DE102012024961A1 - Shaping filter for dose optimization of x-ray device for generation of sectional images of object for computer tomography, has single solid unit comprising two materials, and angle-dependent filters realizing beam parameter correction - Google Patents

Shaping filter for dose optimization of x-ray device for generation of sectional images of object for computer tomography, has single solid unit comprising two materials, and angle-dependent filters realizing beam parameter correction Download PDF

Info

Publication number
DE102012024961A1
DE102012024961A1 DE201210024961 DE102012024961A DE102012024961A1 DE 102012024961 A1 DE102012024961 A1 DE 102012024961A1 DE 201210024961 DE201210024961 DE 201210024961 DE 102012024961 A DE102012024961 A DE 102012024961A DE 102012024961 A1 DE102012024961 A1 DE 102012024961A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
filter
angle
dependent
materials
noise
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201210024961
Other languages
German (de)
Inventor
Ferdinand Lück
Felix Althoff
Daniel Kolditz
Harry Schilling
Martin Hupfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AB-CT - ADVANCED BREAST-CT GMBH, DE
Original Assignee
MIR MEDICAL IMAGING RESEARCH HOLDING GmbH
MIR MEDICAL IMAGING Res HOLDING GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MIR MEDICAL IMAGING RESEARCH HOLDING GmbH, MIR MEDICAL IMAGING Res HOLDING GmbH filed Critical MIR MEDICAL IMAGING RESEARCH HOLDING GmbH
Priority to DE201210024961 priority Critical patent/DE102012024961A1/en
Publication of DE102012024961A1 publication Critical patent/DE102012024961A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03Computed tomography [CT]
    • A61B6/032Transmission computed tomography [CT]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/40Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4035Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis the source being combined with a filter or grating
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/54Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/542Control of apparatus or devices for radiation diagnosis involving control of exposure
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/58Testing, adjusting or calibrating thereof
    • A61B6/582Calibration
    • A61B6/583Calibration using calibration phantoms
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/10Scattering devices; Absorbing devices; Ionising radiation filters

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

The filter (59) has a single solid unit that comprises two materials, where composition of the two materials comprises homogenous material mixture and heterogeneous structured material mixture. The filter optimizes image quality relevant parameters such as pixel noise, scattered radiation intensity or attenuation value representation. An angle-dependent filter realizes beam parameter correction for marker making. The angle-dependent filter realizes beam parameter correction for the cut image formation that is dependent on the cone angle.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Methode zur Bestimmung eines Formfilters für Computertomographen (CT).The invention relates to a method for determining a shape filter for computed tomography (CT).

Stand der TechnikState of the art

Im Patent DE 10 2009 053 523 B4 wird ein Formfilter für CT-Geräte zur Optimierung der Dosiseffizienz beschrieben. Unter der Dosiseffizienz ist der Zusammenhang zu verstehen zwischen der Dosis, die dem Patienten appliziert wurde, und der bei der Rekonstruktion durch Gewichtung zur Bildqualität beitragenden Dosis.In the patent DE 10 2009 053 523 B4 describes a shape filter for CT devices to optimize dose efficiency. Dose efficiency is the relationship between the dose administered to the patient and the dose contributing to the image quality during reconstruction by weighting.

Aufgrund der Tatsache, dass bei der Rekonstruktion die äußeren Detektorzeilen im Vergleich zu den zentralen Detektorzeilen niedriger gewichtet werden, ist die Dosiseffizienz in diesem Bereich geringer. Der beschriebene Formfilter, welcher in positiver und negativer z-Richtung (CT-Rotationsachse), d. h. zum Rand des Filters (peripherer Bereich) hin, an Dicke zunimmt, reduziert in diesem Bereich die Dosis und trägt somit dazu bei die gesamte Dosiseffizienz bei der Rekonstruktion zu verbessern. Die Dosiseffizienz im peripheren Detektorbereich wird dabei nicht direkt verbessert, jedoch das Verhältnis zu den zentralen Detektorzeilen verringert und somit die Dosiseffizienz der gesamten Untersuchung erhöht. Die Form des Filters richtet sich nach der in der Rekonstruktion verwendeten Gewichtungsfunktion der Detektorzeilen und ist unabhängig von der Form und Größe des Patienten.Due to the fact that during reconstruction the outer detector rows are weighted lower compared to the central detector rows, the dose efficiency is lower in this range. The described shape filter, which in positive and negative z-direction (CT rotation axis), d. H. towards the edge of the filter (peripheral area), increasing in thickness, reduces the dose in this area and thus contributes to improving the overall dose efficiency in the reconstruction. The dose efficiency in the peripheral detector area is not directly improved, but the ratio to the central detector lines is reduced, thus increasing the dose efficiency of the entire examination. The shape of the filter depends on the weighting function of the detector lines used in the reconstruction and is independent of the shape and size of the patient.

Im Patent DE 10 2009 012 631 B4 wird ein Formfilter zur Optimierung der Dosis im Patienten beschrieben. Dieser Filter ist in Fächerstrahlrichtung geformt und in z-Richtung konstant. Seine Form wird dahingehend angepasst, dass bei einem CT-Scan eines Standardobjekts vorgegebener Geometrie, in diesem eine homogene Dosisverteilung erreicht wird.In the patent DE 10 2009 012 631 B4 a shape filter is described for optimizing the dose in the patient. This filter is shaped in the fan beam direction and constant in the z direction. Its shape is adapted so that in a CT scan of a standard object of predetermined geometry, in this a homogeneous dose distribution is achieved.

Beschreibungdescription

Bei der hier vorgestellten Methode zur Erstellung eines Formfilters ist das Ziel, ein definiertes bzw. homogenes Rauschen und/oder eine definierte bzw. homogene Streustrahlungsintensität und/oder Schwächungswertrepräsentation im rekonstruierten Bild zu erhalten.In the method presented here for producing a shape filter, the goal is to obtain a defined or homogeneous noise and / or a defined or homogeneous scattered radiation intensity and / or attenuation value representation in the reconstructed image.

Beispielhaft wird dies in der Beschreibung anhand des Parameters Rauschen im rekonstruierten Bild zu erhalten dargestellt ohne dabei eine Einschränkung des eigentlichen Erfindungsgedankens vorzunehmen. Der übliche Ansatz, um dieses Ziel zu erreichen, ist eine homogene Rauschverteilung am Detektor zu gewährleisten. Jedoch führt dies nicht zu einem gleichverteiltem Rauschen in den CT-Bildern, da aufgrund der in der Rekonstruktion üblicherweise verwendeten Filtered Back Projektion (FBP) unterschiedliche Gewichtungen verwendet werden. Dabei werden periphere Detektorelemente geringer als zentrale gewichtet, wodurch das Rauschen in den peripheren Regionen des CT-Bildes zunimmt. Bei dieser Methode wird ausgehend von einem herkömmlichen Formfilter mit homogenem Rauschen am Detektor ein Formfilter mit Hilfe eines von der Rekonstruktion hergeleiteten FBP-Korrekturfaktors, auf ein homogenes Rauschen in den CT-Bildern optimiert. Dieser vom Strahlwinkel abhängige Korrekturfaktor reduziert die im ersten Schritt bestimmte Dicke des Filters, um die Intensität am Detektor zu erhöhen und um dadurch die in der Rekonstruktion ungleichmäßige Gewichtung der Detektorelemente auszugleichen.By way of example, this is illustrated in the description on the basis of the parameter Noise in the reconstructed image, without restricting the actual concept of the invention. The usual approach to achieve this goal is to ensure a homogeneous noise distribution at the detector. However, this does not result in evenly distributed noise in the CT images since different weightings are used due to the Filtered Back Projection (FBP) commonly used in reconstruction. In this case, peripheral detector elements are weighted less than central, which increases the noise in the peripheral regions of the CT image. In this method, starting from a conventional homogeneous noise form filter at the detector, a shape filter is optimized for homogeneous noise in the CT images by means of an FBP correction factor derived from the reconstruction. This beam angle dependent correction factor reduces the thickness of the filter determined in the first step to increase the intensity at the detector and thereby compensate for the nonuniform weighting of the detector elements in the reconstruction.

Der Filter besteht zudem aus einer Einheit, wodurch Artefakte, welche durch Kanten hervorgerufen werden, verhindert werden können. Diese Einheit kann aus ein, zwei oder mehreren Materialen hergestellt werden, welche aus einer homogenen und/oder heterogen strukturierten Materialmischung bestehen. Es können dabei die für die Röntgenfilterung üblichen Materialien verwendet werden, wie z. B. Aluminium, Kupfer, Karbon, Polytetrafluorethylen oder auch Brust-äquivalentes Material.The filter also consists of one unit, which prevents artefacts caused by edges. This unit can be made of one, two or more materials which consist of a homogeneous and / or heterogeneously structured material mixture. It can be used in the usual materials for X-ray filtering materials such. As aluminum, copper, carbon, polytetrafluoroethylene or breast-equivalent material.

Der Filter ist einheitlich aufgebaut, d. h. der Filter besteht aus einer einzigen festen Baugruppe und nicht aus mehreren Teilbaugruppen, welche gegeneinander bewegt werden können. Die Filterbaugruppe selbst, kann aus einem Monoblock eines Filtermaterials oder aus einer Kombination unterschiedlicher Filtermaterialien bestehen.The filter is uniform, d. H. The filter consists of a single fixed assembly and not of several sub-assemblies, which can be moved against each other. The filter assembly itself may consist of a monobloc of a filter material or a combination of different filter materials.

Die Filtermaterialien können aus einer homogenen und/oder heterogen strukturierten Materialmischung bestehen. Für den Filter geeignete Materialien sind z. B. Aluminium, Kupfer, Karbon, Polytetrafluorethylen oder auch Brust-äquivalentes Material.The filter materials may consist of a homogeneous and / or heterogeneously structured material mixture. For the filter suitable materials are for. As aluminum, copper, carbon, polytetrafluoroethylene or breast-equivalent material.

Für das Design des erfindungsgemäßen Formfilters wird eine CT-Geometrie mit einem Fokus-Isozentrum-Abstand (FIA) und einem Isozentrum-Detektor-Abstand (IDA) angenommen. Der Filter wird in einem Fokus-Filter-Abstand (FFA) platziert und das zylinderförmige homogene Phantom (Phantom wird hier in der Beschreibung als Synonym für jegliche Art von Objekten zur Kalibrierung und Untersuchung, wie z. B. die menschliche Brust, verstanden) mit Radius R im Isozentrum. Die Photonenflussdichte des Röntgenstrahls am Detektor NDetektor(θ) wird durch die Formfilterdicke dFilter(θ) und durch die zurückgelegte Strecke im Phantom dPhantom(θ) geschwächt. NDetektor(θ) wird mit Gleichung (1) in Abhängigkeit des Fächerwinkels θ bestimmt. For the design of the shape filter according to the invention, a CT geometry with a focus-isocenter distance (FIA) and an isocenter-detector distance (IDA) is assumed. The filter is placed in a focus-to-filter distance (FFA) and the cylindrical homogeneous phantom (phantom is understood in the description to be synonymous with any type of calibration and examination object, such as the human breast) Radius R in the isocenter. The photon flux density of the X-ray beam at the detector N detector (θ) is attenuated by the shape filter thickness d filter (θ) and by the distance traveled in the phantom d phantom (θ). N detector (θ) is determined with equation (1) as a function of the fan angle θ.

Figure DE102012024961A1_0002
Figure DE102012024961A1_0002

Die zurückgelegte Weglänge des Röntgenstrahls im Phantom wird in Abhängigkeit vom Radius und vom FIA berechnet (2).The distance traveled by the X-ray in the phantom is calculated as a function of the radius and of the FIA (2).

Figure DE102012024961A1_0003
Figure DE102012024961A1_0003

Das Spektrum der Röntgenquelle wird unter Berücksichtigung der Röntgenröhrenspannung, der entsprechenden Vorfilterung der Röntgenröhre und des Anodenwinkel der Röntgenröhrenanode berechnet.The spectrum of the X-ray source is calculated taking into account the X-ray tube voltage, the corresponding pre-filtering of the X-ray tube and the anode angle of the X-ray tube anode.

Um den Röntgenstrahl entsprechend zu schwächen, wird die Filterdicke in Abhängigkeit des Fächerwinkels θ und der zurückgelegten Strecke im Phantom dPhantom(θ) berechnet. Ziel ist es das inhomogene Rauschen in den rekonstruierten CT-Bildern zu reduzieren, welches von der fächerwinkelabhängigen Photonenflussdichte am Detektor herrührt. Üblicherweise kommt es ohne die Verwendung eines Formfilters zu einer höheren Photonendichte am Rand des Detektors verglichen zum Zentrum, was wiederum zu geringerem Rauschen führt. Diese Rauschinhomogenität spiegelt sich auch in den rekonstruierten Bildern wieder. Daher wird, um homogenes Rauschen in den CT-Bilder zu erhalten, das winkelabhängige Rauschen am Detektor angeglichen (3). Für einen idealen Detektor beruht das Rauschen auf einer Poisson-Verteilung der eintreffenden Photonenanzahl Ndetector(θ) (1). Mit Hilfe einer für jeden Winkel angepassten Filterdicke ist es möglich, ein homogen verteiltes Rauschen am Detektor zu erreichen.In order to weaken the X-ray accordingly, the filter thickness is calculated as a function of the fan angle θ and the distance traveled in the phantom d phantom (θ). The aim is to reduce the inhomogeneous noise in the reconstructed CT images, which results from the fan angle-dependent photon flux density at the detector. Typically, without the use of a shape filter, there will be a higher photon density at the edge of the detector compared to the center, which in turn will result in less noise. This noise inhomogeneity is also reflected in the reconstructed images. Therefore, to obtain homogeneous noise in the CT images, the angle-dependent noise is matched at the detector (3). For an ideal detector, the noise is based on a Poisson distribution of the incident number of photons N detector (θ) (1). With the help of a filter thickness adapted to each angle, it is possible to achieve a homogeneously distributed noise at the detector.

Figure DE102012024961A1_0004
Figure DE102012024961A1_0004

Jedoch kann, aufgrund der Kegelstrahlrekonstruktion mit einer gewöhnlichen gefilterten Rückprojektion (FBP), kein gleichverteiltes Rauschen in den rekonstruierte Bildern erlangt werden. Dies resultiert aus einer festen Grenzfrequenz des Faltungskern in der Rekonstruktion, welche für alle Volumenelemente verwendet wird. Die hochfrequenten Rauschkomponenten in der Peripherie des CT-Bildes werden folglich, verglichen zum zentralen Bereich, ungleichmäßigen verstärkt. Dies führt zu einer Erhöhung des Rauschens zum Rand des Bildes hin. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß ein winkelabhängiger Korrekturfaktor WFBP(θ) aus der Rekonstruktion hergeleitet, um das Filterdesign zu verbessern und ein homogenes Rauschen in den rekonstruierten Bildern zu erlangen.However, due to conical beam reconstruction with ordinary filtered backprojection (FBP), no uniformly distributed noise can be obtained in the reconstructed images. This results from a fixed cutoff frequency of the convolution kernel in the reconstruction, which is used for all volume elements. The high-frequency noise components in the periphery of the CT image are consequently amplified unevenly as compared with the central region. This leads to an increase in the noise to the edge of the image. For this reason, according to the invention, an angle-dependent correction factor W FBP (θ) is derived from the reconstruction in order to improve the filter design and obtain a homogeneous noise in the reconstructed images.

Für die folgenden Berechnungen wird eine einfache CT-Geometrie zu Grunde gelegt, welche mit dem Rotationswinkel α um den Ursprung eines Kartesischen Koordinatensystems rotiert. Die 2 zeigt einen Röntgenstrahl, welcher von der Quelle ausgehend, mit einem Volumenelement v(x, y) interagiert und auf den Detektor auftrifft p'(x, y, α).The following calculations are based on a simple CT geometry, which rotates with the rotation angle α around the origin of a Cartesian coordinate system. The 2 shows an x-ray beam which, starting from the source, interacts with a voxel element v (x, y) and impinges on the detector p '(x, y, α).

Der in der Rekonstruktion verwendete FBP Algorithmus ist in Gleichung (4) dargestellt wobei R(p', α) die Projektionsdaten sind und h(p' – p) der Faltungskern ist. U(x, y, α) und V(p) sind die räumlichen Gewichtungsfaktoren für jedes rekonstruierte Volumenelement in Abhängigkeit vom Fokus-Detektor Abstand (FDA = FIA + IDA) (5), (6). Die Position des Röntgenstrahls auf dem gekrümmten Detektor p'(x, y, α) wird über das Bogenmaß eines Kreises berechnet mit FIA als Radius (7). Der Fächerwinkel θ kann mit Hilfe einer Koordinatentransformation um den Winkel α mit x und y ausgedrückt werden (8).

Figure DE102012024961A1_0005
V(p) = cos( p / FDA) (6) p'(x, y, α) = FDA·θ(x, y, α) (7)
Figure DE102012024961A1_0006
The FBP algorithm used in the reconstruction is shown in equation (4) where R (p ', α) is the projection data and h (p' - p) is the convolution kernel. U (x, y, α) and V (p) are the spatial weighting factors for each reconstructed volume element as a function of focus-to-detector distance (FDA = FIA + IDA) (5), (6). The position of the X-ray on the curved detector p '(x, y, α) is calculated by the radian of a circle with FIA as radius (7). The fan angle θ can be expressed by means of a coordinate transformation by the angle α with x and y (8).
Figure DE102012024961A1_0005
V (p) = cos (p / FDA) (6) p '(x, y, α) = FDA · θ (x, y, α) (7)
Figure DE102012024961A1_0006

Das inhomogene Rauschen wird durch den Gewichtungsfaktor U(x, y, α) der FBP verursacht. Besonders für kleine FIA und große Fächerwinkel, steigt der Faktor U(x, y, α)–2 für periphere Volumenelemente an und führt wiederum zu erhöhtem Rauschen in diesen Bereichen des CT-Bildes. Diese Ungleichmäßigkeit sollte durch den Faltungskern h(p' – p), mit Hilfe einer geringeren Grenzfrequenz für periphere bzw. außerhalb liegende Bildregionen, kompensiert werden. Stattdessen wird beim Stand der Technik eine feste Grenzfrequenz für alle Volumenelemente verwendet, welche zu einer Erhöhung der hochfrequenten Rauschanteile in der Peripherie führt und somit auch stärkerem Rauschen. Diese Unregelmäßigkeit kann durch die Funktion FFBP(θ) in Abhängigkeit vom Fächerwinkel angenähert werden. In FFBP(θ) wird der Faktor U(x, y, α)–2 über alle Volumenelemente in x- und y-Richtung (Nx, Ny) und Rotationswinkel α(Nα) gemittelt, die in Strahlrichtung unter dem Winkel θ liegen. FFBP(θ) wird auf den zentralen Strahl normalisiert und als Korrekturfaktor WFBP(θ) (10) für das Formfilterdesign verwendet. Aufgrund des erfindungsgemäßen Korrekturfaktors wird die Dicke des Formfilters in der Peripherie, relativ zum ursprünglichen Design, reduziert (11), was wiederum zu einem geringeren Rauschen am Detektor und somit zu einer homogeneren Rauschverteilung im rekonstruierten CT-Bild führt.The inhomogeneous noise is caused by the weighting factor U (x, y, α) of the FBP. Especially for small FIA and large fan angles, the factor U (x, y, α) -2 increases for peripheral volume elements and in turn leads to increased noise in these areas of the CT image. This unevenness should be compensated by the convolution kernel h (p '- p), with the help of a lower cutoff frequency for peripheral or outlying image regions. Instead, in the prior art, a fixed cut-off frequency is used for all volume elements, which leads to an increase in the high-frequency noise components in the periphery and thus also more noise. This irregularity can be approximated by the function F FBP (θ) depending on the fan angle. In F FBP (θ), the factor U (x, y, α) -2 is averaged over all volume elements in the x- and y-directions (N x , N y ) and rotation angle α (N α ) Angle θ lie. F FBP (θ) is normalized to the central beam and used as the correction factor W FBP (θ) (10) for the shape filter design. Due to the inventive correction factor, the thickness of the shape filter in the periphery is reduced (11) relative to the original design, which in turn leads to less noise at the detector and thus to a more homogeneous noise distribution in the reconstructed CT image.

Figure DE102012024961A1_0007
Figure DE102012024961A1_0007

Zur Ermittlung der winkelabhängigen Filterdicken wird NDetektor(θ) für jeden Fächerwinkel berechnet (11) und mit dem zentralen Strahl verglichen. Die Formfilterdicke dFilter(θ) wird dabei iterativ erhöht, um die geringere Schwächung im äußeren Bereich des Phantoms (12) auszugleichen und um die Bedingung des Filterdesigns (3) zu erfüllen. Dies wird für jeden Winkel, mit einer geeigneten Schrittweite, vorzugsweise von 0.1°, wiederholt bis der, für das jeweilige Phantom, maximale Fächerwinkel erreicht wurde. Dies wird für jeden Phantomdurchmesser durchgeführt.For determining the angle-dependent filter thicknesses, N detector (θ) is calculated for each fan angle (11) and compared with the central beam. The shape filter thickness d filter (θ) is iteratively increased to compensate for the lower attenuation in the outer region of the phantom (12) and to meet the condition of the filter design (3). This is repeated for each angle, with a suitable step size, preferably of 0.1 °, until the maximum fan angle for the respective phantom has been reached. This is done for each phantom diameter.

Figure DE102012024961A1_0008
Figure DE102012024961A1_0008

Für die endgültige Herstellung des Formfilters muss die winkelabhängige Dicke von Zylinderkoordinaten in kartesische Koordinaten umgerechnet werden (13), (14). Da der Radius des Phantoms nicht von z abhängt, wird zur Vereinfachung angenommen, dass der Filter in z-Richtung konstant ist. x = SFD·tan(θ) + dFilter(θ)·sin(θ) (13) y = dFilter(θ)· cos(θ) (14) For the final production of the shape filter, the angle-dependent thickness of cylindrical coordinates must be converted into Cartesian coordinates (13), (14). Since the radius of the phantom does not depend on z, it is assumed for simplicity that the filter is constant in the z-direction. x = SFD * tan (θ) + d filter (θ) * sin (θ) (13) y = d filter (θ) · cos (θ) (14)

Für klinische CT Anwendungen, zum Beispiel für ein Brust CT System ist es nicht möglich, aufgrund von räumlicher Begrenzung, individuell für jeden Phantomdurchmesser den optimalen Fromfilter zu verwenden. Eine Möglichkeit dieses Problem zu lösen ist die Verwendung nur eines Formfilters mit einem variablen FFA, welcher für jeden Phantomdurchmesser separat bestimmt wird.For clinical CT applications, for example, for a breast CT system, it is not possible to use the optimal Fromfilter individually for each phantom diameter due to spatial limitations. One way to solve this problem is to use only a shape filter with a variable FFA, which is determined separately for each phantom diameter.

Mit einem veränderbaren FFA und einem für das Phantom angepassten Formfilter wird eine annähernd homogene Rauschverteilung in den rekonstruierten CT-Bildern für alle Phantomdurchmesser erreicht.With a modifiable FFA and a phantom-adapted shape filter, an approximately homogeneous noise distribution is achieved in the reconstructed CT images for all phantom diameters.

Die vorgeschlagene Filterdesign-Methode zeigt eine deutliche Homogenisierung des Rauschens in den CT-Bildern. Sie ist eine neue Methode, um aus der weit verbreiteten Methode den Filter anhand des Rauschens am Detektor anzupassen, mit Hilfe des erfindungsgemäßen FBP Korrekturfaktors deutlich verbesserte CT-Bilder zu erhalten.The proposed filter design method shows a clear homogenization of the noise in the CT images. It is a new method to adapt the filter based on the noise at the detector from the widely used method to obtain significantly improved CT images using the FBP correction factor according to the invention.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

1: Schematische Zeichnung eines CT-Systems mit Verlauf eines Strahlengangs unter dem Winkel θ. 1 : Schematic drawing of a CT system with a path of an optical path at an angle θ.

2: Einfache CT-Geometrie zur Herleitung des FBP Korrekturfaktors 2 : Simple CT geometry for deriving the FBP correction factor

3a: In 3a ist das Detektorrauschen für einen Phantomdurchmesser von 140 mm dargestellt, jeweils simuliert ohne Formfilter, mit Formfilter ohne FBP Korrekturfaktor und mit Formfilter mit FBP Korrekturfaktor. Die Simulation mit unkorrigiertem Formfilter führt zu einem homogenen Detektorrauschen wie aus der Design Bedingung hervorgeht. 3a : In 3a the detector noise is shown for a phantom diameter of 140 mm, simulated without form filter, with form filter without FBP correction factor and with shape filter with FBP correction factor. The simulation with uncorrected shape filter leads to a homogeneous detector noise as the design condition shows.

3b: In 3b ist zu sehen, das diese Art des unkorrigierte Formfilter zu erhöhtem Rauschen in der Peripherie im Vergleich zum Zentrum des rekonstruierten CT-Bildes führen. Bei den Ergebnissen mit Formfilter, welcher mit FBP Korrekturfaktor erstellt wurde, wurde die Rauschverteilung in den rekonstruierten Bildern angeglichen. 3b : In 3b It can be seen that this type of uncorrected shape filter results in increased noise in the periphery as compared to the center of the reconstructed CT image. For the results with shape filter, which was created with FBP correction factor, the noise distribution in the reconstructed images was adjusted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1414
Detektordetector
1515
RöntgenröhreX-ray tube
3131
Brustchest
5757
Kollimatorcollimator
5959
Formfiltershaping filter
170170
Fokus-Filter-Abstand FFA oder SFDFocus Filter Distance FFA or SFD
171171
Fokus-Isozentrum-Abstand FIA oder SIDFocus Isocenter Distance FIA or SID
172172
Isozentrum-Detektor-Abstand IDA oder IDDIsocenter detector distance IDA or IDD
173173
ISO-ZentrumISO-Zentrum
180180
Radius Phantom bzw. ObjektRadius phantom or object
181181
Durchmesser Phantom bzw. ObjektDiameter phantom or object

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009053523 B4 [0002] DE 102009053523 B4 [0002]
  • DE 102009012631 B4 [0004] DE 102009012631 B4 [0004]

Claims (7)

Formfilter zur Dosisoptimierung eines Röntgengerätes zur Erzeugung von Schnittbildern eines Objektes aus auf Intensitätsschwächung der Röntgenstrahlung basierenden, versetzten Projektionsaufnahmen, der hinsichtlich der Korrektur mindestens einer der Objekteigenschaften wie Geometrie oder Intensitätsschwächung des Objektes gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Formfilter mindestens ein für die Bildqualität relevanter Parameter wie Bildpunktrauschen, Streustrahlungsintensität oder Schwächungswertrepräsentation für das Schnittbild und nicht für die Projektion optimiert wird.Form filter for dose optimization of an X-ray machine for generating sectional images of an object based on intensity attenuation of the X-ray, offset projection images, which is designed with respect to the correction of at least one of the object properties such as geometry or intensity attenuation of the object, characterized in that at least one of the image filter for the image quality relevant parameters such as pixel noise, scattered radiation intensity or attenuation value representation for the sectional image and not for the projection is optimized. Formfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Formfilter mindestens ein strahlwinkelabhängiger Korrekturparameter für die Schnittbilderstellung realisiert ist.Mold filter according to claim 1, characterized in that in the form filter at least one beam angle-dependent correction parameter for the sectional image position is realized. Formfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Formfilter mindestens ein strahlwinkelabhängiger Korrekturparameter für die Schnittbilderstellung realisiert ist, der vom Fächerwinkel abhängig ist.Mold filter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one beam angle-dependent correction parameter for the sectional image position is realized in the form filter, which is dependent on the fan angle. Formfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Formfilter mindestens ein strahlwinkelabhängiger Korrekturparameter für die Schnittbilderstellung realisiert ist, der vom Kegelwinkel abhängig ist.Mold filter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one beam angle-dependent correction parameter for the sectional image position is realized in the form filter, which is dependent on the cone angle. Formfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in seiner Zusammensetzung mindestens zwei Materialien enthält.Mold filter according to one of the preceding claims, characterized in that it contains in its composition at least two materials. Formfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dasser in seiner Zusammensetzung mindestens eine homogene Materialmischung enthält.Mold filter according to claim 5, characterized in that it contains in its composition at least one homogeneous material mixture. Formfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in seiner Zusammensetzung mindestens eine heterogen strukturierte Materialmischung enthält.Mold filter according to claim 5, characterized in that it contains in its composition at least one heterogeneously structured material mixture.
DE201210024961 2012-12-20 2012-12-20 Shaping filter for dose optimization of x-ray device for generation of sectional images of object for computer tomography, has single solid unit comprising two materials, and angle-dependent filters realizing beam parameter correction Withdrawn DE102012024961A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210024961 DE102012024961A1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Shaping filter for dose optimization of x-ray device for generation of sectional images of object for computer tomography, has single solid unit comprising two materials, and angle-dependent filters realizing beam parameter correction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210024961 DE102012024961A1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Shaping filter for dose optimization of x-ray device for generation of sectional images of object for computer tomography, has single solid unit comprising two materials, and angle-dependent filters realizing beam parameter correction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012024961A1 true DE102012024961A1 (en) 2014-06-26

Family

ID=50878271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210024961 Withdrawn DE102012024961A1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Shaping filter for dose optimization of x-ray device for generation of sectional images of object for computer tomography, has single solid unit comprising two materials, and angle-dependent filters realizing beam parameter correction

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012024961A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009012631B4 (en) 2009-03-11 2011-07-28 Bayer Schering Pharma Aktiengesellschaft, 13353 Filter for a computer tomograph and computer tomograph
DE102009053523B4 (en) 2009-11-16 2011-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Filter for filtering X-rays and X-ray computed tomography

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009012631B4 (en) 2009-03-11 2011-07-28 Bayer Schering Pharma Aktiengesellschaft, 13353 Filter for a computer tomograph and computer tomograph
DE102009053523B4 (en) 2009-11-16 2011-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Filter for filtering X-rays and X-ray computed tomography

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Niu et al. Scatter correction for full‐fan volumetric CT using a stationary beam blocker in a single full scan
DE102004054405A1 (en) A method and apparatus for reducing artifacts in computed tomography imaging systems
DE10356116A1 (en) Method and apparatus for facilitating artifact reduction
DE102013200337B4 (en) Method, computer tomograph and computer program product for determining intensity values of an X-ray radiation for dose modulation
DE102005005839A1 (en) Method and apparatus for reducing artifacts in cone beam CT image reconstructions
CN107481297A (en) A kind of CT image rebuilding methods based on convolutional neural networks
DE102013219249A1 (en) Method and system for automatic selection of a scan protocol
DE102007036561A1 (en) Method for correcting truncation artifacts in a tomographic image reconstruction reconstructed truncated projection data reconstruction method
DE102012104599A1 (en) Method and system for the reconstruction of tomographic images
DE102009014726A1 (en) Method and image reconstruction device for the reconstruction of image data
DE102006025759A1 (en) Method for image reconstruction of an object with projections and apparatus for carrying out the method
Wang et al. Recent development of low-dose X-ray cone-beam computed tomography
Maaß et al. New approaches to region of interest computed tomography
DE202014002844U1 (en) X-ray filter and X-ray machine
DE102011006188A1 (en) Method for creating tomographic image representations of patient, involves generating tomographic image data sets from direct or indirect scanning results of radiator-detector systems having different modulation transfer functions
DE102006014630B4 (en) Method for correcting truncation artifacts
DE102009044134B4 (en) Apparatus and method for z-position dependent x-ray filtering for an imaging system
DE102009053523A1 (en) Filter i.e. Z-form filter, for filtering X-rays that emanates from X-ray source in e.g. multi-slice X-ray computed tomography for examining patient body, has groove-type recess arranged in center, where filter absorbs or weakens X-rays
Patel et al. Effects on image quality of a 2D antiscatter grid in x‐ray digital breast tomosynthesis: initial experience using the dual modality (x‐ray and molecular) breast tomosynthesis scanner
DE102010011911A1 (en) Tomosynthesis method with an iterative maximum a posteriori reconstruction
Cho et al. Region‐of‐interest image reconstruction with intensity weighting in circular cone‐beam CT for image‐guided radiation therapy
DE19842944B4 (en) Method for reconstructing a three-dimensional image of an object scanned in the course of a tomosynthesis
EP3564906A1 (en) Method for generating image data in a computer tomography unit, image generating computer, computer tomography unit, computer program product and computer-readable medium
DE102012217940A1 (en) Reconstruction of image data
DE102012024961A1 (en) Shaping filter for dose optimization of x-ray device for generation of sectional images of object for computer tomography, has single solid unit comprising two materials, and angle-dependent filters realizing beam parameter correction

Legal Events

Date Code Title Description
R086 Non-binding declaration of licensing interest
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: AB-CT - ADVANCED BREAST-CT GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: MIR MEDICAL IMAGING RESEARCH HOLDING GMBH, 91096 MOEHRENDORF, DE

R021 Search request validly filed
R163 Identified publications notified
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination