DE102009010287B4

DE102009010287B4 - Verfahren und Bildrekonstruktionseinrichtung zur Rekonstruktion von Bilddaten

Info

Publication number: DE102009010287B4
Application number: DE102009010287.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bruder Herbert; Dr. Flohr Thomas; Dr. Raupach Rainer; Martin Sedlmair; Dr. Stierstorfer Karl
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: DE102009010287A1

Abstract

Verfahren zur Rekonstruktion von Bilddaten (f) auf Basis von mittels eines Röntgen-Computertomographiesystems akquirierten Projektionsmessdaten (pm), bei dem die Projektionsmessdaten (pm) zunächst einer Strahlaufhärtungskorrektur unterzogen werden, wobei für die Strahlaufhärtungskorrektur aus den Projektionsmessdaten (pm) zunächst Interims-Bilddaten (fI) rekonstruiert werden und aus diesen Interims-Bilddaten (fI) erste Strukturbilddaten (fb) eines vorgegebenen ersten Materialtyps segmentiert werden und wobei auf Basis der ersten Strukturbilddaten (fb) erste Struktur-Projektionsdaten (pb) generiert werden und wobei basierend auf den ersten Struktur-Projektionsdaten (pb) und den Projektionsmessdaten (pm) die strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (pc) ermittelt werden, und erst anschließend basierend auf den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (pc) unter Verwendung eines iterativen Rekonstruktionsverfahrens Bilddaten (f) rekonstruiert werden, wobei keine Strahlaufhärtungskorrektur an den iterativ rekonstruierten Bilddaten (f) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rekonstruktion von Bilddaten vom Inneren eines Objekts auf Basis von mittels eines Röntgen-Tomographiesystems akquirierten Röntgen-Projektionmessdaten sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten vom Inneren eines Objekts, bei dem ein solches Rekonstruktionsverfahren eingesetzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bildrekonstruktionseinrichtung zur Rekonstruktion von Bilddaten mit einem solchen Verfahren sowie ein Röntgen-Computertomographiesystem mit einer Projektionsdatenakquisitionseinheit und einer entsprechenden Bildrekonstruktionseinrichtung.
Zur Rekonstruktion von computertomographischen Bilddaten aus Röntgen-CT-Datensätzen eines Computertomographiegeräts (CT-Geräts) wird heutzutage als Standardverfahren ein so genanntes gefiltertes Rückprojektionsverfahren (Filtered Back Projection; FBP) eingesetzt. Bei diesem Verfahren werden zunächst die Daten vorverarbeitet, um sie so weit wie möglich von Rauschen zu befreien. Anschließend wird ein so genannter ”Rebinning”-Schritt durchgeführt, in dem die mit dem fächerförmig sich von der Quelle ausbreitenden Strahl erzeugten Daten so umgeordnet werden, dass sie in einer Form vorliegen, wie wenn der Detektor von einer parallel auf den Detektor zulaufenden Röntgenstrahlen-Wellenfront getroffen würde. Die Daten werden dann in den Frequenzbereich transformiert. Im Frequenzbereich findet eine Filterung statt, und anschließend werden die gefilterten Daten rücktransformiert. Mit Hilfe der so umsortierten und gefilterten Daten erfolgt dann eine Rückprojektion auf die einzelnen Voxel innerhalb des interessierenden Volumens. Jedoch gibt es mit den klassischen FBP-Methoden aufgrund ihrer approximativen Arbeitsweise Probleme mit so genannten niederfrequenten Kegelstrahl-Artefakten und Spiralartefakten. Des Weiteren ist bei klassischen FBP-Methoden die Bildschärfe an das Bildrauschen gekoppelt. Je höher die erreichte Schärfe ist, desto höher ist auch das Bildrauschen und umgekehrt.
In der letzten Zeit sind daher iterative Rekonstruktionsverfahren entwickelt worden, mit denen diese Limitationen beseitigt werden können. Bei einem solchen iterativen Rekonstruktionsverfahren erfolgt zunächst eine Rekonstruktion von initialen Bilddaten aus den Projektionsmessdaten. Hierzu kann beispielsweise ein Faltungsrückprojektionsverfahren verwendet werden. Aus diesen initialen Bilddaten werden dann mit einem „Projektor” (Projektionsoperator), welcher das Messsystem mathematisch möglichst gut abbilden sollte, synthetische Projektionsdaten erzeugt. Die Differenz zu den Messsignalen wird dann mit dem adjungierten Operator rückprojiziert und es wird so ein Residuum-Bild rekonstruiert, mit dem das initiale Bild aktualisiert wird. Die aktualisierten Bilddaten können wiederum verwendet werden, um in einem nächsten Iterationsschritt mit Hilfe des Projektionsoperators neue synthetische Projektionsdaten zu erzeugen, daraus wieder die Differenz zu den Messsignalen zu bilden und ein neues Residuum-Bild zu berechnen, mit dem wieder die Bilddaten der aktuellen Iterationsstufe verbessert werden usw. Mit einem solchen Verfahren lassen sich Bilddaten rekonstruieren, die eine relativ gute Bildschärfe und dennoch ein geringes Bildrauschen aufweisen.
Weiterhin gibt es Rekonstruktionsverfahren, die iterative Techniken mit direkten Rekonstruktionsverfahren kombinieren. Ein Beispiel hierfür wird in der US 2006/0062443 A1 beschrieben.
Ein weiteres Problem, insbesondere für viele klinische Anwendungen, ist die so genannte „Strahlaufhärtung”. Dieser Effekt tritt auf, da einerseits die von einer Röntgenquelle ausgesendete Strahlung ein polychromatisches Spektrum aufweist und andererseits die Absorption der Röntgenstrahlung im untersuchten Objekt energieabhängig ist. Dies führt zu einer Verschiebung der mittleren Energie der Röntgenstrahlung hin zu höheren Werten in Abhängigkeit davon, welches Material durchstrahlt wird und wie dick das Material ist. Die Strahlaufhärtung ist umso stärker, je länger die durchstrahlte Strecke im Körper ist. Der Strahlaufhärtungseffekt führt im rekonstruierten Bild der durchstrahlten Körperschicht zu unerwünschten Bildartefakten, die insbesondere die genaue medizinische Interpretation eines Bildes beeinträchtigen können. Zur Korrektur solcher strahlungsaufhärtungsbedingten Artefakte sind verschiedene Algorithmen bekannt. Diese Verfahren werden bisher auf das fertige Bild angewandt, d. h. bei Verwendung eines iterativen Rekonstruktionsverfahrens auf die Bilddaten am Ende der Iteration. Ein mögliches Verfahren hierzu wird in der DE 100 36 142 B4 beschrieben. Hierbei wird das Bild zunächst mit Hilfe eines Segmentierungsverfahrens in Teilbilder zerlegt, beispielsweise in ein Knochenbild und in ein Weichteilbild. Aus den einzelnen Teilbildern werden dann durch Projektionsverfahren Teilschwächungswerte berechnet, die die Strahlschwächung durch den betreffenden Teil der Körpersubstanzen, also beispielsweise das Knochengewebe und das Weichteilgewebe, angeben. Mit Hilfe dieser Teilschwächungswerte werden dann strahlaufhärtungskorrigierte Gesamtschwächungswerte erzeugt, die wiederum verwendet werden können, um ein strahlaufhärtungskorrigiertes Bild zu erzeugen. Ein Problem bei der Anwendung eines solchen Strahlaufhärtungskorrekturverfahrens auf die in einem Iterationsverfahren rekonstruierten Bilddaten besteht darin, dass die mit dem Iterationsverfahren mühsam erzeugte Hochkontrastauflösung wieder zerstört werden kann. Dies liegt daran, dass bei der Anwendung des Strahlaufhärtungskorrekturverfahrens üblicherweise ein Rückprojektor in Verbindung mit einem normalen Faltungskern angewendet wird, der die Bildschärfe wieder reduziert. Somit wird der zuvor durch die Iteration erzielte Vorteil einer Verbesserung des Rauschens bei gleichzeitig reduzierter Unschärfe zunichte gemacht.
In der DE 10 2005 028 216 A1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zwar vor einer iterativen Rekonstruktion eine Aufhärtungskorrektur durchgeführt wird. Jedoch handelt es sich bei dieser vorgeschalteten Aufhärtungskorrektur nur um eine rein auf Messdaten basierende „Aufhärtungskorrektur 1. Ordnung”, also eine grobe Näherung. Daher ist es bei diesem Verfahren erforderlich, zusätzlich eine postrekonstruktive Aufhärtungskorrektur durchzuführen. Somit hat auch dieses Verfahren den Nachteil, dass die mit dem Iterationsverfahren mühsam erzeugte Hochkontrastauflösung durch die postrekonstruktive Aufhärtungskorrektur wieder zerstört wird.
Eine Möglichkeit bestünde darin, die Strahlaufhärtungskorrektur direkt innerhalb der iterativen Rekonstruktion durchzuführen, indem der Projektionsoperator in jedem Iterationsschritt für verschiedene Materialien, beispielsweise Knochen und Weichteile, separat durchgeführt wird. Dazu müssten aber in jedem Iterationsschritt die aktuellen Bilddaten in die gewünschten Komponenten segmentiert werden, was mit einem erheblich erhöhten Rechenaufwand verbunden ist. Daher ist ein solches Verfahren sehr ineffizient und in der täglichen Praxis kaum nutzbar.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Rekonstruktionsverfahren, ein Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten eines Objekts und eine entsprechende Bildrekonstruktionseinrichtung zu schaffen, mit der auf effektivere Weise strahlaufhärtungskorrigierte Bilddaten mit möglichst guter Bildschärfe und geringem Bildrauschen erzeugt werden können.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 8 und zum anderen durch eine Bildrekonstruktionseinrichtung gemäß Patentanspruch 9 und durch ein Röntgen-Computertomographiesystem gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die akquirierten Projektionsmessdaten zunächst einer Strahlaufhärtungskorrektur unterzogen. Erst anschließend werden, basierend auf den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten, die Bilddaten unter Verwendung eines iterativen Rekonstruktionsverfahrens rekonstruiert. Anders als bei den bisher genutzten Verfahren wird also nicht eine Strahlaufhärtungskorrektur an den rekonstruierten Bilddaten durchgeführt, sondern stattdessen werden bereits vor der Rekonstruktion die Projektionsmessdaten unmittelbar einer Strahlaufhärtungskorrektur unterzogen. Erst danach findet die iterative Rekonstruktion statt.
Dies hat den Vorteil, dass die durch den in der Strahlaufhärtungskorrektur genutzten Projektionsoperator bewirkte Tiefpassfilterung der Daten im Rahmen der iterativen Rekonstruktion wieder ausgeglichen werden kann. Das Verfahren führt somit bei gleicher Qualität der Strahlaufhärtungskorrektur zu einer verbesserten Schärfe, bei sehr geringem Bildrauschen. Vorteilhafterweise ist die Anwendung eines Strahlaufhärtungskorrekturverfahrens auf die Rohdaten in der Regel zudem mit geringerem Rechenaufwand möglich als auf das fertige Endbild, sodass das Gesamtverfahren äußerst effizient ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten vom Inneren eines Objekts mittels eines Röntgen-Computertomographiesystems wird das Objekt zur Akquisition von Projektionsmessdaten aus mehreren Projektionsrichtungen mit Röntgenstrahlung durchleuchtet. Anschließend wird auf Basis der Projektionsmessdaten eine Rekonstruktion mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Rekonstruktionsverfahren durchgeführt. Die Akquisition der Projektionsmessdaten kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen, d. h. sowohl in einem sequentiellen Verfahren als auch in einem Helixverfahren. Ebenso können die Bilddaten auf verschiedene Weise rekonstruiert werden. Beispielsweise können in einem sequentiellen Verfahren einzelne Schnittbilder rekonstruiert werden, die dann zu Volumenbilddaten kombiniert werden, oder es werden beim Helixverfahren Volumenbilddaten rekonstruiert, aus denen dann auch einzelne Schnittbilder erzeugt werden können.
Dabei werden für die Strahlaufhärtungskorrektur aus den Projektionsmessdaten zunächst Interims-Bilddaten, d. h. provisorische Bilddaten, rekonstruiert. Dies kann mit einer üblichen Faltungsrückprojektion erfolgen. Aus diesen Interims-Bilddaten werden dann erste Strukturbilddaten eines ersten Materialtyps segmentiert. Z. B. kann es sich hierbei um Strukturbilddaten eines bestimmten Gewebetyps, beispielsweise der Knochenstruktur, oder um Bilddaten handeln, die einem Kontrastmittel zuzuordnen sind. Hierzu können herkömmliche Segmentierungsverfahren verwendet werden. Auf Basis dieser ersten Strukturbilddaten können dann durch eine Vorwärtsprojektion erste Struktur-Projektionsdaten generiert werden. Hierbei handelt sich um Projektionsdaten, auf deren Basis die ersten Strukturbilddaten rekonstruierbar wären, d. h. es werden letztlich künstliche Projektionsdaten erzeugt, die gemessen würden, wenn nur die betreffende Struktur des jeweils ausgewählten Materialtyps im Strahlengang vorhanden wäre. Basierend auf diesen ersten Strukturprojektionsdaten sowie den eigentlich gemessenen Projektionsmessdaten können dann die strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten ermittelt werden.
Eine entsprechende Bildrekonstruktionseinrichtung zur Rekonstruktion der Bilddaten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren muss eine Projektionsmessdaten-Schnittstelle zur Übernahme von mittels eines Röntgen-Computertomographiesystems akquirierten Messdaten aufweisen. Sie benötigt zudem eine Strahlaufhärtungskorrektureinheit, welche ausgebildet ist, um auf Basis der Projektionsmessdaten wie zuvor beschrieben strahlaufhärtungskorrigierte Daten zu erzeugen, sowie eine der Strahlaufhärtungskorrektureinheit nachgeschaltete Iterationsrekonstruktionseinheit, welche ausgebildet ist, um unter Verwendung eines iterativen Rekonstruktionsverfahrens, basierend auf den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten, Bilddaten zu rekonstruieren. Schließlich benötigt die Bildrekonstruktionseinrichtung eine Bilddatenschnittstelle zur Ausgabe der rekonstruierten Bilddaten.
Eine solche Bildrekonstruktionseinrichtung kann Teil eines Computertomographiesystems sein, d. h. sie kann beispielsweise in üblicher Weise auf einem Steuer- und Auswerterechner des Tomographiesystems installiert sein. Grundsätzlich kann eine solche Bildrekonstruktionseinrichtung aber auch in Form von bzw. auf einer anderen Rechnereinheit realisiert sein, die beispielsweise mit einem Computertomographiesystem über ein Netzwerk zur Datenübernahme verbunden ist oder in sonstiger Weise mit entsprechenden Daten versorgt werden kann.
Insbesondere können die Strahlaufhärtungskorrektureinheit sowie die Iterationsrekonstruktionseinheit jeweils als Softwaremodule auf einem geeigneten Rechner mit entsprechenden Speichermöglichkeiten realisiert sein. Die Rohdaten-Schnittstelle sowie die Bilddaten-Schnittstelle können ebenfalls in Form von reiner Software realisiert sein, sofern nur eine Übernahme der Projektionsmessdaten bzw. eine Ausgabe der Bilddaten von anderen bzw. an andere auf der gleichen Rechnereinheit realisierten weiteren Rohdaten-Vorverarbeitungseinheiten bzw. Bilddaten-Weiterverarbeitungseinheiten erforderlich ist. Grundsätzlich können diese Schnittstellen aber auch als kombinierte Hardware-/Software-Schnittstellen realisiert sein, um eine externe Ein- und Ausgabe zu realisieren, beispielsweise mit Hilfe von Softwarekomponenten speziell konfigurierte Hardware-Schnittstellen. Unter einer Ausgabe der computertomographischen Bilddaten ist dabei nicht nur eine externe Ausgabe auf einen Bildschirm, einen Drucker oder dergleichen zu verstehen, sondern jede Ausgabe der computertomographischen Bilddaten durch die Bildrekonstruktionseinrichtung, beispielsweise eine Hinterlegung der Bilddaten für eine spätere Sichtung oder Weiterverarbeitung in einem Speicher.
Eine rein softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Bildrekonstruktionseinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Bildrekonstruktionseinrichtung ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Bildrekonstruktionseinrichtung ausgeführt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die erfindungsgemäße Bildrekonstruktionseinrichtung auch analog zu den abhängigen Verfahrensansprüchen weitergebildet sein.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Projektionsmessdaten vor der Strahlaufhärtungskorrektur grundsätzlich auch vorverarbeitet werden können. D. h. es ist durchaus möglich, dass die Projektionsmessdaten zunächst einmal wie üblich gefiltert und so weit wie möglich vom Rauschen befreit werden und dann ggf. auch ein wie oben erläuterter Rebinning-Schritt durchgeführt wird. Dabei ist es auch möglich, dass Projektionsmessdaten auf Basis von eigentlich gemessenen Detektor-Projektionsmessdaten interpoliert werden und diese so vorbereiteten Projektionsmessdaten dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeführt werden. Im Folgenden werden – unabhängig davon, ob eine solche Vorverarbeitung stattgefunden hat oder nicht – die in das Verfahren eingehenden Projektionsdaten als Projektionsmessdaten bezeichnet.
Zur Durchführung des Verfahrens weist die Strahlaufhärtungskorrektureinheit vorzugsweise eine Interimsbild-Rekonstruktionseinheit auf, welche ausgebildet ist, um aus dem Projektionsmessdaten Interims-Bilddaten zu rekonstruieren. Weiterhin weist die Strahlaufhärtungskorrektureinheit eine Segmentierungseinheit, welche ausgebildet ist, um aus den Interims-Bilddaten erste Strukturbilddaten eines vorgegebenen ersten Materialtyps zu segmentieren, und eine Projektionsdatengenerierungseinheit auf, welche ausgebildet ist, um auf Basis der ersten Strukturbilddaten erste Struktur-Projektionsdaten zu generieren. Nachgeschaltet ist dann die eigentliche Korrektureinheit, welche ausgebildet ist, um basierend auf den ersten Struktur-Projektionsdaten und den Projektionsmessdaten die strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten zu ermitteln.
Besonders bevorzugt werden auf Basis der ersten Struktur-Projektionsdaten und der Projektionsmessdaten zunächst strahlaufhärtungskorrigierte zweite Struktur-Projektionsdaten eines vorgegebenen zweiten Materialtyps ermittelt. Beispielsweise kann es sich bei diesem zweiten Materialtyp um einen anderen Gewebetyp, vorzugsweise Weichteilgewebe, handeln, bzw. es werden zweite Struktur-Projektionsdaten für ein zum betreffenden Weichteilgewebe ähnlichen Materialtyp, beispielsweise Wasser, ermittelt. Bei diesen zweiten Struktur-Projektionsdaten handelt es sich um Projektionsdaten, auf deren Basis zweite Strukturbilddaten rekonstruierbar wären, d. h. es handelt sich um künstliche Messwerte, die gemessen worden wären, wenn bei der Projektion im Strahlengang nur Strukturen des zweiten Materialtyps vorhanden gewesen wären. Die ersten Struktur-Projektionsdaten und die zweiten Struktur-Projektionsdaten können dann unter Bildung der strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten in geeigneter Weise kombiniert werden.
Vorzugsweise kann zur Strahlaufhärtungskorrektur eine Korrekturdatentabelle genutzt werden, welche beispielsweise auf Basis von Messungen und/oder von Simulationen für verschiedene Materialdickenkombinationen erstellt wurde.
Ein entsprechendes Verfahren zur Strahlaufhärtungskorrektur wird später noch anhand der Figuren erläutert.
Das iterative Rekonstruktionsverfahren umfasst besonders bevorzugt folgende Verfahrensschritte:

a) Rekonstruktion von Bilddaten einer ersten Iterationsstufe aus den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten.

Das heißt, es werden zunächst beispielsweise mit einer üblichen Faltungsrückprojektion initiale Bilddaten aus den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten erzeugt.

b) Es werden dann synthetische Projektionsdaten auf Basis der Bilddaten der aktuellen Iterationsstufe (bei der ersten Iterationsstufe entsprechend aus den initialen Bilddaten) generiert. Hierzu wird, wie eingangs erläutert, ein Projektionsoperator verwendet, der den Messprozess möglichst gut abbildet.
c) Es werden dann Differenz-Projektionsdaten auf Basis der strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsmessdaten und der synthetischen Projektionsdaten der aktuellen Iterationsstufe erzeugt. Die Differenz-Projektionsdaten sind also ein Maß für die Abweichung der aus den aktuellen Bilddaten erzeugbaren Projektionsdaten von den tatsächlichen Projektionsmessdaten und somit ein Maß für die Qualität der erzeugten Bilddaten der aktuellen Iterationsstufe.
d) Aus den Differenzprojektionsdaten werden dann Residuum-Bilddaten erzeugt.
e) Diese Residuum-Bilddaten werden schließlich mit den Bilddaten der aktuellen Iterationsstufe zur Bildung von Bilddaten einer weiteren Iterationsstufe kombiniert.

Die Schritte b) bis e) dieses Iterationsverfahrens werden so lange wiederholt, bis eine Abbruchbedingung eintritt. Die Abbruchbedingung kann beispielsweise so gewählt werden, dass die Iteration spätestens nach einer vorgegebenen Anzahl von Iterationsschritten abgebrochen wird. Alternativ ist es auch möglich, die Iteration in Abhängigkeit vom Erreichen eines Konvergenzkriteriums durchzuführen. Vorzugsweise kann die Iteration abgebrochen werden, wenn die Differenzprojektionsdaten oder die Residuum-Bilddaten ein Grenzwertkriterium erfüllen.
Vorzugsweise werden die Bilddaten der aktuellen Iterationsstufe jeweils vor oder bei der Kombination mit den Residiuum-Bilddaten einer Tiefpassfilterung unterzogen, um so dafür zu sorgen, dass das Verfahren möglichst schnell und sicher konvergiert.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Computertomographiesystems mit einer Bildrekonstruktionseinrichtung,
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bildrekonstruktionseinrichtung mit einer Darstellung der Zusammenwirkung der einzelnen Komponenten und der jeweiligen Ausgangs- und Eingangsdaten,
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Strahlaufhärtungskorrektureinheit für eine erfindungsgemäße Bildrekonstruktionseinrichtung mit einer Darstellung der Zusammenwirkung der einzelnen Komponenten und der jeweiligen Ausgangs- und Eingangsdaten,
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Iterationsrekonstruktionseinheit für eine erfindungsgemäße Bildrekonstruktionseinrichtung mit einer Darstellung der Zusammenwirkung der einzelnen Komponenten und der jeweiligen Ausgangs- und Eingangsdaten.
In 1 ist zunächst schematisch ein Computertomographiesystem 1 mit einer Bildrekonstruktionseinrichtung 21 dargestellt, wobei es sich hierbei um eine erfindungsgemäße Bildrekonstruktionseinrichtung 21 handelt.
Das CT-System 1 besteht dabei im Wesentlichen aus einem üblichen Scanner 10, in welchem an einer Gantry 11 ein Detektorsystem 5 mit einem Detektor 16 und einer dem Detektor 16 gegenüber liegenden Röntgenquelle 15 um einen Messraum 12 umläuft. Vor dem Scanner 11 befindet sich eine Patientenlagerungseinrichtung 3 bzw. ein Patiententisch 3, dessen oberer Teil 2 mit einem darauf befindlichen Patienten O relativ zum Scanner 10 verschoben werden kann, um den Patienten O durch den Messraum 12 hindurch relativ zum Detektorsystem 16 zu bewegen. Angesteuert werden der Scanner 10 und der Patiententisch 3 durch eine Steuereinrichtung 20, von der aus über eine übliche Steuerschnittstelle 24 Akquisitionssteuersignale AS kommen, um das gesamte System gemäß vorgegebener Messprotokolle in der herkömmlichen Weise anzusteuern. Durch die Bewegung des Patienten O entlang der z-Richtung, welche der Systemachse z längs durch den Messraum 12 entspricht, und den gleichzeitigen Umlauf der Röntgenquelle 15 ergibt sich für die Röntgenquelle 15 relativ zum Patienten O während der Messung eine Helixbahn. Parallel läuft dabei immer gegenüber der der Röntgenquelle 15 der Detektor 16 mit, um Projektionsmessdaten p_m zu erfassen, die dann in der erfindungsgemäßen Weise zur Rekonstruktion von Volumenbilddaten genutzt werden. Ebenso kann auch ein sequentielles Messverfahren durchgeführt werden, bei dem eine feste Position in z-Richtung angefahren wird und dann während eines Umlaufs, eines Teilumlaufs oder mehrerer Umläufe an der betreffenden z-Position die erforderlichen Projektionsmessdaten p_m erfasst werden, um ein Schnittbild an dieser z-Position zu rekonstruieren oder um aus den Projektionsdaten mehrerer z-Positionen Volumenbilddaten zu rekonstruieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auch an anderen CT-Systemen, z. B. mit mehreren Röntgenquellen und/oder Detektoren und/oder mit einem einen vollständigen Ring bildenden Detektor, einsetzbar.
Die vom Detektor 16 akquirierten Projektionsmessdaten p_m (im Folgenden auch Rohdaten genannt) werden über eine Rohdatenschnittstelle 23 an die Steuereinrichtung 20 übergeben. Diese Rohdaten werden dann, gegebenenfalls nach einer geeigneten Vorverarbeitung in der oben beschrieben Weise, in einer Bildrekonstruktionseinrichtung 21 weiterverarbeitet, die bei diesem Ausführungsbeispiel in der Steuereinrichtung 20 in Form von Software auf einem Prozessor realisiert ist. Diese Bildrekonstruktionseinrichtung 21 wird nachfolgend anhand der 2 bis 4 noch näher erläutert. Die von der Bildrekonstruktionseinrichtung 21 rekonstruierten Bilddaten f werden dann in einem Speicher 22 der Steuereinrichtung 20 hinterlegt und/oder in üblicher Weise auf dem Bildschirm der Steuereinrichtung 20 ausgegeben. Sie können auch über eine in 1 nicht dargestellte Schnittstelle in ein an das Computertomographiesystem 1 angeschlossenes Netz, beispielsweise ein radiologisches Informationssystem (RIS), einspeist und in einem dort zugänglichen Massenspeicher hinterlegt oder auf dort angeschlossenen Druckern oder Filming-Stationen als Bilder ausgegeben werden. Die Daten können so in beliebiger Weise weiterverarbeitet und dann gespeichert oder ausgegeben werden.
2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bildrekonstruktioneinrichtung 21 sowie die Ein- und Ausgangsdaten für die einzelnen Komponenten dieser Bildrekonstruktionseinrichtung 21. Die Bildrekonstruktionseinrichtung 21 weist zunächst eine Projektionsmessdaten-Schnittstelle 25 auf. Von dieser werden die Projektionsmessdaten p_M übernommen und von dort in eine Strahlaufhärtungskorrektureinheit 30 übergeben, die nachfolgend noch anhand von 3 erläutert wird. In der Strahlaufhärtungskorrektureinheit 30 werden die strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten p_c erzeugt, die an die nachgeschaltete Iterationsrekonstruktionseinheit 40 übergeben werden, welche ebenfalls später noch anhand von 4 näher erläutert wird. Die darin erzeugten Bilddaten f werden dann über eine Bilddaten-Schnittstelle 26 beispielsweise in einem Speicher 22 hinterlegt und können von dort zur Weiterverarbeitung wieder aufgerufen werden, um z. B. aus Volumenbilddaten bestimmte Schnittbilder zu erzeugen oder Ähnliches.
In 3 ist etwas detaillierter die Strahlaufhärtungskorrektureinheit 30 erläutert. In der Strahlaufhärtungskorrektureinheit 30 werden die übernommenen Projektionsmessdaten p_m zum einen an eine Korrektureinheit 35, deren Funktion später noch erläutert wird, und zum anderen an eine Interimsbild-Rekonstruktionseinheit 31 übergeben. In dieser Interimsbild-Rekonstruktionseinheit 31 werden durch Anwendung einer üblichen Rückprojektionsfaltung Interims-Bilddaten f_I rekonstruiert, die dann an eine Segmentierungseinheit 32 übergeben werden. In dieser Segmentierungseinheit 32 werden beispielsweise die Knochenstrukturen segmentiert und es wird so ein Knochenbild bzw. Knochenbilddaten f_b erzeugt. Diese Segmentierung kann mit einem herkömmlichen Segmentierungsverfahren erfolgen. Anstelle von Knochenmaterial kann hier auch eine Segmentierung anderer spezieller Materialien, beispielsweise von kontrastmittelgefüllten Gefäßen, erfolgen, sofern dies im Rahmen der auszuwertenden Bilder sinnvoll ist. Insofern können die Knochenbilddaten f_b auch allgemein als erste Strukturbilddaten f_b bezeichnet werden.
Die Knochenbilddaten f_b werden von einer Projektionsdatengenerierungseinheit 33 übernommen, welche daraus mit einem Vorwärtsprojektions-Operator, der das Messverfahren mathematisch möglichst gut abbildet, Knochenstruktur-Projektionsdaten p_b (allgemeiner: erste Struktur-Projektionsdaten p_b) erzeugt. Diese werden ebenfalls an die Korrektureinheit 35 übergeben.
Der Korrekturmechanismus in der Korrektureinheit 35 verwendet die Knochenprojektionsdaten P_b und die Projektionsmessdaten P_m, um mit Hilfe einer Look-up-Table LUT, die in einem Speicher 34 hinterlegt ist, Wasserprojektionsdaten für monochromatische Strahlung, d. h. strahlaufhärtungskorrigierte Wasserprojektionsdaten p_w zu ermitteln. Dies erfolgt in einer Projektionsdatenermittlungseinheit 36. Die Wasserprojektionsdaten p_w werden dann mit den Knochenprojektionsdaten p_b in der Kombinationseinheit 37 kombiniert, beispielsweise einfach addiert, um daraus die gewünschten strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten p_c zu erzeugen.
Der gesamte Korrekturmechanismus beruht dabei auf der Annahme, dass die erzeugten Knochenprojektionsdaten p_b als quasi-monochromatische Daten, d. h. strahlungsaufhärtungskorrigierte Daten, angenommen werden können. Die Look-up-Tabelle LUT wurde zuvor mit Hilfe von Testmessungen oder Simulationen bestimmt. Dabei wird polychromatische Röntgenstrahlung senkrecht durch eine Keilanordnung gestrahlt und auf diese Weise werden polychromatische Linienintegrale, d. h. Projektionswerte, für z. B. Wasser und Knochen in Abhängigkeit von der durchstrahlten Wasserdicke und Knochendicke erzeugt. Aus diesen materialkombinationsabhängigen, polychromatischen Linienintegralen und der Knochendicke lässt sich wiederum die Wasserdicke ableiten. Die Knochendicke kann aber wiederum aus den Knochenprojektionsdaten p_b invers abgeleitet werden. Auf diese Weise lassen sich also monochromatische Wasserprojektionswerte p_w ermitteln, die dann nur noch mit den quasi-monochromatischen Knochenprojektionswerten p_b gemischt werden müssen, um quasi-monochromatische, strahlaufhärtungskorrigierte Gesamtprojektionswerte p_c zu erhalten. Hierbei wird Wasser als Äquivalent zu Weichteilgewebe verwendet. Ein ähnliches Verfahren wird in der DE 100 36 142 B4 genutzt, wobei dort jedoch die Korrektur auf komplette rekonstruierte Bilder angewendet wird, aus denen jeweils Teilbilder erzeugt wurden, um so das fertige Bild zu rekonstruieren. Bezüglich der mathematischen und physikalischen Grundlagen für den Messaufbau bzw. für die Simulation der Bestimmung der Look-up-Tabelle LUT kann aber auf die Ausführung in dieser Schrift verwiesen werden. In den vorliegenden Erläuterungen wird von einer Trennung von Weichteilgewebe und Knochenmaterial ausgegangen. Das Verfahren kann jedoch auch bei anderen Materialien eingesetzt werden, z. B. Weichteilgewebe und Kontrastmittel. Es muss dann nur eine entsprechend hierfür ermittelte Look-up-Tabelle verwendet werden.
In 4 sind der Aufbau und die Funktionsweise der iterativen Schleife in der Iterationsrekonstruktionseinheit 40 schematisch dargestellt.
Aus den ankommenden strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten p_c werden zunächst initiale Bilddaten f_k=0 erzeugt. In der Figur sind die Bilddaten f_k innerhalb der Iterationsrekonstruktionseinheit 40 rechts oben dargestellt. Aus diesen initialen Bilddaten f_k=0 werden mit Hilfe eines Projektions-Operators A in einer Vorwärts-Projektion (im Funktionsblock 45) synthetische Projektionsdaten p_s,k=0 erzeugt. Beispielsweise kann hier der so genannte Josephson-Projektor verwendet werden, der Linienintegrale entlang von Nadelstrahlen berechnet. In einem Kombinations-Operator 41 wird dann die Differenz zwischen diesen synthetischen Projektionsdaten p_s,k=0 mit den gemessenen strahlungsaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten p_c gebildet. Das Ergebnis sind die Differenz-Projektionsdaten Δp_k. Diese Differenz-Projektionsdaten Δp_k werden im Funktionsblock 42 mit dem zum Projektionsoperator A adjungierten Operator A^T rückprojiziert, um ein Residuum-Bild zu berechnen, d. h. um Residuum-Bilddaten Δf_k=0 zu ermitteln. Die Residuum-Bilddaten Δf_k=0 werden dann (ggf. unter vorheriger Gewichtung mit einem Multiplikator α im Funktionsblock 46) innerhalb einer Kombinationseinheit 43 verwendet, um die initialen Bilddaten f_k=0 zu aktualisieren und so die Residuum-Bilddaten Δf_k=1 des nächsten Iterationsschritts zu erzeugen. Dabei werden auch ggf. zuvor im Funktionsblock 44 die Bilddaten f_k=0 des aktuellen Iterationsschritts k = 0 mit einem Tiefpassfilter-Operator bearbeitet, dessen Funktion nachfolgend im Zusammenhang mit der mathematischen Basis der Iterationschleife noch erläutert wird. Anschließend wird die Schleife mit k = 1 erneut durchlaufen, um so im nächsten Iterationsschritt Bilddaten f_k=2 zu erzeugen usw.
Im Folgenden wird die mathematische Basis für die Durchführung der Iterationsschleife erläutert. Wie oben dargestellt, erfolgt in jeder Iterationsstufe k = 0, 1, 2, ... eine Aktualisierung der Bilddaten f_k. Diese kann mit folgender Gleichung beschrieben werden: f_k+1 = f_k + α·grad_f(z) (1)
Der Parameter α bezeichnet einen Relaxationsparameter, der die Geschwindigkeit der Konvergenz steuert. Vorzugsweise hat dieser den Wert 0,7. Es kann aber auch ein anderer Wert, vorzugsweise im Wert Bereich von 0 bis 1, gewählt werden. Dabei ist grad_f(z) beispielsweise durch die Gleichung
gegeben. A ist wieder der verwendete Projektions-Operator und p_c stellt die strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten dar. V ist eine quadratische Potentialfunktion, mit der die Grauwerte benachbarter Bildvoxel mit reziprokem Abstand 1/d_i,1 gewichtet werden. i und j sind Laufvariablen, die jeweils über die Anzahl N der in einem Bild vorhandenen Voxel laufen. β bezeichnet die Regularisierungsstärke, die den Beitrag des Regularisierungsbildes zum Korrekturbild in der k-ten Iteration regelt. Bevorzugte Werte für β liegen zwischen 1,5 und 2,5. e_i bezeichnet den i-ten Einheitsvektor im Bildraum, d. h. e_i = (0, ..., 0, 1, 0, ..., 0) grad_f(z) ist mathematisch gesehen der Gradient der so genannten Zielfunktion z der Schwächungsverteilung f (das heißt, der eigentlichen Bilddaten f), welche durch die Gleichung z(f) = ||Af – p_c|| 2 / K + R(f) (3) gegebenen ist.
Das Skalarprodukt im ersten Teil der Summe in Gleichung (3) ist wie folgt definiert: ||Af – p_c|| 2 / K = (Af – p_c)^T·K·(Af – p_c) (1b)
Der Operator K ist dabei ein Faltungskern, der die Faltung der Projektionsdaten beschreibt. Der Term Af beschreibt dabei den Operator A, angewandt auf die Bilddaten f, und entspricht somit den synthetischen Projektionsdaten p_s.
R(f) ist ein Regularisierungsterm, der durch Gleichung
gegebenen ist. Durch diesen Regularisierungsterm R(f) mit der Potentialfunktion V wird die Stabilität der Rekonstruktion erzwungen. Die Wirkung des Regularisierungsterms R(f) auf die Iteration gemäß den Gleichungen (1) (durch den zweiten Summanden in Gleichung (2)) wird in der Iterationsschleife in 4 durch den Funktionsblock 44 mit dem Tiefpassfilter-Operator realisiert.
Mathematisch gesehen führt also die iterative Rekonstruktion im Rahmen einer Steepest-Descent-Methode zu einer Minimierung der durch Gleichung (3) definierten Zielfunktion z der Schwächungsverteilung f bzw. der Bilddaten f.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass zur initialen Konstruktion der ersten Bilddaten f_k=0 aus den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten p_c auch die Schleife in 4 einmal halb durchlaufen werden kann. Anfangs sind ja keine synthetischen Projektionsdaten p_s,k vorhanden, d. h., p_s,k kann gleich 0 gesetzt sein. Die Differenz-Projektionsdaten Δp_k entsprechen somit den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten p_c, sodass die Residuum-Bilddaten Δf_k letztlich schon den gewünschten initialen Bilddaten entsprechen, welche bei geeigneter Wahl des Faktors α im ersten Schritt direkt als initiale Bilddaten f_k=0 in der Schleife übernommen werden können. Es muss folglich beim ersten Durchlauf der Schleife nur der Faktor α = 1 gesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich, unter Umgehung der Schleife aus den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten p_c die initialen Bilddaten zu erzeugen und die Schleife bei f_k (rechts oben in Block 40 in 4) zu beginnen.
Die Iterationsschleife wird bis zu einem vorgegebenen Abbruchkriterium fortgesetzt. Am einfachsten ist ein Abbruch nach einer bestimmten Anzahl von Iterationsdurchläufen. Eine solche Abfrage kann beispielsweise in dem Abfrage-Funktionsblock 47 erfolgen, indem die Iterationslaufvariable k einfach mit einem Maximalwert k_max verglichen wird. Falls dieser Wert erreicht ist, werden die Bilddaten f ausgegeben. Anderenfalls wird die Schleife weiter durchlaufen. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Prüfung des Residuum-Bildes möglich. Diese Variante ist als Abfrage-Funktionsblock 48 eingezeichnet. Hier wird geprüft, ob die aktuellen Residuum-Bilddaten Δf_k unter einem in geeigneter Weise zu definierenden Grenzwert Δf_G liegen. Wenn ja, ist davon auszugehen, dass die Konvergenz weit genug fortgeschritten ist und die aktuellen oder im nächsten Durchlauf aktualisierten Bilddaten als fertige Bilddaten f ausgegeben werden können. Weitere Abbruchkriterien sind denkbar, beispielsweise eine Prüfung dahingehend, ob die Differenz-Projektionsdaten Δp_k unter einem bestimmten Grenzwert liegen.
Die in den 2 bis 4 dargestellten Komponenten können wie erwähnt überwiegend oder vollständig in Form von Softwareelementen auf einem geeigneten Prozessor realisiert sein, und insbesondere können auch die Schnittstellen zwischen diesen Komponenten rein softwaremäßig ausgebildet sein. Erforderlich ist lediglich, dass Zugriffsmöglichkeiten auf geeignete Speicherbereiche bestehen, in denen die Daten geeignet zwischengelagert und jederzeit wieder aufgerufen und aktualisiert werden können.
Das Verfahren und die Konstruktionseinrichtung wurden vorwiegend und in erster Linie anhand einer Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Anwendung im medizinischen Bereich beschränkt, sondern es können auch grundsätzlich computertomographische Bilder für andere Zwecke, beispielsweise für Materialprüfungen oder dergleichen, erzeugt und bearbeitet werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit” bzw. „Modul” nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste

1: Computertomographiesystem
2: oberer Teil des Patiententischs
3: Patiententisch
5: Detektorsystem
10: Scanner
11: Gantry
12: Messraum
15: Röntgenquelle
16: Detektor
20: Steuereinrichtung
21: Bildrekonstruktionseinrichtung
22: Speicher
23: Rohdatenschnittstelle
24: Steuerschnittstelle
25: Projektionsmessdaten-Schnittstelle
26: Bilddaten-Schnittstelle
30: Strahlaufhärtungskorrektureinheit
31: Interimsbild-Rekonstruktionseinheit
32: Segmentierungseinheit
33: Projektionsdatengenerierungseinheit
34: Speicher
35: Korrektureinheit
36: Projektionsdatenermittlungseinheit
37: Kombinationseinheit
40: Iterationsrekonstruktionseinheit
41: Kombinations-Operator
42: Funktionsblock
43: Kombinationseinheit
44: Funktionsblock
45: Funktionsblock
46: Funktionsblock
47: Abfrage-Funktionsblock
48: Abfrage-Funktionsblock
AS: Akquisitionssteuersignal
O: Objekt/Patient
z: Systemachse
f: Bilddaten
f_k: Bilddaten
f_k=0: initiale Bilddaten
f_I: Interims-Bilddaten
f_b: erste Strukturbilddaten/Knochenbilddaten
p_m: Projektionsmessdaten
p_c: strahlaufhärtungskorrigierte Projektionsdaten
p_b: erste Struktur-Projektionsdaten/Knochenstruktur-Projektionsdaten
p_w: zweite Struktur-Projektionsdaten/Wasserprojektionsdaten
p_s,k: synthetische Projektionsdaten
A: Projektions-Operator
A^T: adjungierter Projektions-Operator
Δf_k: Residuum-Bilddaten
Δf_k: Grenzwert
Δp_k: Differenz-Projektionsdaten
Δp_G: Grenzwert
α: Multiplikator
k: Iterationslaufvariable
k_max: Maximalwert
LUT: Korrekturdatentabelle/Look-up-Table

Claims

Verfahren zur Rekonstruktion von Bilddaten (f) auf Basis von mittels eines Röntgen-Computertomographiesystems akquirierten Projektionsmessdaten (p_m), bei dem die Projektionsmessdaten (p_m) zunächst einer Strahlaufhärtungskorrektur unterzogen werden, wobei für die Strahlaufhärtungskorrektur aus den Projektionsmessdaten (p_m) zunächst Interims-Bilddaten (f_I) rekonstruiert werden und aus diesen Interims-Bilddaten (f_I) erste Strukturbilddaten (f_b) eines vorgegebenen ersten Materialtyps segmentiert werden und wobei auf Basis der ersten Strukturbilddaten (f_b) erste Struktur-Projektionsdaten (p_b) generiert werden und wobei basierend auf den ersten Struktur-Projektionsdaten (p_b) und den Projektionsmessdaten (p_m) die strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (p_c) ermittelt werden, und erst anschließend basierend auf den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (p_c) unter Verwendung eines iterativen Rekonstruktionsverfahrens Bilddaten (f) rekonstruiert werden, wobei keine Strahlaufhärtungskorrektur an den iterativ rekonstruierten Bilddaten (f) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf Basis der ersten Struktur-Projektionsdaten (p_b) und der Projektionsmessdaten (p_m) strahlaufhärtungskorrigierte zweite Struktur-Projektionsdaten (p_w) eines vorgegebenen zweiten Materialtyps ermittelt werden und wobei die ersten Struktur-Projektionsdaten (p_b) und die zweiten Struktur-Projektionsdaten (p_w) unter Bildung der strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (p_c) kombiniert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Strahlaufhärtungskorrektur eine Korrekturdatentabelle (LUT) genutzt wird, welche auf Basis von Messungen und/oder Simulationen für verschiedene Materialdickenkombinationen erstellt wurde.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die iterative Rekonstruktion folgende Verfahrensschritte umfasst: a) Rekonstruktion von Bilddaten (f_k) einer ersten Iterationsstufe aus den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (p_c), b) Generierung von synthetischen Projektionsdaten (P_s,k) auf Basis der Bilddaten (f_k) der aktuellen Iterationsstufe, c) Bilden von Differenz-Projektionsdaten (Δp_k) auf Basis der strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsmessdaten (p_c) und der synthetischen Projektionsdaten (P_s,k), d) Erzeugen von Residuum-Bilddaten (Δf_k) aus den Differenz- Projektionsdaten (Δp_k), e) Kombination der Residuum-Bilddaten (Δf_k) mit den Bilddaten (f_k) der aktuellen Iterationsstufe zur Bildung von Bilddaten (f_k) einer weiteren Iterationsstufe, f) Wiederholung der Schritte b) bis e) bis zum Eintritt einer Abbruchbedingung.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Bilddaten (f_K) der aktuellen Iterationsstufe vor oder bei der Kombination mit den Residuum-Bilddaten (Δf_k) einer Tiefpassfilterung unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Iteration spätestens nach einer vorgegebenen Anzahl (k_max) von Iterationsschritten abgebrochen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Iteration spätestens abgebrochen wird, wenn ein vorgegebenes Konvergenzkriterium erreicht ist.
Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten vom Inneren eines Objekts (O) mittels eines Röntgen-Computertomographiesystems (1), bei dem das Objekt (O) zur Akquisition von Projektionsmessdaten (p_m) aus mehreren Projektionsrichtungen mit Röntgenstrahlung durchleuchtet wird und bei dem auf Basis der Projektionsmessdaten (p_m) eine Rekonstruktion von Bilddaten (f) mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 erfolgt.
Bildrekonstruktionseinrichtung (21) zur Rekonstruktion von Bilddaten (f) eines Objekts (O) mit – einer Projektionsmessdaten-Schnittstelle (25) zur Übernahme von mittels eines Röntgen-Computertomographiesystems (1) akquirierten Projektionsmessdaten (p_m), – einer Strahlaufhärtungskorrektureinheit (30), welche ausgebildet ist, um auf Basis der Projektionsmessdaten (p_m) strahlaufhärtungskorrigierte Projektionsdaten (p_c) zu erzeugen, wobei für die Strahlaufhärtungskorrektur aus den Projektionsmessdaten (p_m) zunächst Interims-Bilddaten (f_I) rekonstruiert werden und aus diesen Interims-Bilddaten (f_I) erste Strukturbilddaten (f_b) eines vorgegebenen ersten Materialtyps segmentiert werden und wobei auf Basis der ersten Strukturbilddaten (f_b) erste Struktur-Projektionsdaten (p_b) generiert werden und wobei basierend auf den ersten Struktur-Projektionsdaten (p_b) und den Projektionsmessdaten (p_m) die strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (p_c) ermittelt werden, – eine der Strahlaufhärtungskorrektureinheit (30) nachgeschaltete Iterationsrekonstruktionseinheit (40), welche ausgebildet ist, um erst anschließend basierend auf den strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (p_c) unter Verwendung eines iterativen Rekonstruktionsverfahrens Bilddaten (f) zu rekonstruieren, wobei keine Strahlaufhärtungskorrektur an den iterativ rekonstruierten Bilddaten (f) durchgeführt wird, – und einer Bilddaten-Schnittstelle (26) zur Ausgabe der rekonstruierten Bilddaten (f).
Bildrekonstruktionseinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Strahlaufhärtungskorrektureinheit (30) folgende Komponenten aufweist: – eine Interimsbild-Rekonstruktionseinheit (31), welche ausgebildet ist, um aus den Projektionsmessdaten (p_m) zunächst Interims-Bilddaten (f_I) zu rekonstruieren, – eine Segmentierungseinheit (32), welche ausgebildet ist, um aus den Interims-Bilddaten (f_I) erste Strukturbilddaten (f_b) eines vorgegebenen ersten Materialtyps zu segmentieren, – eine Projektionsdatengenerierungseinheit (33), welche ausgebildet ist, um auf Basis der ersten Strukturbilddaten (f_b) erste Struktur-Projektionsdaten (p_b) zu generieren – und eine Korrektureinheit (35), welche ausgebildet ist, um basierend auf den ersten Struktur-Projektionsdaten (p_b) und den Projektionsmessdaten (p_m) die strahlaufhärtungskorrigierten Projektionsdaten (p_c) zu ermitteln.
Röntgen-Computertomographiesystem (1) mit einer Projektionsdatenakqusitionseinheit (5), mit einer Röntgenquelle (15) und einem Detektorsystem (16), zur Akquisition von Projektionsmessdaten (p_m) eines Objekts (O), und mit einer Bildrekonstruktionseinrichtung (21) nach Anspruch 9 oder 10.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Bildrekonstruktionseinrichtung (21) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Programm in der Bildrekonstruktionseinrichtung (21) ausgeführt wird.