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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines 3D-Bilddatensatzes mit unterdrückten Bildartefakten zu einem biologischen Objekt, welches ein Element aus Material enthält, das Röntgenstrahlung eines Computertomographen stärker absorbiert als biologisches Gewebe. Die Erfindung betrifft auch einen Computertomographen mit einer Bildauswertevorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein solches Verfahren auszuführen.
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In Bildern, die von einem Computertomographen gewonnen werden, können verschiedenste Bildartefakte auftreten. Eine solche Gruppe von Bildartefakten bilden so genannte Metallartefakte, die von metallischen Gegenständen herrühren. Diese Artefakte haben ihre Ursache darin, dass ein Metallimplantat die üblicherweise eingesetzte Röntgenstrahlung entweder nahezu vollständig absorbiert bzw. streut. Das im zu untersuchenden Objekt vorliegende Metallteil ist damit für die Röntgenstrahlung nahezu vollständig undurchsichtig bzw. opak. Es kommt zu einem Schattenwurf des metallischen Objekts auf dem Detektor, so dass an diesen Detektorstellen, die vom Metall abgeschirmt werden, detektierte Signale lediglich von Ausleserauschen bzw. gestreuten Photonen herrühren. Die hierdurch bedingte fehlende Bildinformation führt zu den Metallartefakten im resultierenden Computertomographiebild.
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Üblicherweise werden im Rahmen der Computertomographie Projektionsröntgenbilder des Objekts aus verschiedenen Winkeln aufgenommen und aus dem sich so ergebenden Bilddatensatz über Rückprojektion ein 3D-Bilddatensatz rekonstruiert. Die durch das Metall verursachten Schatten in den Projektionsbildern führen dann zu fehlerbehafteten Daten im 3D-Bilddatensatz. Wird über so genannte Vorwärtsprojektion aus dem 3D-Bilddatensatz ein Projektionsbild (zum Beispiel zu einem nicht real gemessenen Winkelbereich) rekonstruiert, so führen die fehlerbehafteten Daten in diesem Projektionsbild zu den Metallartefakten. Die Metallartefakte beeinträchtigen die Bildqualität des resultierenden Computertomographiebildes und erschweren die Bildinterpretation und damit die ärztliche Diagnose. Erkennung und Charakterisierung von Metallimplantaten sind erschwert, selbst wenn hierbei kein automatisiertes Verfahren zum Einsatz kommt sondern die Bildinterpretation im Rahmen menschlicher Beurteilung durchgeführt wird.
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Das Problem der Metallartefakte ist besonders dann schwerwiegend, wenn Röntgen-C-Bögen eingesetzt werden, deren Röntgenstrahlung von nur geringer Intensität ist. Dies ist insbesondere bei mobilen Röntgen-C-Bogen-Geräten der Fall. Insbesondere Hüftimplantate oder Implantate, die sich aus mehreren Teilelementen zusammensetzen, können dann nur schwer erkannt werden.
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Es sind Verfahren bekannt, Metallartefakte in Computertomographiebildern zu reduzieren. Diese Verfahren setzen üblicherweise ein, nachdem über die Vorwärtsprojektion ein 2D-Bilddatensatz gewonnen wurde. Das Metallimplantat wird in den 2D-Projektionsbildern lokalisiert, woraufhin die Projektionswerte der den Bildbereichen zugeordneten Daten über ein Interpolationsverfahren (z. B. lineare Interpolation) verbessert werden. Hierfür ist es jedoch erforderlich, dass der durch Rückprojektion erzeugte 3D-Bilddatensatz möglichst wenig fehlerbehaftet ist und eine ausreichend gute Segmentierung an ihm durchgeführt werden kann, um dreidimensionale Bildbereiche (Voxel) zu identifizieren, die dem Metallimplantat zuordenbar sind. Solche Verfahren sind beispielsweise aus den folgenden Publikationen bekannt:
(1) Kalender WA, Hebel R, Ebersberger J. Reduction of CT artifacts caused by metallic implants. Radiology 1987; 164: 576–577; (2) Klotz E, Kalender WA Sokiranski R and Felsenberg D, Algorithms for reduction of CT artifacts caused by metallic implants Proc. SPIE 1990; 1234: 642–50; (3) Wang G, Frei T and Vannier MW, A fast iterative algorithm for metal artefact reduction in X-ray CT Acad. Radiol. 2000; 7 607–14; (4) Mahnken AH, Raupach R, Wildberger JE, et al. A new algorithm for metal artifact reduction in computed tomography: in virto and in vivo evaluation after total hip replacement. Invest Radiol 2003; 38: 769–75; (5) Watzke O and Kalender WA 2004, A pragmatic approach to metal artifacts reduction in CT: merging of metal artefact reduced images Eur. Radiol. 2005; 14: 849–56; (6) Bal M, Spies L. Metal artifact reduction in CT using tissue-class modeling and adaptive prefiltering. Med Phys 2005; 33: 2852–59; (7) Oehler M, Buzug TM, Statistical image reconstruction for inconsistent CT projection data. Methods Inf Med 2005; 46: 261–269; (8) Muller J, Buzug TM, Spurious structures created by interpolation-based CT metal artefact reduction. Med Imaging 2009; Physics of Medical Imaging, Proc. SPIE, vol. 7258, 13; March 2009; Lake Buena Vista, Florida; (9) Prell D, Kyriakou Y, Beister M, Kalender WA, A novel forward projection-based metal artefact reduction method for flat-detector computed tomography, Phys. Med Biol. 2009; 54: 6575–6591; (10) Prell D, Kyriakou Y, Struffert T, Doerfler A, Kalender WA, Metal Artifact Reduction for Clipping and Coiling in Interventional C-Arm CT, AJNR Am J Neuroradiology 2010; 31: 634.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass das Metallimplantat gegebenenfalls während der Aufnahme der Computertomographiebilder nicht vollständig erfasst wird. Die Folge sind Messfeldüberschreitungsartefakte (truncation artifacts). Hierdurch kann es zu Bildartefakten kommen, die vornehmlich in dem Bereich auftreten, in dem das Metallimplantat bildlich abgeschnitten ist. Es treten jedoch hierdurch bedingt auch Bildartefakte in anderen Bereichen eines Vorwärtsprojektionsbildes auf. Abschneideartefakte sollten deshalb vermieden werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, Bildartefakte in einem Computertomographiebild noch besser zu unterdrücken, die auf ein Implantat in einem biologischen Objekt zurückzuführen sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie einen Computertomographen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bereitstellen eines 3D-Bilddatensatzes mit unterdrückten Bildartefakten zu einem biologischen Objekt, welches ein Element aus Material enthält, das Röntgenstrahlung eines Computertomographen stärker absorbiert als biologisches Gewebe. Das erfindungsgemäße Verfahren umfassen die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen zumindest eines ersten 3D-Bilddatensatzes zur Beschreibung des Elements;
- b) Gewinnen eines zweiten 3D-Bilddatensatzes bzgl. des biologischen Objekts mittels des Computertomographen, wobei der zweite 3D-Bilddatensatz Daten betreffend das Element umfasst;
- c) Registrieren des ersten 3D-Bilddatensatzes mit dem zweiten 3D-Bilddatensatz;
- d) Anhand der Bildregistrierung Ändern von Grauwerten des zweiten 3D-Bilddatensatzes in Abhängigkeit von Grauwerten des ersten 3D-Bilddatensatzes und so Erzeugen eines modifizierten zweiten 3D-Bilddatensatzes mit unterdrückten Bildartefakten.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Fehler in Daten des vom Computertomographen gewonnenen 3D-Bilddatensatzes vermeiden, sodass bereits vor Durchführung einer möglichen Vorwärtsprojektion sichergestellt ist, dass in dem resultierenden Computertomographiebild Artefakte, welche auf das Element zurückzuführen sind, unterdrückt werden. Während gemäß dem Stand der Technik erst nach Durchführung der Vorwärtsprojektion eine Bildmanipulation zur Unterdrückung von Artefakten stattfindet, setzt das erfindungsgemäße Verfahren in einem früheren Bildbearbeitungsstadium an, in dem bereits der zugrunde liegende 3D-Bilddatensatz manipuliert bzw. verbessert wird. Als Datenbasis für diese Manipulation stehen nicht nur die vom Computertomographen gewonnen 3D-Bilddatensätze zur Verfügung, sondern es wird insbesondere ein Vergleichs-3D-Bilddatensatz bereitgestellt, mit dem sich fehlerbehaftete Daten ergänzen bzw. ersetzen und so verbessern lassen. Insbesondere wird es möglich, durch Vergleich eines Bildes, welches die Artefakte aufweist, mit einem artefaktfreien Vergleichsbild die ursprünglich vorhandenen Bildmängel zu unterdrücken bzw. zu beseitigen.
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Bei dem Element kann es sich insbesondere um ein Metallimplantat in dem biologischen Objekt handeln, welches insbesondere ein Körperteil eines Lebewesens sein kann. Das Element kann insbesondere für Röntgenstrahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs opak sein. Der erste 3D-Bilddatensatz, durch den das Element beschrieben wird, kann insbesondere so beschaffen sein, dass er eine artefaktfreie bildliche Darstellung des Element zulässt. Der zweite 3D-Bilddatensatz kann insbesondere durch Rückprojektion aus Projektionsbildern gewonnen werden, welche von dem Computertomographen in verschiedenen Winkelstellung zum biologischen Objekt an selbigem aufgenommen werden. Unter dem Registrieren bzw. Bildregistrieren in Schritt c) ist insbesondere ein lage- und dimensionsrichtiges Zuordnen des ersten 3D-Bilddatensatzes zu dem zweiten 3D-Bilddatensatz zu verstehen. Es kann eine Abbildungsvorschrift vorgegeben sein, welche eine Abstimmung eines dem ersten 3D-Bildatensatz zugeordneten Koordinatensystems zu einem dem zweiten 3D-Bilddatensatz zugeordneten Koordinatensystem erlaubt. In Schritt c) kann insbesondere vorgesehen sein, Daten des zweiten 3D-Bilddatensatzes, welche einem artefaktbehafteten Bildbereich zugeordnet sind, durch korrespondierende Daten des ersten 3D-Bilddatensatzes zu ersetzen.
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Vorzugsweise wird bezüglich des zweiten 3D-Bilddatensatzes ein Segmentierverfahren durchgeführt, sodass Bildcharakteristika, welche dem Element zuordenbar sind, hervorgehoben werden. Im Rahmen des Segmentierverfahrens werden insbesondere sich aus dem zweiten 3D-Bilddatensatz ergebende Voxel (dreidimensionale Pixel) Bereichen des biologischen Objekt zugeordnet, die von dem Element eingenommen sind. Im Rahmen des Segmentierverfahrens werden insbesondere Intensitätsschwellwerte für Grauwerte festgelegt, wobei bei Über- bzw. Unterschreiten des Schwellwerts eine Zuordnung des Voxels zu dem Element erfolgt. Auf diese Art ist eine eindeutige Identifikation des Elements im biologischen Objekt möglich. Der im Rahmen der Bildregistrierung durchzuführende Abgleich zwischen dem ersten und dem zweiten 3D-Bilddatensatz gestaltet sich sehr einfach.
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Vorzugsweise wird aus dem modifizierten zweiten 3D-Bilddatensatz ein 2D-Bilddatensatz gewonnen und hieraus ein Computertomographiebild erzeugt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Computertomographiebild um ein Vorwärtsprojektionsbild und/oder ein Röntgenschnittbild. Vorzugsweise wird dann auf das Computertomographiebild ein Interpolationsverfahren angewandt, um eine Verringerung von Artefakten in dem Computertomographiebild zu erzielen. Besonders bevorzugt ist hierbei eine lineare Interpolation. Dann werden die Artefakte nicht nur durch Manipulation des 3D-Bilddatensatzes unterdrückt, sondern es erfolgt eine weitere Verbesserung des resultierenden Bildes durch eine abschließende Glättung. Insbesondere Metallimplantate lassen sich auf diese Art in dem biologischen Objekt im resultierenden Computertomographiebild besonders gut identifizieren. Die Zweistufigkeit des Verfahrens verbessert insgesamt die resultierende Bildqualität.
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Vorzugsweise umfasst der zweite 3D-Bilddatensatz Daten, welche Volumenelementen des biologischen Objekts zuordenbar sind. Vorzugsweise werden dann in Schritt d) des Verfahrens im zweiten 3D-Bilddatensatz zumindest Grauwerte zu solchen Volumenelementen geändert, welche aufgrund der Bildregistrierung räumlichen Positionen des Elements in dem biologischen Objekt zuordenbar sind. Es kann hierbei insbesondere ein Ersatz bzw. ein Austausch von Volumenelementen (Voxeln) im zweiten 3D-Bilddatensatz durch korrespondierende Volumenelemente des 3D-Bilddatensatzes erfolgen. Der modifizierte zweite 3D-Bilddatensatz ergibt sich dann insbesondere durch eine additive Kombination von Daten des ersten 3D-Bilddatensatzes mit Daten des zweiten 3D-Bilddatensatzes. Fehlerbehaftete Daten des zweiten 3D-Bilddatensatzes können auf diese Art besonders effektiv ergänzt werden. Auch einzelne fehlerbehaftete Voxel, welche zu Bildartfakten führen, lassen sich vermeiden.
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Vorzugsweise wird in Schritt a) der zumindest eine 3D-Bilddatensatz in einer Datenbank bereitgestellt, wobei die Datenbank zumindest zwei unterschiedliche 3D-Bildatensätze umfasst, welche verschiedene Elemente beschreiben. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jeder erste 3D-Bilddatensatz in der Datenbank einer spezifischen Art von Implantat zugeordnet ist. Im Rahmen der Bildregistrierung kann dann insbesondere vorgesehen sein, dass der erste 3D-Bilddatensatz für die Modifikation des zweiten 3D-Bilddatensatzes herangezogen wird, der die größte bildliche Ähnlichkeit zu einem bestimmten Bildbereich im ersten 3D-Bilddatensatz aufweist. Hierfür kann eine Bildregistrierung zwischen dem zweiten 3D-Bilddatensatz und allen ersten 3D-Bilddatensätzen in der Datenbank stattfinden, wobei dann genau der erste 3D-Bilddatensatz verwendet wird, der die größten Ähnlichkeitswerte aufweist.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der in Schritt A bereitgestellte erste 3D-Bilddatensatz in einem vorausgehenden Schritt über eine Bilderfassung eines realen Elements gewonnen wird und/oder mittels eines Modells der konstruktiven Festkörpergeometrie gewonnen wird.
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Der erste 3D-Bilddatensatz kann also insbesondere durch eine fotographische oder tomographische Erfassung des realen Elements bereitgestellt werden. Es können Modelle von Standardimplantaten (Schrauben, Hüften, Stäbe, etc) mit Hilfe von Methoden der konstruktiven Festkörpergeometrie (CSG, constructive solid geometry) bereitgestellt werden. Auf diese Art lässt sich der erste 3D-Bilddatensatz besonders realitätsnah gestalten und trägt so zur besonders effektiven Kompensation von Bildartefakten bei. Die Verwendung einer Datenbank ist zweckmäßig, da üblicherweise nur eine überschaubare Zahl definierter Implantate Anwendung findet.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte:
- – Prüfen ob der in Schritt b) gewonnene zweite 3D-Bilddatensatz ein Messfeldüberschreitungsartefakt umfasst, welches von einer nicht vollständigen geometrischen Erfassung des biologischen Objekt im Schritt des Gewinnens des zweiten 3D-Bilddatensatzes verursacht ist, und falls dies der Fall ist:
- – Unterdrücken des Messfeldüberschreitungsartefakts mittels eines Extrapolationsverfahrens, welches an dem zweiten 3D-Bilddatensatz durchgeführt wird. Auf diese Art lassen sich auch solche Artefakte unterdrücken, die nicht nur auf das Material des Elements sondern auch auf seine nicht vollständige Erfassung im Rahmen der Computertomographiebildgewinnung zurückzuführen sind.
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Im Rahmen des Extrapolationsverfahrens können insbesondere Daten des zweiten 3D-Bilddatensatzes in Abhängigkeit von Daten des ersten 3D-Bilddatensatzes verändert und/oder ergänzt und/oder ersetzt werden. Dann sind besonders wenige zusätzliche Annahmen erforderlich, um abgeschnittene Bildbereiche mittels Extrapolation zu ergänzen. Durch den ersten 3D-Bilddatensatz ist eine umfassende Datenbasis für eine besonders realistische Extrapolation geschaffen. Die sich ergebenden Computertomographiebilder sind dann besonders aussagekräftig und erleichtern es dem behandelnden Arzt ein Implantat im biologische Objekt zu identifizieren.
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Ein erfindungsgemäßer Computertomograph umfasst eine Röntgenquelle, einen Detektor und eine Bildauswertevorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Bei dem Computertomographen kann es sich insbesondere um einen verfahrbar ausgebildeten Röntgen-C-Bogen-Computertomographen handeln, welcher nur unter zuhilfenahme weicher Röntgenstrahlung (also Röntgenstrahlung geringer Intensität) arbeitet. In dieser Art von Computertomograph treten Metallartefakte besonders stark zutage, da Implantate die weiche Röntgenstrahlung nahezu vollständig vom Detektor abschirmen.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Computertomographen.
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Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematishe Darstellung eines Röntgen-C-Bogen-Computertomographen; und
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2 eine schematische Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Computertomographen 18 mit einem Röntgen-C-Bogen 36, an dessen einen Ende eine Röntgenquelle 28 befestigt ist und Röntgenstrahlung S in Richtung eines Röntgendetektors 30 aussendet. Zwischen der Röntgenquelle 28 und dem Röntgendetektor 30 ist ein Patient 34 auf einem Tisch angeordnet, wobei ein Körperteil 14 des Patienten 34 von der Röntgenstrahlung S durchstrahlt wird.
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Der Röntgen-C-Bogen 36 ist drehbeweglich ausgebildet und kann auf diese Art das Körperteil 14 aus verschiedenen Perspektiven bzw. unter verschiedenen Winkeln erfassen. Auf diese Art können über den Röntgendetektor 30 verschiedene Röntgenprojektionsbilder erfasst werden, welche dem Rechner 32 übermittelt werden. Im Rechner 32 kann über ein Verfahren zur Rückprojektion aus den Projektionsbildern ein 3D-Bilddatensatz 22 rekonstruiert werden.
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Der 3D-Bilddatensatz 22 des Körperteils 14 ist schematisch in 2 veranschaulicht. Im Ausführungsbeispiel enthält das Körperteil 14 eine aus Metall ausgebildete Schraube 16, bei der es sich um ein Implantat im Körper des Patienten 34 handelt. Die Schraube 16 ist für die Röntgenstrahlung S intransparent. Hierdurch werden Bildartefakte 12 im 3D-Bilddatensatz 22 bedingt. Deshalb wird ein Verfahren vorgeschlagen, im Rahmen dessen vordefinierte dreidimensionale Modelle von Implantaten verwendet werden, um eine verbesserte Segmentierung am 3D-Bilddatensatz 22 zu ermöglichen. Diese Art der Segmentierung erlaubt dann eine verbesserte Identifikation der Schraube 16 im dreidimensionalen Raum. Eine Erkenntnis besteht darin, in den Schritt der Segmentierung so einzugreifen, dass durch Metallimplantate verursachte Bildartefakte vermieden werden. Eine unzureichende Segmentierung der Schraube 16 im dreidimensionalen Raum würde nämlich zwangsläufig dazu führen, dass aus dem Stand der Technik bekannte Interpolationsverfahren zur Verbesserung der Bildqualität scheitern bzw. nur unbefriedigende Ergebnisse liefern. Für eine effektive Interpolation ist nämlich erforderlich, bereits Kenntnis über die korrekte Lage der Schraube 16 im Körperteil 14 zu haben.
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Das Verfahren wird nun wie folgt durchgeführt:
Im Rechner 32 wird eine Datenbank 26 bereitgestellt, in der 3D-Modelle von typischen medizinischen Implantaten abgelegt sind. Mit diesen Modellen sind Daten betreffend die korrekte Form und die korrekte Dimension des Implantats abgelegt. Typische Implantate sind hierbei Schrauben, Platten oder Prothesen. Im Ausführungsbeispiel werden die 3D-Modelle der Implantate über CSG (constructive solid geometry)-Object-Modeling bereitgestellt. Da die räumliche Auflösung typischer Computertomografiesysteme nicht besonders hoch ist, sind auch vergleichsweise geringe räumliche Auflösungen dieser 3D-Modelle ausreichend.
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Bereits im 3D-Bilddatensatz 22 erlaubt ein Bildverarbeitungsprogramm im Rechner 32 die grobe Identifikation der Schraubenposition 24. Durch einen Abgleich der Schraubenposition 24 mit den Daten in der Datenbank 26 kann der Rechner 32 die 3D-Bildvorlage 20 dem 3D-Bilddatensatz 22 zuordnen. Der 3D-Bilddatensatz 22 wurde aus den abgeschnittenen Computertomografiedaten, welche unter Einsatz geringer Röntgendosen gewonnen wurden, erzeugt. Die 3D-Rekontruktion erfolgt dann auf die aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise, wobei eine dreidimensional rekonstruierte Volumenregion, welche das Metall enthält, dem 3D-Bilddatensatz 22 zu Grunde liegt. An dem 3D-Bilddatensatz 22 können dann konventionelle Extrapolationsmethoden angewandt werden um mögliche Abschneideartefakte zu kompensieren.
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Aufgrund der Schraube 16 ist jedoch der 3D-Bilddatensatz 22 fehlerbehaftet, sodass die dreidimensionalen Voxel die reale Situation nur unzureichend wiedergeben. Der 3D-Bilddatensatz 22 ist deshalb für eine korrekte Segmentierung ungeeignet.
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In einem Schritt R erfolgt deshalb eine Bildregistrierung der 3D-Bildvorlage 20 mit dem 3D-Bilddatensatz 22 bzw. den Voxeln, welche der Schraubenposition zugeordnet sind. Es kann hierbei auch vorgesehen sein, dass die 3D-Bildvorlage 20 an der dem Patienten 34 tatsächlich implantierten Schraube 16 gewonnen wurde.
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Die Bildregistrierung im Schritt R erfolgt in drei Stufen:
- – Es wird eine einfache intensitätsschwellwertbasierte Segmentierung am 3D-Bilddatensatz 22 durchgeführt, um Voxel zu entfernen, die sich Luft und Wasser zuordnen lassen. Hierbei wird der Schwellwert für Wasser so gewählt, dass Knochen oder Metallsegmente im 3D-Bilddatensatz 22 bestehen bleiben. Durch diesen Schritt ist sichergestellt, dass Rechenzeit und Rechenkosten gering gehalten werden und dennoch ein sehr guter Abgleich mit der 3D-Bildvorlage 20 gewährleistet ist.
- – Nun wird ein Algorithmus ausgeführt, mit dem die 3D-Bildvorlage 20 mit dem 3D-Bilddatensatz 22 abgeglichen wird. Dieser Algorithmus kann auf einem Kreuzkorrelationsverfahren beruhen, um die wahrscheinlichste Lage der implantierten Schraube 16 (Schraubenposition 24) im 3D-Bilddatensatz 22 zu identifizieren.
- – Die 3D-Bildvorlage 20 wird dem 3D-Bilddatensatz 22 überlagert, wobei ein rigides oder nicht nicht-rigides Verfahren zur Bildregistrierung Anwendung finden kann. Nicht rigide Bildregistrierungsverfahren eignen sich insbesondere für elastische Implantate.
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Auf diese Art wird ein modifizierter 3D-Bilddatensatz erzeugt, der dem 3D-Bild 10 zugrunde liegt. Das 3D-Bild 10 kann nun wiederum vorwärts projiziert werden, um einen 2D-Bilddatensatz zu erzeugen. An den 2D-Bilddatensatz kann schließlich eine Bildinterpolation durchgeführt werden, um die Bildqualität weiter zu verbessern.
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Im Ausführungsbeispiel lässt sich die Schraubenposition 24 in 3D-Bilddatensatz 22 nur erahnen. Kanten und Ausdehnung der Schraube 16 sind nur schwer zu identifizieren und die Gestalt der Schraube erscheint verwaschen. In diesem Fall würden aus dem Stand der Technik bekannte Rekonstruktionsverfahren scheitern, da die fehlerbehaftete Datenmenge besonders groß ist. Dies gilt insbesondere für konventionelle schwellwertbasierte Segmentierverfahren. Das vorliegende Verfahren überwindet diesen Nachteil, indem das verwaschene Bild der Schraube 16 im 3D-Bilddatensatz 22 durch die 3D-Bildvorlage 20 ersetzt wird. Um diesen Ersatz automatisiert zu erzielen, wird im Schritt R die Bildregistrierung durchgeführt.
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Um festzustellen, ob die Durchführung des Verfahrens erforderlich ist, kann anfangs anhand des 3D-Bilddatensatzes 22 ein Qualitätsfaktor bestimmt werden. Alternativ kann der Qualitätsfaktor auch bereits aus den ursprünglichen Projektionsdaten (also vor der Rückprojektion) ermittelt werden. Hierbei wird ein minimaler Grauwert G0 festgelegt, der für den jeweiligen Röntgendetektor 30 charakteristisch ist. Anschließend wird die Anzahl der Pixel, deren Grauwert kleiner als G0 ist durch die Gesamtzahl aller Pixel dividiert. Dies liefert ein Maß für den Anteil fehlerbehafteter Daten. Überschreitet dieser Anteil einen festlegbaren Schwellwert, so kann von einer hohen Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein eines Metallimplantats ausgegangen und das Bildmodifikationsverfahren durchgeführt werden.
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Im Ausführungsbeispiel ist der Computertomograph 18 verfahrbar ausgebildet. Verfahrbare Röntgen-C-Bogen-Tomographen besitzen eine vergleichsweise geringe Röntgenstrahlleistung, so dass an ihnen Metallartefakte in den resultierenden Computertomographiebildern gehäuft auftreten. Das vorgeschlagene Verfahren bewährt sich deshalb insbesondere für diese Art von Computertomographen. Alternativ kann das Verfahren jedoch auch bei allen anderen klinischen Computertomographiegeräten eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Kalender WA, Hebel R, Ebersberger J. Reduction of CT artifacts caused by metallic implants. Radiology 1987; 164: 576–577 [0005]
- Klotz E, Kalender WA Sokiranski R and Felsenberg D, Algorithms for reduction of CT artifacts caused by metallic implants Proc. SPIE 1990; 1234: 642–50 [0005]
- Wang G, Frei T and Vannier MW, A fast iterative algorithm for metal artefact reduction in X-ray CT Acad. Radiol. 2000; 7 607–14 [0005]
- Mahnken AH, Raupach R, Wildberger JE, et al. A new algorithm for metal artifact reduction in computed tomography: in virto and in vivo evaluation after total hip replacement. Invest Radiol 2003; 38: 769–75 [0005]
- Watzke O and Kalender WA 2004, A pragmatic approach to metal artifacts reduction in CT: merging of metal artefact reduced images Eur. Radiol. 2005; 14: 849–56 [0005]
- Bal M, Spies L. Metal artifact reduction in CT using tissue-class modeling and adaptive prefiltering. Med Phys 2005; 33: 2852–59 [0005]
- Oehler M, Buzug TM, Statistical image reconstruction for inconsistent CT projection data. Methods Inf Med 2005; 46: 261–269 [0005]
- Muller J, Buzug TM, Spurious structures created by interpolation-based CT metal artefact reduction. Med Imaging 2009; Physics of Medical Imaging, Proc. SPIE, vol. 7258, 13; March 2009; Lake Buena Vista, Florida [0005]
- Prell D, Kyriakou Y, Beister M, Kalender WA, A novel forward projection-based metal artefact reduction method for flat-detector computed tomography, Phys. Med Biol. 2009; 54: 6575–6591 [0005]
- Prell D, Kyriakou Y, Struffert T, Doerfler A, Kalender WA, Metal Artifact Reduction for Clipping and Coiling in Interventional C-Arm CT, AJNR Am J Neuroradiology 2010; 31: 634 [0005]
