between adjacent table values, which will be discussed in more detail below.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht folglich die Möglichkeit einer Aufhärtungskorrektur allein auf dem rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatz, ohne dass auf die Projektionsdaten zurückgegriffen werden muss. Zudem wird ein am tatsächlichen Objekt orientierter, folglich nicht – wie beispielsweise im Fall der Wasserkorrektur des Standes der Technik – ein pauschaler Ansatz verfolgt, der insgesamt eine deutliche qualitative Verbesserung des am Ende erhaltenen Bilddatensatzes des Objekts zur Folge hat. Schließlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch aufwandsarm durch führen.Consequently, the method according to the invention enables the possibility of a hardening correction alone on the reconstructed reconstruction data record, without having to resort to the projection data. In addition, an object-oriented, and therefore not - as in the case of the prior art water correction, for example - a generalized approach is pursued, which as a whole results in a significant qualitative improvement in the final image data set of the object. Finally, the method according to the invention can also be carried out with little effort.

Erfindungsgemäß lässt sich der Rechenaufwand durch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen noch weiter einschränken. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Segmentierung auf einem vergröberten Rekonstruktionsdatensatz erfolgt. Eine solche Vergröberung der Auflösung – wobei dann im Übrigen auch weniger Strahlungswege betrachtet werden müssen – da auch diesbezüglich die Auflösung vergröbert wird – ist ohne größere Qualitätseinbußen hinnehmbar, wenn man die Natur der Aufhärtung selber betrachtet. Sie bewirkt relativ schwache, wenn auch störend sichtbare, Veränderungen der rekonstruierten Dichteverteilung. Sie betrifft die Strahlungswege unabhängig voneinander und hat somit praktisch keinen Einfluss auf die Ortsauflösung. Daher ist die Aufhärtung nur als ein räumlich relativ niederfrequenter Störeffekt sichtbar und es ist gerechtfertigt, für die Aufhärtungskorrektur zu einem gröberen Bildelementraster überzugehen, wenn die Segmentierung durchgeführt wird, so dass Rechenzeit eingespart werden kann.According to the invention, the computational effort can be further limited by further advantageous embodiments. For example, it may be provided that the segmentation takes place on a coarsened reconstruction data record. Such a coarsening of the resolution - in which case, incidentally, fewer radiation paths must be considered - since the resolution is coarsened in this regard too - can be tolerated without any major loss of quality, if one considers the nature of the hardening itself. It causes relatively weak, albeit disturbingly visible, changes in the reconstructed density distribution. It affects the radiation paths independently of each other and thus has practically no influence on the spatial resolution. Therefore, the hardening is visible only as a spatially relatively low-frequency disturbing effect and it is justified to proceed to a coarser picture element grid for the hardening correction when the segmentation is performed, so that calculation time can be saved.

Weiterhin kann zweckmäßigerweise auch vorgesehen sein, dass die Aufhärtungskorrektur nur eingeschränkt auf einen interessierenden Bereich ermittelt und/oder angewandt wird. Dadurch, dass ja bereits ein Rekonstruktionsdatensatz vorliegt, sind interessierende Bereiche lokalisierbar, so dass die Betrachtung auch auf diese Bereiche reduziert werden kann – der Rechenaufwand wird somit weiter reduziert.Furthermore, it can also be expediently provided that the hardening correction is determined and / or applied only to a limited extent to a region of interest. By that already one Reconstructive data set is present, areas of interest can be localized, so that the consideration can be reduced to these areas - the computational effort is thus further reduced.

Bezüglich des Segmentierungsschritts ist noch anzumerken, dass die Segmentierung zweckmäßigerweise anhand von Grauwertschwellwerten erfolgen kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zur Segmentierung von einer Weichteilklasse und einer Knochenklasse ein Grauwertschwellwert vorgegeben wird, wobei jedes Bildelement des Objekts mit diesem verglichen wird. Unterschreitet der Grauwert dieses Bildelements den Grauwertschwellwert, so wird das Bildelement als Weichteilgewebe identifiziert, überschreitet er den Grauwertschwellwert, so wird das Bildelement als Knochen identifiziert.With regard to the segmentation step, it should also be noted that the segmentation may usefully be based on gray value threshold values. For example, it can be provided that a gray value threshold value is specified for the segmentation of a soft tissue class and a bone class, wherein each pixel of the object is compared with the latter. If the gray value of this picture element falls below the gray value threshold value, then the picture element is identified as soft tissue, if it exceeds the gray value threshold, the picture element is identified as bone.

Wie bereits erwähnt, können Fälle auftreten, in denen es sinnvoll ist, nicht unmittelbar den Tabellenwert aus der Korrekturtabelle als Korrekturwert zu verwenden, sondern diesen erst zu modifizieren. Ein Beispiel hierfür ist die gefilterte Rückprojektion. Wie allgemein bekannt ist, stellt eine Rückprojektion alleine noch nicht die zu rekonstruierende Dichteverteilung des Objekts dar, sondern eine durch Faltung (Konvolution) mit dem zweidimensionalen Faltungskern 1/r verschmierte Dichteverteilung, wobei r den Abstand zwischen Bildelementen im Bild beschreibt (für weitere Hintergrundinformationen sei auf das Standardwerk von Th. Buzug, „Einführung in die Computer-Tomographie”, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 2004, verwiesen). Die Faltung mit 1/r ist äquivalent zur zweidimensionalen Ortsfrequenzfilterung mit der zweidimensionalen Filterfunktion 1/ρ, wobei ρ den Betrag der zweidimensionalen Ortsfrequenz bezeichnet. Dieser auftretende Verschmierungseffekt wird bei der gefilterten Rückprojektion durch den vor der Rückprojektion durchzuführenden Filterschritt berücksichtigt.As already mentioned, cases may arise in which it makes sense not to use the table value from the correction table directly as a correction value, but to modify it first. An example of this is the filtered rear projection. As is generally known, a back projection alone does not represent the density distribution of the object to be reconstructed, but a density distribution smeared by convolution with the two-dimensional convolution kernel 1 / r, where r describes the spacing between pixels in the image (for further background information referred to the standard work of Th. Buzug, "Introduction to Computer Tomography", Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 2004). The convolution with 1 / r is equivalent to the two-dimensional spatial frequency filtering with the two-dimensional filter function 1 / ρ, where ρ denotes the magnitude of the two-dimensional spatial frequency. This occurring smearing effect is taken into account in the filtered rear projection by the filter step to be carried out before the backprojection.

Betrachtet man die Formel (3), so ist festzuhalten, dass offensichtlich die vorgenommene (quadratische) Mittelung für jedes Bildelement gerade auch der aus der CT-Theorie bekannten Rückprojektion entspricht. Die Ermittlung der effektiven Größen entspricht somit letztlich der Ermittlung einer Art „Belegungslandkarten”, die für jedes Bildelement angeben, wie groß die effektive Materialbelegungsdichte bzw. Materialweglänge ist. Im Beispiel einer Weichteilklasse und einer Knochenklasse erhält man durch die quadratische Mittlung als Ergebnis folglich zwei Bilder, von denen eines in jedem Bildelement die die Wurzel auf aufhärtungseffektiven Materialbelegungsdichte bzw. Materialweglänge für Weichteilgewebe (in der Regel wasseräquivalent) darstellt, das andere die für Knochen.Looking at the formula (3), it should be noted that obviously the (quadratic) averaging for each picture element corresponds exactly to the backprojection known from CT theory. The determination of the effective quantities thus ultimately corresponds to the determination of a type of "assignment maps" which indicate for each picture element how large the effective material occupation density or material path length is. Thus, in the example of a soft tissue class and a bone class, quadratic averaging results in two images, one in each pixel representing the root on hard tissue density (usually water equivalent), and the other bone tissue.

Die durch die Filterung in der gefilterten Rückprojektion durchgeführte Korrektur des Verschmierungseffekts bezieht sich jedoch letztendlich nicht auf die Aufhärtungseffekte, sondern geht von dem linearen, monochromatischen Zusammenhang aus. Festzuhalten bleibt also, dass bei CT-Rekonstruktionsalgorithmen mit einer direkten Rückprojektion ohne vorherige Filterung der Projektionsdaten des Rohdatensatzes die vorgeschlagene Vorgehensweise zur Aufhärtungskorrektur in jedem Fall korrekt ist, wenn anschließend eine zweidimensionale Frequenzfilterung zur Aufhebung der Verschmierung erfolgt. Bei der gefilterten Rückprojektion jedoch führt die vorgeschlagene Aufhärtungskorrektur zwar zu einer qualitativen Verbesserung, kann jedoch erfindungsgemäß durch effektiveres Vorgehen noch weiter optimiert werden.However, the correction of the smear effect performed by the filtering in the filtered backprojection ultimately does not relate to the hardening effects but is based on the linear, monochromatic relationship. It should be noted, therefore, that in CT reconstruction algorithms with direct backprojection without prior filtering of the projection data of the raw data set, the proposed procedure for hardening correction is correct in each case if subsequently a two-dimensional frequency filtering takes place to remove the smearing. In the filtered rear projection, however, the proposed hardening correction leads to a qualitative improvement, but according to the invention can be further optimized by more effective action.

Daher kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass der Korrekturwert für einen gefiltert rückprojizierten Rekonstruktionsdatensatz durch bildelementweisen Vergleich eines durch Anwendung des Tabellenwerts auf einen durch umgekehrte Filterung des, insbesondere vergröberten, Rekonstruktionsdatensatzes ermittelten entfalteten Datensatz und anschließender erneuter Filterung ermittelten Vergleichsdatensatzes mit dem, insbesondere vergröberten, Rekonstruktionsdatensatz ermittelt wird.Therefore, it can be provided in a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention that the correction value for a filtered backprojected reconstruction data set by pixel-by-element comparison of a determined by applying the table value to a by reverse filtering of, in particular coarsenced reconstruction data set unfolded record and subsequent re-filtering comparison data set with the, in particular coarsened, reconstruction data set is determined.

Vorgeschlagen wird demnach, eine Rückfilterung vorzunehmen, also sozusagen eine „Entfaltung” des Rekonstruktionsdatensatzes, dann das originale Bild korrekt über den Tabellenwert zu korrigieren, um danach wiederum eine Filterung vorzunehmen. Die Rückfilterung bzw. die erneute Filterung können dabei effizienter im Frequenzraum durchgeführt werden, wozu zunächst eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) erfolgt. Der tatsächliche Korrekturwert für ein Bildelement ergibt sich dann konsequenterweise durch eine Quotientenbildung bezüglich des korrigierten mit dem unkorrigierten Bild, wobei der Korrekturwert dann wiederum multiplikativ anzuwenden ist. Zweckmäßigerweise kann hier vorgesehen sein, dass die eben dargestellten Berechnungen auf einem vergröberten Rekonstruktionsdatensatz verringerter Auflösung durchgeführt werden, um den doch recht großen Rechenaufwand bedingt durch die zweidimensionalen Filterungen zu reduzieren. Nachdem ein Korrekturwert für jedes Bildelement des vergröberten Rekonstruktionsdatensatzes ermittelt wird, kann anschließend eine Expansion, das heißt Hochinterpolation, der Korrekturwerte auf das feinere Bildelementraster des nicht vergröberten Rekonstruktionsdatensatzes erfolgen. Aufgrund der räumlich niederfrequenten Natur der Aufhärtung ist dies möglich.It is therefore proposed to perform a back-filtering, that is to say an "unfolding" of the reconstruction data set, then to correct the original image correctly via the table value, in order then to carry out a filtering again. The back-filtering or the new filtering can be carried out more efficiently in the frequency domain, for which a fast Fourier transformation (FFT) first takes place. The actual correction value for a picture element then results logically by a quotient formation with respect to the corrected image with the uncorrected image, wherein the correction value is then again to be multiplicatively applied. Appropriately, it can be provided here that the calculations just presented are carried out on a coarsened reconstruction data record of reduced resolution, in order to reduce the rather large computational effort due to the two-dimensional filtering. After a correction value has been determined for each pixel of the coarsenced reconstruction data set, an expansion, that is to say high interpolation, of the correction values onto the finer pixel grid of the uncoated reconstruction data set can then ensue. Due to the spatial low-frequency nature of the hardening this is possible.

Um im Allgemeinen die Genauigkeit und Qualität der Korrektur weiter zu erhöhen, kann in zweckmäßiger Ausgestaltung vorgesehen sein, dass bei zwischen den Tabellenwerten zugeordneten Materialweglängen und Materialbelegungsdichten liegenden effektiven Materialweglängen oder Materialbelegungsdichten eine Interpolation der Tabellenwerte zur Ermittlung des Korrekturwertes erfolgt Auf diese Weise wird letztlich eine noch genauere Bestimmung des Korrekturwerts möglich. In order to generally further increase the accuracy and quality of the correction, it can be provided in an expedient embodiment that interpolation of the table values to determine the correction value takes place in the case of effective material path lengths or material occupation densities between the table values associated material path lengths and material occupation densities more accurate determination of the correction value possible.

Wie bereits erwähnt, entspricht die Ermittlung der effektiven Materialweglänge bzw. der effektiven Materialbelegungsdichte im Endeffekt einer Rückprojektion. Bei vielen standardisierten Rekonstruktionsverfahren ist es jedoch bekannt, zu Beginn der Rekonstruktion eine Wichtung vorzunehmen. Beispielsweise wird, wenn mehr als einen Bereich von 180° aber weniger als 360° abdeckende Strahlungswege vorliegen, eine Parker-Gewichtung verwendet, um Redundanzen auszugleichen. Ähnliche Wichtungen sind beispielsweise bekannt, wenn Projektionen bezüglich des Winkels nicht äquidistant aufgenommen werden. Aufgrund des Rückprojektionscharakters der Ermittlung der effektiven Materialweglänge oder Materialbelegungsdichte ist es zweckmäßig, auch bezüglich der Ermittlung der effektiven Materialweglänge oder Materialbelegungsdichte die zu Beginn der Rekonstruktion vorgenommene Gewichtung anzuwenden.As already mentioned, the determination of the effective material path length or the effective material occupation density corresponds in the end to a backprojection. In many standardized reconstruction methods, however, it is known to weight at the beginning of the reconstruction. For example, if there are more than 180 ° of coverage but less than 360 ° coverage of radiation paths, a Parker weighting is used to compensate for redundancy. Similar weights are known, for example, when projections relating to the angle are not taken equidistantly. Due to the rear projection character of the determination of the effective material path length or material occupation density, it is expedient to apply the weighting made at the beginning of the reconstruction also with regard to the determination of the effective material path length or material occupation density.

Wie bereits einleitend dargelegt, ist bei vielen bekannten Verfahren eine pauschale Wasseraufhärtungskorrektur (oft auch nur Wasserkorrektur genannt) zu Beginn der Rekonstruktion üblich. Erfindungsgemäß muss diese Wasserkorrektur nicht unbedingt gestrichen werden, sondern es kann bei Verwendung von der Weichteilklasse (wasseräquivalent) und wenigstens einer weiteren Schwächungsklasse vorgesehen sein, dass bei Anwendung einer pauschalen Wasserkorrektur zu Beginn der Rekonstruktion als die Wasserkorrektur berücksichtigender Korrekturwert der Quotient eines mit Hilfe der Tabelle ermittelten ersten Wertes für die ermittelten effektiven Materialweglängen oder Materialbelegungsdichten und eines mit Hilfe der Tabelle ermittelten zweiten Wertes für die Summe der effektiven Materialweglängen oder Materialbelegungsdichten als Weichteilmaterialweglänge oder Weichteilmaterialbelegungsdichte, wobei die wenigstens eine Nichtweichteilmaterialweglänge oder Nichtweichteilmaterialbelegungsdichte auf Null gesetzt wird, ermittelt wird. Auf diese Weise wird die bereits erfolgte pauschale Wasserkorrektur korrekt berücksichtigt und dennoch eine deutlichere Besserung erzielt.As already stated in the introduction, in many known processes a standard water-hardening correction (often also called only water correction) is customary at the beginning of the reconstruction. According to the invention, this water correction does not necessarily have to be canceled, but it can be provided using the soft tissue class (water equivalent) and at least one further attenuation class that when applying a flat water correction at the beginning of the reconstruction as the water correction corrective value of the quotient one with the help of the table and determining a first value for the determined effective material path lengths or material occupation densities and a second value determined by the table for the sum of the effective material path lengths or material population densities as soft tissue path length or soft tissue mass density, wherein the at least one non-soft-matter material pathway or non-soft-tissue material occupancy density is set to zero. In this way, the already implemented flat-rate water correction is correctly taken into account and nevertheless a clear improvement is achieved.

Das Rekonstruktionsbild, welches bekanntermaßen noch nicht aufhärtungskorrigiert ist, dient im erfindungsgemäßen Verfahren als Grundlage zur Ermittlung der Segmentierungsinformationen. Daher kann. es bei aufgrund von Aufhärtungseffekten abweichenden Grauwerten vorkommen, dass in geringem Maße Fehlsegmentierungen auftreten können. Daher kann in weiterer Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine iterative Vorgehensweise vorteilhaft angewandt werden. So kann vorgesehen sein, dass aus dem aufhärtungskorrigierten Rekonstruktionsbild erneut Korrekturwerte ermittelt werden, die auf das nicht aufhärtungskorrigierte Rekonstruktionsbild angewandt werden. Wie oben bereits dargelegt, liefert das erfindungsgemäße Verfahren bereits bei einmaliger Anwendung qualitativ verbesserte Bilder, aus denen dann auch eine verbesserte Segmentierung möglich ist. Dementsprechend kann eine solche wiederholte Segmentierung und Ermittlung der effektiven Größen sowie der Korrekturwerte zu einer Verbesserung führen. Insbesondere kann die erneute Ermittlung mehrmals iterativ erfolgen. Das bedeutet, die Aufhärtungskorrektur wird solange iterativ verbessert, bis die gewünschte Bildqualität erreicht ist.The reconstruction image, which is known not yet to be hardened, serves as the basis for determining the segmentation information in the method according to the invention. Therefore, can. in the case of gray values deviating due to hardening effects, it is possible that slight segmentation can occur to a slight extent. Therefore, in a further development of the method according to the invention, an iterative procedure can be advantageously used. Thus, it can be provided that again correction values are determined from the hardening-corrected reconstruction image, which correction values are applied to the non-hardening-corrected reconstruction image. As already explained above, the method according to the invention provides qualitatively improved images even with a single application, from which an improved segmentation is then also possible. Accordingly, such repeated segmentation and determination of the effective magnitudes and the correction values may lead to an improvement. In particular, the re-determination can be carried out several times iteratively. This means that the hardening correction is iteratively improved until the desired image quality is achieved.

Abschließend sei noch angemerkt, dass die meisten hier genannten Zusammenhänge sich konkret auf die Parallelstrahlgeometrie beziehen. Die Projektionsdaten der Fächerstrahlgeometrie lassen sich durch sogenanntes Rebinning auf Parallelstrahldaten umsortieren. Bei einer Conebeam-Rekonstruktion ist eine direkte Verallgemeinerung des zweidimensionalen Fächerstrahlalgorithmus auf dreidimensionale Conebeam-Daten möglich (Feldkamp-Algorithmus). Die bezüglich der Fächerstrahlgeometrie geführte Argumentation lässt sich daher auf die Conebeam-Geometrie übertragen, wobei vor allem wichtig ist, dass die bei der Conebeam-Geometrie in axialer Richtung schräg (divergent) durch das Objekt verlaufenden Strahlungswege bei der Reprojektion und Rückprojektion zur Gewinnung der effektiven Materialweglänge bzw. Materialbelegungsdichte verwendet werden, unabhängig von einer eventuellen Umsortierung.Finally, it should be noted that most of the contexts mentioned here relate specifically to the parallel beam geometry. The projection data of the fan beam geometry can be resorted to parallel beam data by so-called rebinning. In a conebeam reconstruction, a direct generalization of the two-dimensional fan-beam algorithm to three-dimensional conebeam data is possible (Feldkamp algorithm). The reasoning with respect to the fan-beam geometry can therefore be transferred to the Conebeam geometry, whereby it is particularly important that in the Conebeam geometry in the axial direction oblique (divergent) extending through the object radiation paths in the Reprojection and backprojection to obtain the effective Material path length or material occupation density can be used, regardless of a possible resorting.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments illustrated below and with reference to the drawings. Showing:

1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a flow chart of the method according to the invention,

2 ein Phantom zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung, 2 a phantom for explaining the present invention,

3 Einzelrückprojektionsbilder der negativen quadratischen Knochenweglängen für verschiedene Projektionswinkel, 3 Single back projection images of the negative square bone path lengths for different projection angles,

4 ein Rückprojektionsbild der negativen quadratischen Knochenweglängen über alle Projektionsrichtungen, und 4 a back projection image of the negative square bone path lengths over all projection directions, and

5 Profilschnitte durch das Rückprojektionsbild in 4. 5 Profile cuts through the rear projection image in 4 ,

1 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses dient grundsätzlich zum Durchführen einer Aufhärtungskorrektur auf einem bereits rekonstruierten Rekonstruktionsdatensatz 1. Vorliegend wird ein dreidimensionaler Rekonstruktionsdatensatz betrachtet, der aus einer Vielzahl von Voxeln als Bildelemente besteht. Ziel ist es nun zunächst, für jedes dieser Voxel eine effektive Materialbelegungsdichte zu ermitteln. Dabei wird sowohl für die Weichteilklasse als auch für die Knochenklasse von einem konstanten Massenschwächungskoeffizienten ausgegangen, so dass letztlich eine Materialweglänge relevant ist, die angibt, welche Strecke durch welche Schwächungsklasse, also Weichteile oder Knochen, zurückgelegt wird. 1 shows a flowchart of the method according to the invention. This basically serves to perform a hardening correction on an already reconstructed reconstruction data set 1 , In the present case, a three-dimensional reconstruction data set consisting of a multiplicity of voxels as picture elements is considered. The goal now is to determine an effective material density for each of these voxels. In this case, a constant mass attenuation coefficient is assumed both for the soft tissue class and for the bone class, so that ultimately a material path length is relevant, which specifies which path is covered by which weakening class, ie soft tissue or bone.

Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden konkret erläutert werden an einem einfachen Beispielphantom, wie es in der 2 dargestellt ist. In einem würfelförmigen Weichteilblock 2 sind zentral zwei Knochenelemente 3 angeordnet.The present invention will be explained in more detail below with reference to a simple example phantom as shown in the 2 is shown. In a cube-shaped soft-tissue block 2 are central two bone elements 3 arranged.

Um die effektive Materialbelegungsdichte zu ermitteln, wird nun zunächst der Rekonstruktionsdatensatz 1 in Weichteilbereiche und Knochenbereiche segmentiert, Schritt 4. Dies geschieht vorliegend anhand zweier Schwellwerte. Ein Schwellwert soll das Objekt vom Hintergrundrauschen trennen, ein zweiter Schwellwert Weichteilgewebe vom Knochen. Liegt also der Grauwert unterhalb des ersten Schwellwerts, befindet sich das Voxel außerhalb des Objekts. Liegt der Grauwert zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert, wird das Voxel der Weichteilklasse zugeordnet. Liegt der Grauwert oberhalb des zweiten Schwellwerts, wird er der Knochenklasse zugeordnet. Diese Zuordnung wird als Segmentierungsinformationen gespeichert. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass, da es sich bei dem Aufhärtungseffekt um einen räumlich niederfrequenten Effekt handelt, es auch möglich ist, um Aufwand zu sparen, eine vergröberte Version des Rekonstruktionsdatensatzes 1 zu verwenden.In order to determine the effective material occupation density, the reconstruction data set is now first 1 segmented into soft tissue areas and bone areas, step 4 , In the present case, this is done using two threshold values. One threshold is to separate the object from the background noise, a second threshold soft tissue from the bone. If the gray value is below the first threshold, the voxel is outside the object. If the gray value lies between the first and the second threshold value, the voxel is assigned to the soft tissue class. If the gray value is above the second threshold, it is assigned to the bone class. This assignment is stored as segmentation information. It should be noted at this point that, since the hardening effect is a spatially low frequency effect, it is also possible to save effort, a coarsened version of the reconstruction data set 1 to use.

In einem Schritt 5 erfolgt dann die Reprojektion. Es werden also die Strahlungswege der verschiedenen Projektionen dahingehend neu berechnet, dass für jedes Voxel des in diesem Falle gefiltert rückprojizierten Rekonstruktionsdatensatzes 1 bekannt ist, durch welche anderen Voxel die durch dieses Voxel führenden Strahlungswege noch hindurchtreten. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass, wenn in Schritt 4 bereits auf einem vergröberten Rekonstruktionsdatensatz 1 gearbeitet wurde, in Schritt 5 auch weniger Reprojektionsstrahlungswege bestimmt werden müssen. Zudem sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der gefilterten Rückprojektion vorgenommene Geometrieberechnungen hier vorteilhaft weiterverwertet werden können.In one step 5 then the reprojection takes place. Thus, the radiation paths of the various projections are recalculated to the effect that for each voxel of the reconstruction data set filtered back in this case 1 It is known through which other voxels the radiation paths leading through this voxel still pass. It should be noted at this point that when in step 4 already on a coarsened reconstruction data set 1 worked in step 5 also fewer reprojection radiation paths must be determined. In addition, it should be pointed out that geometry calculations carried out in the context of the filtered backprojection can advantageously be reused here.

Für jedes Voxel ist nun also bekannt, welche Voxel durch es durchtretende Strahlungswege noch durchqueren. Für alle Voxel ist nun wiederum bekannt, welcher Schwächungsklasse sie zugeordnet sind. Das bedeutet, dass für jeden Strahlungsweg in Schritt 5 zunächst für jede Schwächungsklasse eine Materialweglänge und daraus eine Materialbelegungsdichte bestimmt werden kann.For each voxel, it is now known which voxels traverse radiation paths through it. In turn, it is known to all voxels which attenuation class they are assigned to. This means that for each radiation path in step 5 First, a Materialweglänge and from this a material occupancy density can be determined for each weakening class.

Ebenso in Schritt 5 soll nun für jedes Voxel eine effektive Materialbelegungsdichte für die beiden Schwächungsklassen ermittelt werden. Dazu ist eine quadratische Mittelung der Materialbelegungsdichten gemäß Formel (3) vorgesehen, die im Wesentlichen einer Rückprojektion entspricht. So erhält man schließlich in Schritt 5 für jedes Voxel eine effektive Weichteilmaterialbelegungsdichte und eine effektive Knochenmaterialbelegungsdichte, also zwei Parameter, die im Folgenden zur Bestimmung eines Korrekturwerts beitragen.Likewise in step 5 Now, for each voxel, an effective material occupation density for the two attenuation classes should be determined. For this purpose, a quadratic averaging of the material occupation densities according to formula (3) is provided, which essentially corresponds to a back projection. So you finally get in step 5 for each voxel, an effective soft tissue material occupancy density and an effective bone mass occupation density, that is, two parameters, which in the following contribute to the determination of a correction value.

Um eine Vorstellung von diesen Parametern erhalten zu können, wird auf die 3 und 4 verwiesen. 3 zeigt für verschiedene Projektionswinkel von 0 bis 180° in Schritten von 6° die negativen quadratischen Knochenmaterialweglängen, wie sie für die Voxel lediglich anhand des unter diesem Projektionswinkel durch sie hindurchgehenden Strahlungswegs ermittelt wurden. Ersichtlich durchqueren in der Horizontalen die Strahlen jeweils vollständig das Knochenmaterial 3. Je größer nun der Projektionswinkel, bis hin zu 90°, desto eher ist es möglich, dass Strahlen zwischen den beiden Knochen 3 verlaufen, so dass sich schließlich jeweils zwei Bereiche mit einer endlichen Knochenmaterialweglänge herausbilden, bei denen jeweils nur ein Knochen durchlaufen wird. Das umgekehrte Verhalten ist bei ab 90° wieder zunehmenden Winkeln zu beobachten.To get an idea of these parameters is on the 3 and 4 directed. 3 shows for different projection angles from 0 to 180 ° in steps of 6 ° the negative square bone material path lengths, as they were determined for the voxels only on the basis of this angle of projection passing through them radiation path. Obviously, in the horizontal, the rays completely pass through the bone material 3 , The larger the projection angle, up to 90 °, the more likely it is that the rays between the two bones 3 run so that eventually each two areas with a finite Knochenmaterialweglänge form, in each of which only a bone is traversed. The reverse behavior can be observed at angles that increase again from 90 °.

4 zeigt nun die quadratische Mittelung über die in 3 gezeigten Bilder. Dort ist demnach für jedes Bildelement die effektive Knochenmaterialweglänge als Grauwert aufgetragen worden. Der erhaltene Datensatz, der für jedes Voxel eine effektive Knochenmaterialbelegungsdichte enthält, kann dementsprechend als eine Art Knochenbelegungskarte angesehen werden, analog wurde in Schritt 5 eine Weichteilbelegungskarte ermittelt. Die in 4 erkennbaren Strukturen entsprechen im Wesentlichen denen, die auch die eingangs erläuterten Knochenartefakte aufgrund des Aufhärtungseffekts aufzeigen. Dies deutet bereits darauf hin, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufhärtungskorrektur diese Artefakte beseitigen kann. 4 now shows the quadratic averaging over the in 3 shown pictures. There, therefore, the effective bone material path length has been plotted as gray value for each picture element. The obtained data set, which contains an effective bone mass occupation density for each voxel, can accordingly be regarded as a type of bone-loading map, analogous to step S10 5 a soft tissue mapping card detected. In the 4 Identifiable structures essentially correspond to those which also show the bone artifacts explained at the beginning due to the hardening effect. This already indicates that the hardening correction proposed according to the invention can eliminate these artifacts.

Zur weiteren Verdeutlichung zeigt 5 einen Graphen, der Profilschnitte durch 3 darstellt. Während auf der x-Achse der Pixelindex aufgetragen ist, ist auf der y-Achse die mittlere quadrierte Materialweglänge, also die effektive Materialweglänge, aufgetragen. Der gestrichelt dargestellte Verlauf entspricht der mittleren Spalte, der durchgezogen dargestellte Verlauf der mittleren Zeile.For further clarification shows 5 a graph, the profile sections through 3 represents. While the pixel index is plotted on the x axis, the average squared material path length, ie the effective material path length, is plotted on the y axis. The course shown in dashed lines corresponds to the middle column, the solid line shown in the middle line.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass, falls beispielsweise aufgrund einer nicht idealen Kreisbahnabtastung zur Ermittlung des Rekonstruktionsdatensatzes bereits die Projektionsdaten gewichtet wurden, beispielsweise durch eine Parker-Gewichtung, die entsprechende Gewichtung auch für die Rückprojektion im Rahmen der Ermittlung der effektiven Materialbelegungsdichte berücksichtigt werden kann.It should be noted at this point that if, for example, due to a non-ideal orbit scan for determining the reconstruction data set, the projection data has been weighted, for example by a Parker weighting, the corresponding weighting can also be considered for the rear projection in the context of determining the effective material occupancy density ,

Um aus den effektiven Materialbelegungsdichten nun einen Korrekturwert ermitteln zu können, ist erfindungsgemäß eine Korrekturtabelle 6 vorgesehen, die in einen vorab nur einmal für eine bestimmte Energieverteilung der Röntgenstrahlung, also letztlich eine bestimmte Röntgeneinrichtung, durchgeführten Schritt 7 ermittelt wird. Das bedeutet, die Korrekturtabelle 6 kann für gleiche Energieverteilungen immer wieder verwertet werden, sie ist energieverteilungsspezifisch.In order to be able to determine a correction value from the effective material occupation densities, according to the invention a correction table is provided 6 provided in a previously only once for a specific energy distribution of the X-ray, so ultimately a particular X-ray device, performed step 7 is determined. That means the correction table 6 can be used again and again for the same energy distribution, it is energy distribution specific.

In dem bereits vorab durchgeführten Schritt 7 ist nun vorgesehen, dass schrittweise für verschiedene diskrete Werte der Materialbelegungsdichte CT-Projektionswerte bei der Energieverteilung, also bei polychromatischer Röntgenstrahlung, und bei einer monochromatischen Messung ermittelt werden. Dies kann durch Berechnung und/oder Messung geschehen. Der Quotient der CT-Projektionswerte wird dann als Tabellenwert abhängig von den Materialbelegungsdichten jeweils gespeichert. Der Inhalt der Korrekturtabelle 6 sind also Paaren von Weichteilmaterialbelegungsdichte und Knochenmaterialbelegungsdichte zugeordnete Tabellenwerte.In the step already carried out in advance 7 It is now provided that, for different discrete values of the material occupation density, CT projection values in the energy distribution, ie in polychromatic X-radiation, and in a monochromatic measurement are determined step by step. This can be done by calculation and / or measurement. The quotient of the CT projection values is then stored as a table value depending on the material occupation densities. The content of the correction table 6 Thus, pairs of soft tissue material occupancy density and bone mass occupation density are associated table values.

Die Bedeutung der Tabellenwerte ist relativ leicht ersichtlich. Wird eine Rückprojektion nur aufgrund der ungefilterten. Projektionsdaten vorgenommen, so liefert der Tabellenwert als Korrekturfaktor mit dem Grauwert an den verschiedenen Voxeln des Rekonstruktionsdatensatzes multipliziert bereits den hervorragend aufhärtungskorrigierten Rekonstruktionsdatensatz. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rekonstruktionsdatensatz 1 jedoch aufgrund einer gefilterten Rückprojektion ermittelt worden. Dies wird in Schritt 8 zur Ermittlung des Korrekturwerts berücksichtigt.The meaning of the table values is relatively easy to see. Will a backprojection only due to the unfiltered. Projection data made, the table value as a correction factor with the gray value multiplied at the various voxels of the reconstruction data set already supplies the excellent hardening corrected reconstruction data set. In the present embodiment, the reconstruction data set is 1 however, due to a filtered backprojection. This will be in step 8th considered to determine the correction value.

In diesem Schritt 8 wird zunächst eine erneute oder gar weitere Vergröberung (Dezimation) des Rekonstruktionsdatensatzes 1 vorgenommen; es kann jedoch auch, wenn bereits für die Schritte 4 und 5 eine Vergröberung erfolgte, diese beibehalten werden. Die Vergröberung ist auch hier deswegen möglich, da die Aufhärtungseffekte räumlich niederfrequente Effekte sind. Dieser gegebenenfalls vergröberte Rekonstruktionsdatensatz 1 wird als erstes Bild gespeichert. Dann wird er im Frequenzraum, also nach einer schnellen Fourier-Transformation (FFT), zurückgefiltert, sozusagen also „entfaltet”, wenn man die Filterung bei der gefilterten Rückprojektion als Faltung bezeichnet. Es wird ein rückgefilterter Rekonstruktionsdatensatz erhalten, der nun voxelweise mit dem entsprechenden, aus der Korrekturtabelle 6 entnommenen Tabellenwert für die für das Voxel ermittelte Weichteilmaterialbelegungsdichte und Knochenmaterialbelegungsdichte als Korrekturfaktor multipliziert wird. Der so erhaltene Datensatz wird dann – wieder im Frequenzraum, also nach Anwendung einer schnellen Fourier-Transformation, wiederum gefiltert. Das Ergebnis ist ein zweites Bild. Sodann wird voxelweise der Quotient aus dem Grauwert des zweiten Bildes und des ersten Bildes gebildet. Für die gegebenenfalls vergröberten Voxel ist dies der Korrekturwert. Wurde eine Vergröberung des Rekonstruktionsdatensatzes 1 zur Ermittlung dieses Korrekturwerts vorgenommen, erfolgt nun eine Interpolation des ermittelten Korrekturwerts auf die ursprüngliche Auflösung des Rekonstruktionsdatensatzes. Auf diese Weise wird für jedes Voxel in der eigentlichen Auflösung des Rekonstruktionsdatensatzes 1 in Schritt 8 ein Korrekturwert erhalten.In this step 8th First, a renewed or even further coarsening (decimation) of the reconstruction data set 1 performed; It may, however, if already for the steps 4 and 5 a coarsening took place, these are maintained. The coarsening is also possible here because the hardening effects are spatially low-frequency effects. This possibly coarsened reconstruction data set 1 is saved as the first image. Then it is filtered back in the frequency domain, ie after a fast Fourier transformation (FFT), so to speak "unfolded" if the filtering in the filtered back projection is called folding. A backfilled reconstruction data set is obtained, which is now voxelwise with the corresponding one from the correction table 6 multiplied by the voxel-determined soft tissue mass density and bone mass occupancy density taken as the correction factor. The data set thus obtained is then again filtered in frequency space, that is to say after the application of a fast Fourier transformation. The result is a second picture. Then, the quotient of the gray value of the second image and the first image is formed voxelweise. For possibly coarsened voxels this is the correction value. Became a coarsening of the reconstruction data set 1 to determine this correction value, an interpolation of the determined correction value to the original resolution of the reconstruction data set now takes place. In this way, for each voxel in the actual resolution of the reconstruction data set 1 in step 8th receive a correction value.

Dieser Korrekturwert wird nun multiplikativ jeweils auf das entsprechende Voxel des Rekonstruktionsdatensatzes 1 angewandt, so dass ein aufhärtungskorrigierter Rekonstruktionsdatensatz 9 erhalten wird. An dieser Stelle sei angemerkt, dass je nachdem, wie fein auflösend die Tabellenwerte bezüglich der Materialbelegungsdichten vorhanden sind, auch vorgesehen sein kann, dass bei zwischen den den Tabellenwerten zugeordneten Materialbelegungsdichten liegenden effektiven Materialbelegungsdichten auch in diesem Fall eine Interpolation der Tabellenwerte vorgesehen sein kann.This correction value will now be multiplicative respectively to the corresponding voxel of the reconstruction data set 1 applied so that a hardening corrected reconstruction record 9 is obtained. It should be noted at this point that, depending on how finely resolving the table values with respect to the material loading densities are, it may also be provided that interpolation of the table values can be provided in this case as well at the effective material loading densities between the material loading densities assigned to the table values.

Weiterhin sei bezüglich des Schritts 8 angemerkt, dass die Anwendung der Aufhärtungskorrektur auf einen bestimmten interessierenden Bereich, beispielsweise ein interessierendes Organ oder dergleichen, eingeschränkt sein kann. Dann ist im übrigen auch die Reprojektion in Schritt 5 auf die Strahlungswege zu beschränken, die tatsächlich Voxel im interessierenden Bereich durchqueren.Further, regarding the step 8th noted that the application of the cure correction to a particular region of interest, such as an organ of interest or the like, may be limited. Then, by the way, the reprojection is in step 5 to restrict to the radiation paths that actually traverse voxels in the region of interest.

In einem Schritt 10 wird dann, gegebenenfalls visuell oder auch aufgrund eines Artefakte detektierenden Algorithmus, überprüft, ob die gewünschte Bildqualität erreicht ist oder ob die Artefakte einen Fehler erzeugenden Einfluss im Segmentierungsschritt 4 gehabt haben könnten. Sind die Qualitätsanforderungen nicht erfüllt, so wird, Pfeil 11, nochmals zu Schritt 4 zurückgesprungen, wobei die Schritte 4 und 5 diesmal auf dem aufhärtungskorrigierten Rekonstruktionsdatensatz 9 durchzuführen sind. Erneut wird in Schritt 8 ein Korrekturwert ermittelt, wobei dieser allerdings dann wieder auf den ursprünglichen Rekonstruktionsdatensatz 1 angewandt wird. Die Iteration bezieht sich demnach letztlich nur auf eine verbesserte Segmentierung und somit eine verbesserte Ermittlung der effektiven Materialbelegungsdichten. Die Iteration kann solange durchgeführt werden, bis in Schritt 10 eine ausreichende Bildqualität festgestellt wird, jedoch ist es auch denkbar, eine bestimmte Anzahl von Iterationsschritten grundsätzlich vorzusehen.In one step 10 is then checked, if necessary visually or due to an artifact detecting algorithm, whether the desired image quality is achieved or whether the artifacts an error-generating influence in the segmentation step 4 could have had. If the quality requirements are not met, then, arrow 11 , again to step 4 jumped back, taking the steps 4 and 5 this time on the hardening corrected reconstruction record 9 are to be carried out. Again in step 8th determines a correction value, but this then back to the original reconstruction data set 1 is applied. The iteration therefore ultimately only refers to an improved segmentation and thus an improved determination of the effective material occupancy densities. The iteration may be performed until in step 10 a sufficient image quality is detected, but it is also conceivable to provide a certain number of iteration steps in principle.

In einem Schritt 12 wird schließlich das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufhärtungskorrektur beendet. Es können noch weitere Schritte folgen, beispielsweise im Fall einer ungefilterten Rückprojektion die Filterung oder dergleichen, um schließlich den rekonstruierten Bilddatensatz zu erhalten, der das Objekt aufhärtungsartefaktfrei zeigt.In one step 12 Finally, the inventive method for hardening correction is completed. Further steps may follow, for example, in the case of an unfiltered backprojection, the filtering or the like to finally obtain the reconstructed image data set which shows the object to be hardening artifact-free.

Abschließend sei noch angemerkt, dass es häufig Standard und üblich ist, dass eine Wasserkorrektur, die davon ausgeht, dass lediglich wasseräquivalentes Material, also der Weichteilklasse zugehöriges Material, vorliegt, pauschal auf den Projektionsdaten erfolgt. Dies steht einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich nicht entgegen, jedoch sollte ein die Wasserkorrektur berücksichtigender Korrekturwert ermittelt werden. Dafür wird mit Hilfe der Korrekturtabelle zunächst ein erster Wert bestimmt, der den ermittelten effektiven Materialbelegungsdichten entspricht. Jedoch wird auch ein zweiter Wert ermittelt, ebenso aus der Korrekturtabelle 6, der jedoch so ausgewählt wurde, dass als Weichteilmaterialbelegungsdichte die Summe der effektiven Materialbelegungsdichten angenommen wurde, für die Knochenmaterialbelegungsdichte jedoch Null angenommen wurde. Dieser Wert entspricht letztlich der pauschalen Wasserkorrektur. Um diese folglich zu berücksichtigen, wird als Korrekturwert der Quotient des ersten Werts und des zweiten Werts benutzt, der dann multiplikativ voxelweise auf den Rekonstruktionsdatensatz 1 angewandt wird.Finally, it should be noted that it is often standard and customary for a water correction, which assumes that only water-equivalent material, ie the material belonging to the soft tissue class, to be present, to be flat rate on the projection data. This is basically not contrary to an application of the method according to the invention, but a correction value taking into account the water correction should be determined. For this purpose, a first value, which corresponds to the determined effective material occupation densities, is first determined with the aid of the correction table. However, a second value is also determined, as well as from the correction table 6 which, however, was selected to assume the sum of the effective material occupancy densities as the soft tissue material occupancy density but zero for the bone mass occupancy density. This value ultimately corresponds to the standard water correction. In order to take this into account, the quotient of the first value and the second value is used as correction value, which then multiplicatively voxelweise on the reconstruction data set 1 is applied.

Claims

Method for hardening correction on the basis of an energy distribution deviating from monochromatic X-ray radiation during the determination of an image data set of a recorded object from a CT raw data set, comprising the following steps: Segmentation of a reconstructed data set of the object reconstructed from the raw data set according to at least two attenuation classes for the determination of segmentation information, Reprojection of the radiation paths contributing to the picture elements in the reconstruction and on the basis of the segmentation information determination of a material path length and / or material occupation density for each attenuation class and for each radiation path, For each picture element, determination of an effective material path length and / or material occupation density for the respective attenuation class by quadratic averaging over all radiation paths passing through the picture element, For each picture element, determining a correction value taking into account a previously determined energy distribution-specific correction table as a function of the effective material path lengths or material occupation densities for all attenuation classes on the picture element, Correction of the reconstruction data set by additive or multiplicative application of the correction values to the respective reconstruction data of all picture elements.

A method according to claim 1, characterized in that the reconstruction data set is determined by a rear projection method, in particular by filtered rear projection.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that for determining the correction table stepwise for different discrete values of material path lengths or material occupation densities CT- Projection values in the energy distribution and in a monochromatic measurement are determined, in particular measured and / or calculated, the quotient of the projection values being stored as a table value as a function of the material path lengths or the material occupation densities.

A method according to claim 3, characterized in that the respective table value is used as correction value.

Method according to Claim 3, characterized in that the correction value for a filtered backprojected reconstruction data record is compared with the, in particular coarsened, pixel-by-pixel comparison of an unfolded data set determined by reverse filtering of the, in particular coarsened, reconstruction data set and subsequent re-filtering. Reconstruction record is determined.

A method according to claim 5, characterized in that, when the reconstruction data record is coarsened to determine the correction value, an interpolation of the determined correction values to the original resolution of the reconstruction data record takes place.

Method according to one of Claims 3 to 6, characterized in that, in the case of effective material path lengths or material occupation densities between the material path lengths or material occupation densities assigned to the table values, the table values are interpolated to determine the correction value.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the segmentation takes place on the basis of gray value threshold values.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the segmentation is carried out on a coarsened reconstruction data record.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hardening correction is applied only to a limited extent to a region of interest.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a weighting carried out at the beginning of the reconstruction, in particular a Parker weighting, is also applied with respect to the determination of the effective material path length or material occupation density.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as weakening classes a soft tissue class and at least one further weakening class, in particular a bone class and / or an iodine class, are used.

A method according to claim 12, characterized in that when applying a flat water correction at the beginning of the reconstruction as correction factor taking into account the correction value, the quotient of a determined using the correction table first value for the determined effective material path lengths or material occupation densities and a determined using the correction table second value for determining the sum of the effective material path lengths or material occupancy densities as soft tissue path length or soft tissue material occupancy density, wherein the at least one non-soft-matter material path length or non-soft-tissue material occupancy density is set to zero.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that again correction values are determined from the hardening-corrected reconstruction image which are applied to the non-hardening-corrected reconstruction image.

A method according to claim 14, characterized in that the re-determination is carried out several times iteratively.