DE102012200150A1

DE102012200150A1 - Verfahren zur Streustrahlenkorrektur eines Röntgenbildes und Röntgeneinrichtung

Info

Publication number: DE102012200150A1
Application number: DE201210200150
Authority: DE
Inventors: Klaus Klingenbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2013-07-11

Abstract

Verfahren zur Streustrahlungskorrektur eines mit einem eine Matrix von Pixeln eines aufzunehmenden Röntgenbildes zuordenbaren Detektorelementen (11) aufweisenden Röntgendetektor (7) einer Röntgeneinrichtung (24) aufgenommenen Röntgenbildes, wobei die zur Aufnahme genutzte Röntgenstrahlung so kollimiert wird, dass nur ein insbesondere mittiger erster Anteil (14) der Detektorelemente (11) zur Aufnahme von Bilddaten (2) genutzt wird und ein insbesondere am Rand gelegener zweiter Anteil (15) der Detektorelemente (11) zur Aufnahme von Streustrahlungsdaten (4) genutzt wird, wonach die Streustrahlungsdaten (4) zur Korrektur der Bilddaten (2) verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Streustrahlenkorrektur eines mit einem eine Matrix von Pixeln eines aufzunehmenden Röntgenbildes zuordenbaren Detektorelementen aufweisenden Röntgendetektor einer Röntgeneinrichtung aufgenommenen Röntgenbildes. Daneben betrifft die Erfindung eine Röntgeneinrichtung.
Wann immer Röntgenaufnahmen getätigt werden, kann es durch das aufgenommene Objekt zur sogenannten Streustrahlung kommen. Diese Streustrahlung liefert im Gegensatz zur sogenannten Primärstrahlung bei der Direktdurchstrahlung eine Störgröße, wenn sie von dem Röntgendetektor der Röntgeneinrichtung, beispielsweise einem Flachdetektor, der üblicherweise in Reihen und Spalten einer zweidimensionalen Matrix angeordnete Detektorelemente, die Pixeln eines aufzunehmenden Röntgenbildes zugeordnet werden können, umfasst, aufgefangen wird. Heute übliche, als Flachdetektor ausgebildete Röntgendetektoren wandeln die einfallende Röntgenstrahlung in digitale Signale um, die pixelweise ausgelesen werden, wobei nicht unbedingt genau ein Detektorelement einem Pixel zugeordnet sein muss. Die durch das aufzunehmende Objekt transmittierte und vom Detektorelement nachgewiesene Röntgenintensität I (Bilddaten) hat zwei Anteile, nämlich die direkt transmittierte Primärstrahlungsdaten P und die Streustrahlungsdaten S, I = S + P.
Dabei verstehen sich die Größen I, S und P pro Detektorelement (i, j) des Röntgendetektors, wobei der Einfachheit halber die Indizes in dieser Beschreibung, wo möglich, weggelassen werden.
Wie bereits erwähnt trägt die Primärstrahlung P die gewünschte Information, nämlich die Absorption beim geradlinigen Durchgang der Röntgenstrahlung durch das Untersuchungsobjekt. Die Streustrahlung S führt zu unerwünschten Beeinträchtigungen der Bildqualität, wie beispielsweise Kontrastverringerungen oder -verschärfung.
Um negative Einflüsse von Streustrahlung auf die Aufnahme von Röntgenbildern und die Bildqualität zu vermeiden, werden heute üblicherweise sogenannte Streustrahlenraster eingesetzt, letztlich Gitter, die im Strahlenweg vor dem Röntgendetektor angeordnet werden sollen. Diese Streustrahlenraster müssen jedoch meist auf einen bestimmten Fokus-Detektor-Abstand hin optimiert werden und Schwächen allein durch ihre Präsenz die einfallende Strahlung zumindest teilweise ab, was zu Informationsverlust und Artefakten führen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, um bei Verwendung eines zweidimensionalen Flachdetektors als Röntgendetektor den Streustrahlungsanteil messtechnisch und rechnerisch zu erfassen und in eine entsprechende Korrektur eines ohne Streustrahlenrasters aufgenommenen Röntgenbilder umzusetzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zur Aufnahme genutzte Röntgenstrahlung so kollimiert wird, dass nur ein insbesondere mittiger erster Anteil der Detektorelemente zur Aufnahme von Bilddaten genutzt wird und ein insbesondere am Rand gelegener zweiter Anteil der Detektorelemente zur Aufnahme von Streustrahlungsdaten genutzt wird, wonach die Streustrahlungsdaten zur Korrektur der Bilddaten verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, einen Kollimator der Röntgeneinrichtung so einzustellen, dass ein gewisser Randbereich des Röntgendetektors, der zweite Anteil an Detektorelementen, nicht von der direkten Primärstrahlung getroffen wird. Nichtsdestotrotz wird auch in den von der direkten Primärstrahlung nicht betroffenen Bereichen des Röntgendetektors, also durch die Detektorelemente des zweiten Anteils, eine Messung vorgenommen, die dann die Streustrahlung am Ort dieses Detektorelements wiedergibt. Aus den entsprechend aufgenommenen Streustrahlungsdaten lassen sich Rückschlüsse über die Streustrahlung im Bereich des ersten Anteils von Detektorelementen, der der Aufnahme von Bilddaten dient, ziehen, so dass eine Streustrahlungskorrektur möglich ist. Erfindungsgemäß wird der Röntgendetektor mithin doppelt genutzt, nämlich zum einen zur Aufnahme der Bilddaten, zum anderen aber auch als Messeinrichtung für Streustrahlungsdaten, die der Streustrahlungskorrektur zugrunde gelegte werden. Vorzugsweise kann die Kollimierung so gewählt werden, dass das gesamte aufzunehmende Objekt auf den ersten Anteil abgebildet wird.
Wie bereits erwähnt, ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn der erste Anteil einen inneren Bereich des Röntgendetektors bildet, während die Streustrahlung in wenigstens einem Randbereich des Röntgendetektors vermessen wird. Dann ist zweckmäßigerweise die Streustärke des Objekts, wobei insbesondere ein großes Objekt stärker streut, in der in den Randbereichen gemessenen Streustrahlung bereits explizit enthalten.
Während es zu einer äußerst groben, in einer ersten, weniger bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzbaren Streustrahlungskorrektur grundsätzlich denkbar ist, beispielsweise auf Basis eines Mittelwerts der Streustrahlungsdaten eine allgemein gültige Streustrahlungskorrekturgröße zu ermitteln und zur Ermittlung der korrigierten Bilddaten diese für alle Detektorelemente des ersten Anteils von den Bilddaten abzuziehen, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, den zweiten Anteil derart zu wählen, dass eine differenziertere Betrachtung und mithin eine genauere Bestimmung der Streustrahlung auch für die Detektorelemente des ersten Anteils möglich ist.
Hierzu kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass ein wenigstens zwei sich gegenüberliegende Gruppen von Detektorelementen umfassender zweiter Anteil verwendet wird. Dann ist beispielsweise aufgrund der von gegenüberliegenden Seiten des ersten Anteils gewonnenen Streustrahlungsdaten eine Interpolation über den Bereich des ersten Anteils denkbar. Ein besonders bevorzugter Spezialfall einer derartigen Ausgestaltung ist gegeben, wenn der erste, mittige Anteil der Detektorelemente von dem zweiten, eine geschlossene Randfläche bildenden Anteil an Detektorelementen umgeben ist. So kann bei einem rechteckigen Röntgendetektor ein eine rechteckige Zentralfläche bildender erster Anteil vorgesehen sein, den der zweite Anteil nach Art eines „Rahmens“ umgibt oder dergleichen.
In diesen Fällen ist es, wie bereits angedeutet, besonders vorteilhaft möglich, dass Streustrahlungskorrekturgrößen für die Detektorelemente des ersten Anteils durch eindimensionale oder zweidimensionale Interpolation der Streustrahlungsdaten ermittelt werden. Nachdem Streustrahlungsdaten an wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten des Röntgendetektors vorliegen, ist eine Interpolation möglich, um Streustrahlungskorrekturgrößen für die dazwischen liegenden Detektorelemente zu bestimmen. Diese stellen dann Werte dar, die für eine erste Korrektur bereits von den Bilddaten detektorelementweise abgezogen werden können. Jedoch ist hier im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Verfeinerung möglich, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird.
Zur Ermittlung der Streustrahlungskorrekturgrößen im Rahmen einer Interpolation kann vorgesehen sein, dass die Streustrahlungsdaten entlang einer durch das betrachtete Detektorelement des ersten Anteils in der Detektorebene verlaufenden Geraden interpoliert werden, insbesondere für ein in einer Reihe und einer Spalte der Matrix liegendes Detektorelement des ersten Anteils Streustrahlungsdaten von innerhalb derselben Zeile liegenden Detektorelementen des zweiten Anteils und/oder Streustrahlungsdaten von innerhalb derselben Spalte liegenden Detektorelementen des zweiten Anteils interpoliert werden. Dies ist möglich, nachdem Streustrahlungsdaten in beiden Richtungen der Gerade ausgehend von dem betrachteten Detektorelement vorliegen. Insbesondere dann, wenn die ohnehin durch die Matrixanordnung des Röntgendetektors vorgegebenen Hauptrichtungen genutzt werden, ist eine besonders einfache rechnerische Realisierung denkbar. Bildlich gesprochen kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass eine erste Approximation der Streustrahlung, also eine Streustrahlungskorrekturgröße, an einem Detektorelement (i, j) im Innenbereich, also dem ersten Anteil, aus den entsprechenden Werten der gemessenen Streustrahlung in den Randbereichen, insbesondere links, rechts, oben und unten, berechnet werden kann.
Dabei kann eine lineare Interpolation oder eine Spline-Interpolation entlang der Geraden erfolgen, wobei jedoch auch andere Interpolationsarten denkbar sind. Bei mehreren betrachteten Geraden kann vorgesehen sein, dass ein Mittelwert der jeweils interpolierten Werte als Streustrahlungskorrekturgröße ermittelt wird.
Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass bei mehreren, auf einer Seite des ersten Anteils auf der Gerade liegenden Detektorelementen des zweiten Anteils ein Mittelwert der Streustrahlungsdaten dieser Detektorelemente betrachtet wird. Je nach Größe der Randbereiche können die für die Interpolation herangezogenen Streustrahlungsdaten bereits Mittelwerte über mehrere Detektorelemente, beispielsweise mehrere Zeilen oder mehrere Spalte, sein. Eine derartige Mittelwertbildung ist vorteilhaft, um das statistische Quantenrauschen zu verringern und damit zuverlässigere Werte zu erhalten.
Wie bereits erwähnt, ist es grundsätzlich denkbar, die Streustrahlungskorrekturgrößen, die aus der Interpolation gewonnen wurden und die eine Abschätzung für die Streustrahlung an den Detektorelementen des ersten Anteils darstellen, unmittelbar zur Korrektur heranzuziehen, indem korrigierte Bilddaten durch Subtraktion der Streustrahlenkorrekturgröße an einem Detektorelement von dem gemessenen Bilddatum an diesem Detektorelement ermittelt werden, womit bereits eine deutliche Verbesserung der Bildqualität erreichbar ist.
In einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann jedoch vorgesehen sein, dass die Streustrahlungskorrekturgrößen in einem iterativen Prozess optimiert werden. Es werden also nicht unmittelbar die interpolierten Streustrahlungskorrekturgrößen hergenommen, sondern es wird ein die Streustrahlungskorrekturgrößen zur besseren Abbildung der tatsächlichen Streustrahlung optimierender iterativer Prozess vorgeschlagen, um eine noch genauere Korrektur zu ermöglichen und mithin die Bildqualität des Röntgenbildes weiter zu erhöhen.
So kann in einer konkreten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass in einem Iterationsschritt ausgehend von einer Annahme eines Streustrahlungskerns, mit dem die Primärstrahlung zur Ermittlung der Streustrahlung gefaltet wird, überprüft wird, ob die durch Faltung des aktuellen Streustrahlungskerns mit den durch pixelweise Subtraktion der aktuellen Streustrahlungskorrekturgrößen von den Bilddaten erhaltenen vorläufigen korrigierten Bilddaten ermittelten iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen innerhalb wenigstens eines vorbestimmten Intervalls mit den Streustrahlungsdaten für den zweiten Anteil übereinstimmen, wobei bei Übereinstimmung die vorläufigen korrigierten Bilddaten als endgültig korrigierte Bilddaten verwendet werden und bei Nichtübereinstimmung der Streustrahlungskern angepasst wird und als aktuelle Streustrahlungskorrekturgrößen die iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen in einem neuen Iterationsschritt verwendet werden.
Das hier vorgeschlagene Vorgehen nutzt also die bekannte Tatsache, dass die Streustrahlungsanteile näherungsweise als Faltung der nur auf die Primärstrahlung zurückgehenden Messwerte mit langreichweitigen Kernen dargestellt werden kann. Wird ein solcher Streustrahlungskern auf korrekte Primärstrahlungswerte angewandt, müssten sich zwangsläufig auch die tatsächlich vermessenen Streustrahlungsdaten im Bereich des zweiten Anteils ergeben. Diese Tatsache nutzt das hier dargestellte Iterationsverfahren, um durch sukzessive Anpassung des Streustrahlungskerns und der Streustrahlungskorrekturgrößen immer näher an eine Abbildung zu gelangen, die für die korrigierten Bilddaten (die ja dann nur die der Primärstrahlung geschuldeten Anteile enthalten sollten) korrekt die tatsächlich gemessenen Streustrahlungsdaten abbildet. Mithin werden mit den aktuellen Streustrahlungskorrekturgrößen zunächst vorläufige korrigierte Bilddaten ermittelt, auf die dann der aktuelle Streustrahlungskern im Rahmen der Faltung angewendet wird. Es ergeben sich neue Streustrahlungskorrekturgrößen, insbesondere jedoch auch für den Bereich des zweiten Anteils, so dass hier eine Konsistenzprüfung vorgenommen werden kann, die über die Fortführung des Iterationsprozesses entscheidet. Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich auch andere Endbedingungen vorgesehen sein können, beispielsweise eine maximale Anzahl von Iterationsschritte und dergleichen.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass für den Iterationsanfang, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem objektbezogenen und/oder wenigstens einem röntgeneinrichtungsbezogenen Aufnahmeparameter, ein vorbestimmter Streustrahlungskern gewählt wird. Es wird also mit einem ersten, bewährten Streustrahlungskern begonnen, der insbesondere aus dedizierten Messungen, vorangehenden Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, Simulationen und dergleichen hergeleitet werden kann. Nachdem sich das erzeugte Streustrahlungsmuster für unterschiedliche Objekte und unterschiedliche Aufnahmebedingungen unterscheiden kann, ist es besonders bevorzugt, den Startpunkt für den Streustrahlungskern, mithin den erstbetrachteten Streustrahlungskern, in Abhängigkeit wenigstens eines objektbezogenen und/oder wenigstens eines röntgeneinrichtungsbezogenen Aufnahmeparameters zu wählen. Es kann also, beispielsweise unter Heranziehung eines Look-Up-Tables, berücksichtigt werden, welcher Art das aufzunehmende Objekt bzw. das aufzunehmende Zielgebiet ist, aber auch, wie die Röntgeneinrichtung zur Aufnahme eingestellt ist, insbesondere im Hinblick auf die Aufnahmegeometrie, die Strahlungsdosis und dergleichen. Somit kann mit größerer Sicherheit ein geeigneter Ausgangspunkt für die Iteration gewählt werden.
In einer konkreten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Streustrahlungskern als eine Gausfunktion mit einer Amplitude und einer Halbwertsbreite parametrisiert werden. Damit ist eine algorithmisch besonders einfach zu behandelnde Wahl gegeben. In diesem Fall kann dann, wenn die iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen für den zweiten Anteil kleiner als die gemessenen Streustrahlungsdaten sind, die Amplitude und/oder die Halbwertsbreite erhöht werden und dann, wenn die iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen für den zweiten Anteil größer als die gemessenen Streustrahlungsdaten sind, die Amplitude und/oder die Halbwertsbreite erniedrigt werden.
Auf diese Weise nähert man sich, insbesondere bei einer Skalierung mit der Abweichung, schrittweise einem idealen Streustrahlungskern und mithin auch einer idealen Streustrahlungskorrektur an.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Überprüfung der Übereinstimmung anhand einer mittleren quadratischen Abweichung der Streustrahlungsdaten aller Detektorelemente des zweiten Anteils von den entsprechenden iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen erfolgt. Es kann also die mittlere quadratische Abweichung über alle Detektorelemente der Randbereiche betrachtet werden, da diese ein Maß für die Differenz zwischen den Streustrahlungskorrekturgrößen und den Streustrahlungsdaten darstellt. Hier kann nun ein Schwellwert vorgesehen werden, anhand dessen überprüft wird, ob die Abweichung klein genug ist, um die Iteration abzubrechen.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Röntgeneinrichtung, umfassend eine kollimierbare Strahlungsquelle und einen flächigen Röntgendetektor sowie wenigstens eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung übertragen, mit welcher mithin auch die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere kann die Streustrahlungskorrektur als ein vollkommen automatisierter Vorverarbeitungsschritt in der Steuereinrichtung realisiert werden, der dann letztlich direkt an der Röntgeneinrichtung die Erzeugung verbesserter Röntgenbilder ermöglicht. Beispielsweise kann die Streustrahlungskorrektur einem Bildrechner vorgeschaltet und/oder als Teil des Funktionsumfangs des Bildrechners realisiert werden.
Dabei kann es sich bei der Röntgeneinrichtung insbesondere um eine Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen handeln, an dem sich gegenüberliegend die Strahlungsquelle und der Röntgendetektor angeordnet sind.
Der Strahlungsquelle ist allgemein ein insbesondere durch die Steuereinrichtung ansteuerbarer Kollimator vorgeschaltet, der eine Kollimation des ausgesendeten Strahlenbündels so erlaubt, dass nur Detektorelemente des ersten Anteils von der Primärstrahlung getroffen werden. Der flächige Röntgendetektor, insbesondere ein Festkörperdetektor, weist dann die matrixartig angeordneten Detektorelemente auf, die einzeln ausgelesen werden können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine erste Skizze zur verwendeten Aufnahmegeometrie,
3 eine zweite Skizze zur verwendeten Aufnahmegeometrie,
4 eine Skizze zur Interpolation von Streustrahlungskorrekturgrößen, und
5 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung.
1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ohne ein Streustrahlenraster zu verwenden ein Röntgenbild mit einem flächigen Röntgendetektor aufgenommen werden soll und eine Streustrahlungskorrektur angewendet werden soll. Hierzu wird ein Röntgendetektor verwendet, dessen Detektorfläche als eine Matrix von Detektorelementen, die Pixeln des Röntgenbildes zugeordnet werden können, aufgebaut ist, wobei die Detektorfläche eine rechteckige Form aufweist.
In einem Schritt 1 werden nun die noch unkorrigierten Bilddaten 2 aufgenommen, jedoch nur in einem inneren Bereich der Detektorfläche, das bedeutet, nur ein erster, mittiger Anteil der Detektorelemente, der von einem zweiten, eine geschlossene Randfläche bildenden Anteil an Detektorelementen umgeben ist, wird zur Aufnahme der Bilddaten genutzt. Der zweite Anteil an Detektorelementen wird parallel verwendet, Schritt 3, um Streustrahlungsdaten 4 aus den Randbereichen aufzunehmen. Dies sei näher anhand der 2 und 3 erläutert. 2 zeigt eine seitliche Prinzipskizze der Aufnahmegeometrie, wobei ein Fokus 5 der Strahlungsquelle 6 dem Detektor 7 gegenüberliegt. Der Strahlungsquelle 6 ist dabei ein ansteuerbarer Kollimator 8 nachgeschaltet, der das ausgesandte Primärstrahlenbündel 9 ersichtlich so begrenzt, dass die ein aufzunehmendes Objekt 10, welches dennoch vollständig abgebildet wird, in gerader Linie durchquerende Primärstrahlung nur einen Teil der Detektorelemente 11 des Detektors 7 trifft. Es entstehen mithin Randbereiche 12, auf die nur Streustrahlung des Objekts 10 trifft, wobei die entsprechenden Detektorelemente 11 des zweiten Anteils dennoch ausgelesen werden, um die Streustrahlungsdaten 4 zu ermitteln.
Dies ist genauer in 3 dargestellt, die eine Aufsicht auf die Detektorfläche 13 des Detektors 7 zeigt, wobei der Einfachheit halber die Matrix der Detektorelemente 11 hier nicht dargestellt ist. Ersichtlich ergibt sich ein erster innerer Anteil 14 der Detektorelemente 11, die die Bilddaten 2 aufnehmen, welcher dem rechteckigen Bereich entspricht, der von dem durch den Kollimator 8 kollimierten Strahlenbündel 9 ausgeleuchtet wird. Allseitig ist der innere erste Anteil 14 von einem zweiten, randseitig gelegenen Anteil 15 umgeben, der keine Primärstrahlung empfängt, sondern nur die Streustrahlungsdaten 4 aufnimmt.
Schematisch in Formeln bedeutet dies also, dass im ersten Anteil 14 der Detektorfläche 13 die Detektorelemente als unkorrigierte Bilddaten I = S + P
aufnehmen, wobei S den Streustrahlenanteil beschreibt, P jedoch die Primärstrahlungsdaten, die als korrigierte Bilddaten gesucht sind. Der zweite Anteil 15 von Detektorelement 11 nimmt lediglich Streustrahlungsdaten 4, in der Formel S, auf.
Ziel im erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun, aus den Streustrahlungsdaten 4 für den zweiten Anteil 15 die Streustrahlung im ersten Anteil 14 als Streustrahlungskorrekturgrößen S derart abzuschätzen, dass über P = I – S
streustrahlungskorrigierte Bilddaten P, die nur noch die Primärstrahlung wiedergeben, auch im ersten Anteil 14 abgeschätzt werden können.
Dazu werden zunächst, vgl. 1, in einem Schritt 16 erste Streustrahlungskorrekturgrößen 17, in Formeln im Folgenden mit S⁽¹⁾ bezeichnet, ermittelt, indem die Streustrahlungsdaten 4, die für den ersten Anteil 15 gemessen wurden, für die Detektorelemente 11 im ersten Anteil 14 interpoliert werden.
Während im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedenste Interpolationsverfahren Anwendung finden können, insbesondere zweidimensionale Interpolationsverfahren oder auch Spline-Interpolationen, sei vorliegend im hiesigen Ausführungsbeispiel eine lineare Interpolation bezüglich der Reihen und Spalten der Matrix von Detektorelementen 11 näher dargestellt, welche durch die 4 näher erläutert wird. Dort ist wiederum schematisch die Detektorfläche 13 mit dem inneren ersten Anteil 14 und dem äußeren zweiten Anteil 15 dargestellt. Soll nun die erste Streustrahlungskorrekturgröße S_ij ⁽¹⁾ für ein Detektorelement 11a des ersten Anteils 14 in der Reihe i und der Spalte j bestimmt werden, so wird folgendermaßen vorgegangen.
Entlang der Reihe i finden sich sowohl auf der rechten wie auch auf der linken Seite im zweiten Anteil 15 mehrere Detektorelemente 11 der Reihe i, mit welchen Streustrahlungsdaten aufgenommen wurden. Dies gilt auch für die Spalte j, die ebenso oben wie unten Detektorelemente 11 des zweiten Anteils 15 aufweist, mit denen Streustrahlungsdaten 4 aufgenommen wurden.
Zunächst wird nun für jede dieser Gruppen von äußeren Detektorelementen 11 des zweiten Anteils 15, also links und rechts für die Reihe i und oben und unten für die Spalte j, ein Mittelwert der Streustrahlungsdaten 4 einer solchen Gruppe von Detektorelementen 11 des zweiten Anteils ermittelt, die in 4 entsprechend als S_i ^(l), S_i ^(r), S_j ^(o) und S_j ^(u) bezeichnet sind. Mithin sind die Streustrahlungskorrekturgrößen S_i ^(r) und S_i ^(l) Mittelwerte über mehrere Spalten, während die Streustrahlungskorrekturgrößen S_j ^(o) und S_j ^(u) Mittelwerte über mehrere Zeilen sind. Auf diese Weise wird das statistische Quantenrauschen verringert.
Jeweils zwischen den Werten S_j ^(o) und S_j ^(u) und den Werten S_i ^(l) und S_i ^(r) wird nun linear interpoliert, so dass sich zwei Werte für S_ij ⁽¹⁾ ergeben, die durch Mittelwertbildung zur Bestimmung von S_ij ⁽¹⁾ verrechnet werden.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es grundsätzlich selbstverständlich auch denkbar ist, statt Geraden entlang der Reihe i und der Spalte j andere Geraden, entlang denen interpoliert wird, zu verwenden, die hier dargestellte Version stellt jedoch eine rechentechnisch einfach realisierbare Variante dar.
Man erhält mithin nun eine erste Approximation der Primärstrahlung, indem für alle Detektorelemente 11 des ersten Anteils 14 P_ij ⁽¹⁾ = I_ij – S_ij ⁽¹⁾ berechnet wird. Hiermit ist bereits eine erste, die Bildqualität deutlich verbessernde Korrektur gegeben, so dass Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens existieren können, bei denen bereits an dieser Stelle P⁽¹⁾, in 1 in Schritt 18 berechnet, als korrigierte Bilddaten verwendet werden können.
Jedoch ist in diesem Ausführungsbeispiel noch eine weitere Verbesserung der Qualität der korrigierten Bilddaten angestrebt, welche durch ein Iterationsverfahren in den Schritten 19 und 20 gegeben wird. Dieses basiert auf der bekannten Tatsache, dass die Streustrahlungswerte näherungsweise als Faltung der Primärstrahlungswerte (korrigierten Bilddaten) mit langreichweitigen Kernen G dargestellt werden kann, S = P**G.
Vorliegend wird der Streustrahlungskern G als Gaußfunktion mit einer Amplitude und einer Halbwertsbreite parametrisiert, wobei zum Iterationsstart G⁽¹⁾ aus einer Look-Up-Tabelle in Abhängigkeit wenigstens eines Aufnahmeparameters gewählt wird, der Eigenschaften des aufzunehmenden Objekts 10 und Einstellungen der Röntgeneinrichtung, beispielsweise die Strahlungsdosis, die Aufnahmegeometrie und dergleichen, beschreiben kann. Die in der Look-Up-Tabelle abgelegten Amplituden und Halbwertsbreiten, die wie bekannt bestimmten Bereichen der Aufnahmeparameter zugeordnet sind, können sich aus vorherigen Anwendungen des hier beschriebenen Verfahrens, Messungen und/oder Simulationen ergeben. In Schritt 19 werden nun zunächst, nach dem Iterationsbeginn, iterierte Streustrahlungskorrekturgrößen S⁽²⁾ = P⁽¹⁾**G⁽¹⁾
ermittelt, welche dann in Schritt 20 mit den gemessenen Streustrahlungsdaten 4 in den Randbereichen, mithin für die Detektorelemente 11 im zweiten Anteil 15, verglichen werden. Sollte der Unterschied zwischen den iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen S⁽²⁾ und den Streustrahlungsdaten 4 in den Randbereichen über einer vorgegebene Toleranzschwelle liegen, so wird ein weiterer Iterationsschritt durchgeführt, Pfeil 21. Diese Differenzen bzw. Abweichungen können beispielsweise als mittlere quadratische Abweichung von S⁽¹⁾ zu den Streustrahlungsdaten 4 über alle Detektorelemente 11 des zweiten Anteils 15 berechnet werden, wobei auch andere Möglichkeiten denkbar sind.
In einem nächsten Iterationsschritt 19 wird nun zunächst eine Anpassung von G⁽¹⁾ auf G⁽²⁾ vorgenommen, wobei dann, wenn S⁽²⁾ im Vergleich zu den Streustrahlungsdaten 4 zu klein sind, die Amplitude und die Halbwertsbreite vergrößert werden, und umgekehrt. Die Stärke der Erhöhung bzw. Erniedrigung kann dabei von der Höhe der Abweichung abhängig gemacht werden.
Der zweite Iterationsschritt wäre dann P_ij ⁽²⁾ = I_ij – S_ij ⁽²⁾ und S⁽³⁾ = P⁽²⁾**G⁽²⁾.
Erneut erfolgt die Überprüfung in Schritt 20. Solange also die Abweichung für die Detektorelemente 11 des zweiten Anteils 15 zu groß ist, wird weiter iteriert, wobei gegebenenfalls selbstverständlich auch weitere Abbruchbedingungen für die Iteration vorgesehen und in Schritt 20 überprüft werden können, beispielsweise eine maximale Zahl von Iterationen. Solang mithin die gemessenen Streustrahlungsdaten 4 nicht hinreichend genau durch die Approximation wiedergegeben werden, wird weiter iteriert, das bedeutet, ein neuer Iterationsschritt mit den iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen S^(m+1) und einem angepassten Streustrahlungskern G^(m+1) durchgeführt.
Stellt sich jedoch heraus, dass die Streustrahlungsdaten 4, beschrieben durch den genannten wenigstens einen Schwellwert, hinreichend genau wiedergegeben werden, so wird das Verfahren in Schritt 22 beendet, wobei als korrigierte Bilddaten 23 P^(m) des letzten Iterationsschrittes hergenommen werden.
5 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung 24. Diese umfasst einen an einem Stativ 25 gelagerten C-Bogen 26, an dem sich gegenüberliegend der Röntgenstrahler 6 mit dem Kollimator 8 und der flächige Röntgendetektor 7 angeordnet sind. Bezüglich einer Patientenliege 27 können mithin verschiedene Aufnahmegeometrien durch entsprechende Bewegungsfreiheitsgrade des C-Bogens 26 eingenommen werden.
Die Röntgeneinrichtung 24 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 28, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Hierzu kann die Steuereinrichtung 28 den Röntgenstrahler 6, den Kollimator 8 und den Detektor 7 geeignet ansteuern, insbesondere zur Beschränkung des ausgeleuchteten Bereichs des Detektors 7 auf den ersten Anteil 14 und zum dennoch vorgenommenen Auslesen der Detektorelemente 11 des zweiten Anteils 15.
Um die Berechnungen der Schritt 16, 18, 19 und 22 sowie die weitere Aufbereitung und/oder Auswertung des Röntgenbildes durchzuführen, ist als Teil der Steuereinrichtung 28 ein Bildrechner 29 vorgesehen, in dem diese Schritte durch Hardware- und/oder Softwarekomponenten realisiert sind.
Das so ermittelte, streustrahlungskorrigierte Röntgenbild kann dann letztendlich auf einer hier nicht näher dargestellten Anzeigevorrichtung der Röntgeneinrichtung 24 dargestellt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Schritt
2: Bilddaten
3: Schritt
4: Streustrahlungsdaten
5: Fokus
6: Strahlungsquelle
7: Detektor
8: Kolimator
9: Primärstrahlenbündel
10: Objekt
11: Detektorelement
12: Randbereich
13: Detektorfläche
14: Anteil
15: Anteil
16: Schritt
17: Streustrahlungskorrekturgröße
18: Schritt
19: Schritt
20: Schritt
21: Pfeil
22: Schritt
23: Bilddatei
24: Röntgeneinrichtung
25: Stativ
26: C-Bogen
27: Patientenliege
28: Steuereinrichtung
29: Bildrechner

Claims

Verfahren zur Streustrahlungskorrektur eines mit einem eine Matrix von Pixeln eines aufzunehmenden Röntgenbildes zuordenbaren Detektorelementen (11) aufweisenden Röntgendetektor (7) einer Röntgeneinrichtung (24) aufgenommenen Röntgenbildes, wobei die zur Aufnahme genutzte Röntgenstrahlung so kollimiert wird, dass nur ein insbesondere mittiger erster Anteil (14) der Detektorelemente (11) zur Aufnahme von Bilddaten (2) genutzt wird und ein insbesondere am Rand gelegener zweiter Anteil (15) der Detektorelemente (11) zur Aufnahme von Streustrahlungsdaten (4) genutzt wird, wonach die Streustrahlungsdaten (4) zur Korrektur der Bilddaten (2) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens zwei sich gegenüberliegende Gruppen von Detektorelementen (11) umfassender zweiter Anteil (15) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, mittige Anteil (14) der Detektorelemente (11) von dem zweiten, eine geschlossene Randfläche bildenden Anteil (15) an Detektorelementen (11) umgeben ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Streustrahlungskorrekturgrößen (17) für die Detektorelemente (11) des ersten Anteils (14) durch eindimensionale oder zweidimensionale Interpolation der Streustrahlungsdaten (4) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Streustrahlungskorrekturgrößen (17) die Streustrahlungsdaten (4) entlang einer durch das betrachtete Detektorelement (11a) des ersten Anteils (14) in der Detektorebene verlaufenden Geraden interpoliert werden, insbesondere für ein in einer Reihe und einer Spalte der Matrix liegendes Detektorelement (11a) des ersten Anteils (14) Streustrahlungsdaten (4) von innerhalb der selben Zeile liegenden Detektorelementen (11) des zweiten Anteils (15) und/oder Streustrahlungsdaten (4) von innerhalb der selben Spalte liegenden Detektorelementen (11) des zweiten Anteils (15) interpoliert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine lineare Interpolation oder eine Spline-Interpolation entlang der Geraden erfolgt und/oder bei mehreren betrachteten Geraden ein Mittelwert der jeweils interpolierten Werte als Streustrahlungskorrekturgröße (17) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren, auf einer Seite des ersten Anteils (14) auf der Geraden liegenden Detektorelementen (11) des zweiten Anteils (15) ein Mittelwert der Streustrahlungsdaten (4) dieser Detektorelemente (11) zur insbesondere linearen Interpolation verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Streustrahlungskorrekturgrößen (17) in einem iterativen Prozess optimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Iterationsschritt ausgehend von einer Annahme eines Streustrahlungskerns, mit dem die Primärstrahlung zur Ermittlung der Streustrahlung gefaltet wird, überprüft wird, ob die durch Faltung des aktuellen Streustrahlungskerns mit den durch pixelweise Subtraktion der aktuellen Streustrahlungskorrekturgrößen von den gemessenen Bilddaten (2) erhaltenen vorläufigen korrigierten Bilddaten ermittelten iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen innerhalb wenigstens eines vorbestimmten Intervalls mit den Streustrahlungsdaten (4) für den zweiten Anteil (15) übereinstimmen, wobei bei Übereinstimmung die vorläufigen korrigierten Bilddaten als endgültig korrigierte Bilddaten (23) verwendet werden und bei Nicht-Übereinstimmung der Streustrahlungskern angepasst wird und als aktuelle Streustrahlungskorrekturgrößen die iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen in einem neuen Iterationsschritt verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Iterationsanfang, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem objektbezogenen und/oder wenigstens einem röntgeneinrichtungsbezogenen Aufnahmeparameter, ein vorbestimmter Streustrahlungskern gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Streustrahlungskern als eine Gaußfunktion mit einer Amplitude und einer Halbwertsbreite parametrisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen für den zweiten Anteil (15) kleiner als die gemessenen Streustrahlungsdaten (4) sind, die Amplitude und/oder die Halbwertsbreite erhöht wird und dann, wenn die iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen für den zweiten Anteil (15) größer als die gemessenen Streustrahlungsdaten (4) sind, die Amplitude und/oder die Halbwertsbreite erniedrigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung der Übereinstimmung anhand einer mittleren quadratischen Abweichung der Streustrahlungsdaten (4) aller Detektorelemente (11) des zweiten Anteils (15) von den entsprechenden iterierten Streustrahlungskorrekturgrößen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimierung so gewählt wird, dass das gesamte aufzunehmende Objekt (10) auf dem ersten Anteil (14) abgebildet wird.
Röntgeneinrichtung (24), umfassend eine kollimierbare Strahlungsquelle (6) und einen flächigen Röntgendetektor (7) sowie wenigstens eine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Steuereinrichtung (28).