DE102012205769A1

DE102012205769A1 - Quantifizierung von Ringartefakten

Info

Publication number: DE102012205769A1
Application number: DE201210205769
Authority: DE
Inventors: Ingo Schasiepen; Matthias Elter; Holger Scherl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft die Quantifizierung von Ringartefakten für ein mittels von entlang einer Trajektorie aufgenommenen Röntgenaufnahmen erhaltenes Bild eines untersuchten Objekts. Dabei wird eine Transformation eines Schnitts des Bildes in Polarkoordinaten, welche Radialwerte und Winkelwerte umfassen, vorgenommen. Für den transformierten Schnitt wird ein quantitativer Wert für die Änderung in radialer Richtung bestimmt und als Maß für die Stärke von Ringartefakten verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt und ein Computerprogramm zur Quantifizierung von Ringartefakten für ein mittels von entlang einer Trajektorie aufgenommenen Röntgenaufnahmen erhaltenes Bild.
Röntgenstrahlen sind ein verbreitetes Mittel der medizinischen Diagnostik. Ein weiterer wichtiger Einsatzbereich ist die Materialuntersuchung.
Typischerweise wird bei der Untersuchung mittels Röntgenstrahlen ein zu untersuchendes Objekt (z.B. Körperteil oder Werkstück) durchstrahlt. Die durch das Objekt transmittierten Röntgenstrahlen werden durch einen Strahlungsdetektor aufgenommen. Dabei sind derartige Detektoren aus einzelnen Zellen bzw. Elementen aufgebaut, die jeweils die dort auftretende bzw. auftreffende Strahlung messen. Diese Parzellierung durch Zellen erlaubt somit in der Ebene der Detektoroberfläche eine Auflösung entsprechend der senkrecht dazu transmittierten Strahlung.
Eine Aufnahme von transmittierter Röntgenstrahlung wird auch als Projektion oder Sinogramm bezeichnet. Aus dieser Projektion kann dann auf die Absorptionseigenschaften des untersuchten Objekts geschlossen werden. Die Absorption hängt wiederum von der Dichte des Materials im durchstrahlten Bereich ab. Aus der Dichte werden Informationen über die Materialeigenschaften bzw. über Gewebeeigenschaften erhalten. So absorbieren z.B. Knochen die Röntgenstrahlung sehr viel stärker als Weichgewebe. Die im Bereich der Computertomographie üblicherweise zur Bewertung der Absorptionseigenschaften verwendete Hounsfield-Skala weist für Knochen Werte von 500–1500 HU auf, während die Durchstrahlung von Fettgewebe in der Regel zu leicht negativen HU-Werten führt.
Ein einzelnes Röntgenbild bzw. eine einzelne Projektion von Röntgenstrahlen erlaubt es nicht, die Richtung parallel zu den Röntgenstrahlen aufzulösen, d.h. Gewebestrukturunterschiede in dieser Richtung sind nicht dargestellt. Für die Einbeziehung der dritten Dimension werden Röntgenaufnahmen eines Objekts aus verschiedenen Richtungen vorgenommen. Dabei beschreiben Quelle und Detektor üblicherweise eine Trajektorie. Typischerweise sind diese Trajektorien in wesentlichen Teilen kreisförmig, wie z.B. Kreisabschnitte (häufig bei Tomosynthese-Verfahren), Kreise und Spiralen (Standard-Trajektorie bei Computertomographie).
Aus den entlang einer Trajektorie aufgenommenen Projektionen wird ein Bild des Objektes rekonstruiert. Diese Bild ist dann dreidimensional und besteht in der Regel aus sogenannten Grauwerten, die Dichtewerte repräsentieren.
Die Rekonstruktion eines Bildes kann mit Artefakten einhergehen, die auf ganz verschiedene Einflüsse zurückzuführen sind. Artefakte können z.B. auf die Form der eingestrahlten Röntgenstrahlen (Fächer, Kegel), die unvollständige Monochromie der Röntgenstrahlung, fehlende Daten bei der Rekonstruktion (unvollständiger Datensatz), die Ausrichtung von Quelle, Objekt und Detektor sowie Approximationen des Rekonstruktionsverfahrens zurückzuführen sein.
Ein spezieller Typ von Artefakten wird als Ringartefakte bezeichnet. Dieser Typ von Artefakten tritt bei im Wesentlichen kreisförmigen Trajektorien auf. Ringartefakte sind darauf zurückzuführen, dass einzelne Detektorzellen nicht exakt gleich sind bzw. gleich reagieren. Diese Unterschiede können z.B. fertigungsbedingt sein oder sich auch durch Veränderungen der Zellen (z.B. aufgrund von Temperatureinflüssen) im Laufe des Betriebs ergeben.
In der Literatur gibt es eine Reihe von Verfahren zur Reduktion von Ringartefakten sowohl in der wissenschaftlichen Literatur, z.B. "Reduction of ring artefacts in high resolution micro-CT reconstructions" von Sijbers J. und Postnov A. in Rev. Sci. Instrum. 69, 2978 (1998) oder "Numerical removal of ring artifacts in microtomography" von Carsten Raven in Rev. Sci. Instrum. 69, 2978 (1998), als auch in der Patentliteratur (z.B. EP 0857337 B1 und US 7,860,341 B2 ).
Es gibt ein Bedürfnis dafür, den Einsatz derartiger Verfahren noch effizienter zu gestalten.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine bessere Einschätzung des Einflusses von Ringartefakten auf ein rekonstruiertes Bild zur ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Quantifizierung von Ringartefakten entsprechend Anspruch 1 und einer korrespondierenden Vorrichtung nach Anspruch 12 sowie einem Computerprogramm und einem Computerprogrammprodukt entsprechend Anspruch 13 bzw. 14.
Der Ausgangspunkt ist ein mittels entlang einer Trajektorie aufgenommenen Röntgenaufnahmen (d.h. durch einen Detektor aufgenommene Messdaten) erhaltenes bzw. rekonstruiertes Bild eines mit den Röntgenstrahlen untersuchten Objekts. Bei dem Objekt handelt es sich beispielsweise um ein Körperteil eines Patienten oder um ein zu untersuchendes Werkstück. Die für die Aufnahme verwendete Trajektorie ist vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmig, z.B. ein Vollkreis, ein Kreisabschnitt oder eine Spirale, so dass sich auf sinnvolle Weise eine Transformation in Polarkoordinaten anbietet. Bei einer derartigen im Wesentlichen kreisförmigen Trajektorie können Ringartefakte auftreten. Erfindungsgemäß werden diese Ringartefakte quantifiziert. Dafür wird ein Schnitt des Bildes in Polarkoordinaten transformiert, wobei die Polarkoordinaten Radialwerte und Winkelwerte umfassen. Dieser Schnitt bzw. die Polarkoordinaten sind sinnvoller Weise im Hinblick auf eine durch eine im Wesentlichen kreisförmige Trajektorie der Röntgenquelle definierte Drehachse definiert. Mit Hilfe der Polarkoordinaten wird ein quantitativer Wert für die Änderung des Schnittes in radialer Richtung bestimmt. Dieser quantitative Wert wird dann als Maß für die Stärke bzw. das Vorhandensein von Ringartefakten verwendet.
Die Bestimmung eines Maßes für Ringartefakte erlaubt einen besseren bzw. optimierten Einsatz von Ringartefaktkorrekturverfahren. So können z.B. Erfahrungswerte für das Maß gesammelt werden, mittels derer ein Grenzwert für die Notwendigkeit der Durchführung einer Ringartefaktkorrektur bestimmt wird. Dabei kann das gesamte Vorgehen automatisiert werden, d.h. dass automatisch dieser Grenzwert bestimmt und bei Überschreiten des Wertes eine Ringartefaktkorrektur durchgeführt wird.
Der quantitative Wert für die Änderung des Schnittes in radialer Richtung wird vorzugsweise mit Hilfe von numerischer Differenzierung des Schnitts bzw. der Werte des Schnitts in radialer Richtung bestimmt. Sinnvollerweise wird dabei für einen festen Winkelwert nicht nur eine Ableitung bestimmt, sondern numerische Ableitungen entlang der gesamten Radialwerte bzw. entlang der gesamten Zeile, wenn die Radialwerte zu Winkeln in Zeilenform angeordnet sind, genommen. In diesem Falle wird der Betrag der entlang der Radialwerte numerisch gebildeten Ableitungen aufsummiert. Die Bildung der Ableitung erfolgt vorzugsweise in äquidistanten Schritten und kann auch an allen Stellen erfolgen, für die eine numerische Ableitungsbestimmung möglich ist. Dieses Vorgehen kann für eine Vielzahl von Winkelwerten (bzw. Spalten bei Anordnung in Matrixform) durchgeführt werden, wobei z.B. in äquidistanten Schritten Winkelwerte für das Verfahren selektiert werden. Vorzugsweise werden alle Winkelwerte bzw. Spalten berücksichtigt. Zur Bestimmung des quantitativen Wertes können dann die Ergebnisse für die verschiedenen Winkelwerte bzw. Spalten aufsummiert werden. Die Summe oder deren Mittelwert wird dann als Maß für Artefakte verwendet.
Zur Bewertung von Ringartefaktkorrekturen ist es sinnvoll, das Maß bzw. den quantitativen Wert, der das Maß bildet, vor und nach Durchführung einer Ringartefaktkorrektur zu bestimmen. Der Quotient der beiden Werte wird dann als Maß für die Qualität der Ringartefaktkorrektur verwendet. Es kann ein Bereich bzw. ein Grenzwert für das Maß der Qualität der Ringartefaktkorrektur festgelegt werden, wodurch ein Kriterium für eine erneute Ringartefaktkorrektur bestimmt ist. Dann wird für den Fall, dass das Maß außerhalb des festgelegten Bereichs liegt bzw. den Grenzwert überschreitet, eine erneute Ringartefaktkorrektur (eventuell mittels anderen Parametern oder mittels eines anderen Verfahrens) durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Vorgehen kann auch für die Optimierung von Ringartefaktkorrekturverfahren verwendet werden. Typischerweise sind bei Ringartefaktkorrekturen Verfahrenparameter wählbar, z.B. die Fenstergröße und ein Schwellenwert für die Varianz von Fensterzeilen bei dem in der Veröffentlichung von Sijbers J. und Postnov A. beschriebenen Verfahren. Für eine Parameteroptimierung wird das Maß für verschiedene Parameterwerte der Ringartefaktkorrektur bestimmt. Die Parameterwerte, mit denen dann die Ringartefaktkorrektur durchgeführt wird, werden dann nach Maßgabe der bestimmten Maß-Werte für die Durchführung der Ringartefaktekorrektur festgelegt. Dabei kann der Parametersatz verwendet werden, für welchen das Maß den besten Wert hat. Alternativ kann im Raum der Parameterwerte ein Optimierungsverfahren für das Maß vorgenommen werden (z.B. durch Interpolation und Suche nach (lokalen) Minima oder anderen gebräuchlichen Optimierungsverfahren wie z.B. Gradientenabstiegsverfahren). Die optimierten Parameter werden dann für die Durchführung der Ringartefaktkorrektur verwendet. Eine derartige Optimierung kann für jede Schicht einzeln für eine Vielzahl von Schichten oder auch für alle Schichten durchgeführt werden.
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung, mit welcher die erfindungsgemäße Quantifizierung von Ringartefakten durchgeführt wird. Diese Vorrichtung umfasst entsprechende Module, welche in Form von Hardware oder Software realisiert sein können. Dabei umfasst die Vorrichtung zumindest ein Modul zur Transformation eines Schnitts des Bildes in Polarkoordinaten, ein Modul zur Bestimmung eines quantitativen Werts für die Änderung des Schnittes in radialer Richtung und ein Modul zur Verwendung des quantitativen Wertes als Maß für die Stärke von Ringartefakten. Diese Module können rein logisch von einander unterschieden sein, d.h. auch in einer Software- bzw. in einer Hardware-Komponente zusammen realisiert sein.
Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Computerprogramm kann dabei in kompilierter oder nicht kompilierter Form gegeben sein und auf dem Computerprogrammprodukt – z.B. herkömmlicher Datenträger – gespeichert sein.
Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen
1 eine erste schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Computertomographiesystems mit einem Bildrekonstruktionsbestandteil,
2 eine zweite schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Computertomographiesystems mit einem Bildrekonstruktionsbestandteil,
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung eines Maßes für die Wirksamkeit einer Ringartefaktkorrektur, und
4 zeigt ein Verfahren zur Parameterbestimmung für eine Ringartefaktkorrektur.
In 1 ist zunächst schematisch ein erstes Computertomographiesystem C1 mit einer Bildrekonstruktionseinrichtung C21 dargestellt. In dem Gantrygehäuse C6 befindet sich eine hier nicht gezeichnete geschlossene Gantry, auf der eine erste Röntgenröhre C2 mit einem gegenüberliegenden Detektor C3 angeordnet sind. Optional ist in dem hier gezeigten CT-System eine zweite Röntgenröhre C4 mit einem gegenüberliegenden Detektor C5 angeordnet, so dass durch die zusätzlich zur Verfügung stehende Strahler-/Detektorkombination eine höhere Zeitauflösung erreicht werden kann, oder bei der Verwendung unterschiedlicher Röntgenenergiespektren in den Strahler-/Detektorsystemen auch „Dual-Energy“-Untersuchungen durchgeführt werden können.
Das CT-System C1 verfügt weiterhin über eine Patientenliege C8, auf der ein Patient bei der Untersuchung entlang einer Systemachse C9, auch als z-Achse bezeichnet, in das Messfeld geschoben werden kann, wobei die Abtastung selbst sowohl als reiner Kreisscan ohne Vorschub des Patienten ausschließlich im interessierten Untersuchungsbereich stattfinden kann. Hierbei rotiert jeweils die Röntgenquelle C2 bzw. C4 um den Patienten. Parallel läuft dabei gegenüber der Röntgenquelle C2 bzw. C4 der Detektor C3 bzw. C5 mit, um Projektionsmessdaten zu erfassen, die dann zur Rekonstruktion von Schnittbildern genutzt werden. Alternativ zu einem sequentiellen Scan, bei dem der Patient schrittweise zwischen den einzelnen Scans durch das Untersuchungsfeld geschoben wird, ist selbstverständlich auch die Möglichkeit eines Spiralscans gegeben, bei dem der Patient während der umlaufenden Abtastung mit der Röntgenstrahlung kontinuierlich entlang der Systemachse C9 durch das Untersuchungsfeld zwischen Röntgenröhre C2 bzw. C4 und Detektor C3 bzw. C5 geschoben wird. Durch die Bewegung des Patienten entlang der Achse C9 und den gleichzeitigen Umlauf der Röntgenquelle C2 bzw. C4 ergibt sich bei einem Spiralscan für die Röntgenquelle C2 bzw. C4 relativ zum Patienten während der Messung eine Helixbahn. Diese Bahn kann auch dadurch erreicht werden, indem die Gantry bei unbewegtem Patienten entlang der Achse C9 verschoben wird. Ferner ist es möglich, den Patienten kontinuierlich und periodisch zwischen zwei Punkten hin- und her zu bewegen.
Gesteuert wird das CT-System 10 durch eine Steuer- und Recheneinheit C10 mit in einem Speicher vorliegendem Computerprogrammcode Prg₁ bis Prg_n. Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich diese Computerprogrammcodes Prg₁ bis Prg_n auch auf einem externen Speichermedium enthalten sein und bei Bedarf in die Steuer- und Recheneinheit C10 geladen werden können. Von der Steuer- und Recheneinheit C10 aus können über eine Steuerschnittstelle 24 Akquisitionssteuersignale AS übertragen werden, um das CT-System C1 gemäß bestimmter Messprotokolle anzusteuern.
Die vom Detektor C3 bzw. C5 akquirierten Projektionsmessdaten p (im Folgenden auch Rohdaten genannt) werden über eine Rohdatenschnittstelle C23 an die Steuer- und Recheneinheit C10 übergeben. Diese Rohdaten p werden dann, gegebenenfalls nach einer geeigneten Vorverarbeitung, in einem Bildrekonstruktionsbestandteil C21 weiterverarbeitet. Der Bildrekonstruktionsbestandteil C21 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in der Steuer- und Recheneinheit C10 in Form von Software auf einem Prozessor realisiert, z.B. in Form einer oder mehrerer der Computerprogrammcodes Prg₁ bis Prg_n. In Bezug auf die Bildrekonstruktion gilt wie bereits in Bezug auf die Steuerung des Messvorgangs erläutert, dass die Computerprogrammcodes Prg₁ bis Prg_n auch auf einem externen Speichermedium enthalten sein und bei Bedarf in die Steuer- und Recheneinheit C10 geladen werden können.
Die von dem Bildrekonstruktionsbestandteil C21 rekonstruierten Bilddaten f werden dann in einem Speicher C22 der Steuer- und Recheneinheit C10 hinterlegt und/oder in üblicher Weise auf dem Bildschirm der Steuer- und Recheneinheit C10 ausgegeben. Sie können auch über eine in 1 nicht dargestellte Schnittstelle in ein an das Computertomographiesystem C1 angeschlossenes Netz, beispielsweise ein radiologisches Informationssystem (RIS), eingespeist und in einem dort zugänglichen Massenspeicher hinterlegt oder als Bilder ausgegeben werden.
Die Steuer- und Recheneinheit C10 bzw. die dort vorliegenden Programmcodes Prg₁ bis Prg_n realisieren beispielsweise auch das erfindungsgemäße Verfahren. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Steuer- und Recheneinheit C10 gegeben sein und von dieser Vorrichtung zur Realisierung der Erfindung umfasste Module können einem Teil der Programmcodes Prg₁ bis Prg_n entsprechen.
Die 2 zeigt ein C-Bogen-System, bei dem im Gegensatz zum CT-System der 1 das Gehäuse C6 den C-Bogen C7 trägt, an dem einerseits die Röntgenröhre C2 und andererseits der gegenüberliegende Detektor C3 befestigt sind. Der C-Bogen C7 wird für eine Abtastung ebenfalls um eine Systemachse C9 geschwenkt, so dass eine Abtastung aus einer Vielzahl von Abtastwinkeln stattfinden kann und entsprechende Projektionsdaten p aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln ermittelt werden können. Das C-Bogen-System C1 der 2 verfügt ebenso wie das CT-System aus der 1 über eine Steuer- und Recheneinheit C10 der zu 1 beschriebenen Art.
Die Erfindung ist in beiden der in den 1 und 2 gezeigten Systeme anwendbar. Ferner ist sie grundsätzlich auch für andere CT-Systeme einsetzbar, z. B. für CT-Systeme mit einem einen vollständigen Ring bildenden Detektor.
Bekannte Verfahren zur Unterdrückung von Ringartefakten sind häufig heuristischer Natur und liefern fallbezogen qualitativ unterschiedliche Ergebnisse. Im Extremfall kann eine falsche Wahl von Parametern sogar dazu führen, dass keine Verbesserung erzielt wird.
Die Bedeutung der Wahl von Parametern wird z.B. auch in der oben zitierten Veröffentlichung von Sijbers J. und Postnov A. angesprochen. Dort wird ein Verfahren vorgestellt, welches mittels eines gleitenden Fensters und eines geeignet gewählten Schwellenwertes operiert. Grob dargestellt, wird dort wie folgt vorgegangen:

• Das rekonstruierte Bild wird schichtweise in Polarkoordinaten transformiert. In Polarkoordinaten wird eine Matrix-Darstellung verwendet, in welcher die Zeilenposition den radialen Abstand und die Spaltenposition die Winkelkoordinate festlegt. In dieser Darstellung haben Ringartefakte die Form von vertikalen Streifen.
• Es wird ein Fenster in Form einer Matrix verwendet, welches dieselbe Anzahl von Spalten aber eine geringere Anzahl W von Zeilen als die Matrix-Darstellung des rekonstruierten Bildes aufweist. Dieses Fenster wird nun über das Bild geführt, wobei für jede Fensterposition die Varianz der Fensterzeilen berechnet wird. Falls die berechnete Varianz unterhalb eines Schwellenwerts liegt (Homogenitätskriterium), werden die Differenzen zwischen den Fensterzeileneinträgen und dem jeweiligen Zeilenmittelwert in einer von der Fensterposition n abhängigen, sog. Artefakt-Matrix abgespeichert, deren Zeilenanzahl der Anzahl der Fensterzeilen entspricht, die das Homogenitäts-Kriterium erfüllen und deren Spaltenzahl der des Fensters entspricht.
• Artefakt-Masken-Vektoren werden in Abhängigkeit der Fensterposition n aus der entsprechenden Artefakt-Matrix durch Bildung des Mittelwerts der Spalten ermittelt. Diese Vektoren haben dann dieselbe Länge W wie das Fenster.
• Aus den Artefakt-Masken-Vektoren wird ein einziger Artefakt-Masken-Vektor, dessen Länge N der Zeilenlänge des Bildes in Polarkoordinaten entspricht, mit Hilfe des Fensters ermittelt. Die Einträge der Artefakt-Masken-Vektoren sind durch die zugehörige Fensterposition n und die die Position l innerhalb des Vektors Positionen n+l zugeordnet. Ein Artefakt-Masken Vektor der Länge N wird nun dadurch erhalten, dass den Positionen i = 1...N jeweils mit einem Eintrag aus einem der Artefakt-Masken-Vektoren der Länge W belegt werden, wobei der Eintrag mit dem Index i = n + l verendet wird, für den die Artefakt-Matrix die meisten Zeilen aufwies, d.h. für den das Fenster die meisten das Homogenitätskriterium erfüllende Zeilen aufwies.
• Der Artefakt-Masken-Vektor mit Länge N wird dann von dem Bild in Polarkoordinaten subtrahiert.

Wie in der Veröffentlichung ausgeführt wird, hängt das Verfahren kritisch von der Wahl der Fenstergröße und des Schwellenwertes ab. Für die Wahl dieser Parameter sind Erfahrenswert angegeben. Letztlich wird lediglich anhand des optischen Vergleiches des ursprünglichen und des korrigierten Bildes überprüft, inwieweit das Verfahren die Ringartefakte beseitigt hat.
Ein systematischeres, quantitatives Vorgehen ist wünschenswert.
Zur Systematisierung des Vorgehens wurde erfindungsgemäß ein Verfahren entwickelt, das in der Lage ist, die qualitative Verbesserung durch Ringartefaktreduktionen zu quantifizieren. Dieses Verfahren erlaubt es zudem, gute Parameterwerte vollautomatisiert zu ermitteln und somit z.B. auch individuelle Parametersets für die verschiedenen Schichten des Volumendatensatzes bzw. Bildes zu verwenden. Dieses Verfahren bestimmt dabei eine Maßzahl für das Vorhandensein von Ringartefakten bzw. von kreisförmigen Strukturen um ein gegebenes Zentrum. Ein höherer Wert bedeutet dabei stärkeres Vorhandensein von ringförmigen Strukturen bzw. Artefakten.
3 zeigt wesentliche Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird eine Schicht des Bildes (Schichtbild) in Polarkoordinaten transformiert. Im Folgenden wird angenommen, dass dieses Schichtbild in Polarkoordinaten in Form einer Matrix vorliegt, wobei die Zeilen jeweils die Radialwerte für einen bestimmten Winkel umfassen. In diesem Polarkoordinatenbild stellen sich ringförmige Strukturen als vertikale Streifen dar. Dieses Polarkoordinatenbild wird nun horizontal, d.h. entlang der Zeilen numerisch abgeleitet. Für die Ableitung können herkömmliche Methoden, beispielsweise numerische Ableitung mittels Differenzenquotienten oder komplexeren Formeln, verwendet werden. Sinnvollerweise werden entlang einer Zeile alle numerischen Ableitungen oder numerischen Ableitungen in äquidistanten Schritten gebildet. Von diesen Ableitungen wird dann der Betrag genommen, wie in 3 in Schritt 32 angesprochen ist. Als ein nächster Schritt 33 erfolgt eine Mittelwertbildung für die Werte innerhalb einer Zeile und dann wird der Zeilenmittelwerte über die Spalten gebildet (Schritt 33). Auf diese Weise erhält man eine Maßzahl für vertikale Strukturen im Polarkoordinatenbild, bzw. für kreisförmige Strukturen in der Schicht. Nach Durchführung der Ringartefaktkorrektur (Schritt 34) wird die Maßbezahlbestimmung wiederholt (Schritt 35). Nun liegt eine Maßzahl jeweils vor (M_vorher) und nach (M_nachher) der Ringartefaktkorrektur vor. Ist das Verhältnis von M_vorher: M_nachher > 1, wurde eine Reduzierung der kreisförmigen Strukturen erreicht.
Anhand dieses Maßes lässt sich ein gegebener Parameterraum entweder vollständig oder auf einem bestimmten Raster, oder ggf. durch fortschrittliche Methoden, wie z.B. Gradientenabstiegverfahren, durchsuchen. Diese Optimierung ist in 4 skizziert. In einem ersten Schritt 41 wird eine Bestimmung des Quotienten der Maßzahl für vor und nach der Ringartefaktkorrektur in Abhängigkeit von Parametern des Ringartefaktkorrekturverfahrens (z.B. Fenstergröße und Schwelle für Varianz von Fensterzeilen) bestimmt. Dieser Quotient als Funktion von Parametern wird für eine Vielzahl von Parametersätzen ermittelt. Der Quotient ist nun eine von den Parametern abhängige Funktion, die optimiert werden kann, indem eine Minimumsbestimmung durchgeführt wird. Je nach Komplexität des Raumes kann dabei eine Bestimmung eines lokalen oder globalen Minimums stattfinden. Nach der Bestimmung des Minimums werden die entsprechenden Parameter für die Artefaktkorrektur verwendet (Schritt 43).
Dieses Vorgehen kann schichtweise erfolgen. Die gesamte Prozedur kann vollautomatisiert durchgeführt werden, so dass keine Parameterwahl per Hand mehr vorgenommen werden muss. Das Verfahren ist zudem nicht auf die Ringartefaktkorrekturmethode, die oben beschrieben wurde, beschränkt, sondern lässt sich für beliebige Ringartefaktkorrekturen, die in Abhängigkeit von Parametern durchgeführt werden, anwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0857337 B1 [0009]
US 7860341 B2 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

“Reduction of ring artefacts in high resolution micro-CT reconstructions” von Sijbers J. und Postnov A. in Rev. Sci. Instrum. 69, 2978 (1998) [0009]
“Numerical removal of ring artifacts in microtomography” von Carsten Raven in Rev. Sci. Instrum. 69, 2978 (1998) [0009]

Claims

Verfahren zur Quantifizierung von Ringartefakten für ein mittels von entlang einer Trajektorie aufgenommenen Röntgenaufnahmen erhaltenes Bild eines untersuchten Objekts, umfassend – Transformation eines Schnitts des Bildes in Polarkoordinaten, welche Radialwerte und Winkelwerte umfassen, – Bestimmung eines quantitativen Werts für die Änderung des Schnitts in radialer Richtung, und – Verwendung des quantitativen Wertes als Maß für die Stärke von Ringartefakten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der quantitative Wert für die Änderung des Schnitts in radialer Richtung mit Hilfe von numerischer Differenzierung des Schnitts in radialer Richtung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – für einen festen Winkelwert entlang der Radialwerte numerische Ableitungen gebildet werden, und – der Betrag der Ableitungen aufsummiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Ableitung in äquidistanten Schritten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verfahren für eine Vielzahl von Winkelwerten durchgeführt wird, und – zur Bestimmung des quantitativen Wertes die Ergebnisse für die verschiedenen Winkelwerte aufsummiert werden
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Winkelwerte im Sinne von äquidistanten Abständen ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der quantitative Wert vor und nach Durchführung einer Ringartefaktkorrektur bestimmt wird, und – der Quotient der beiden Werte als Maß für die Qualität der Ringartefaktkorrektor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Bereich für das Maß für die Qualität der Ringartefaktkorrektor festgelegt wird, und – eine erneute Ringartefaktkorrektur vorgenommen wird, wenn das Maß außerhalb des Bereichs liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass – für die Ringartefaktkorrektur Parameter wählbar sind, – das Maß für verschiedene Parameterwerte der Ringartefaktkorrektur bestimmt wird, und – Parameterwerte für die Ringartefaktkorrektur nach Maßgabe der bestimmten Werte für das Maß für die Qualität der Ringartefaktkorrektur festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – anhand der bestimmten Werte für das Maß eine Optimierung von Parameterwerten vorgenommen wird, und – die optimierten Parameterwerte für die Durchführung der Ringartefaktkorrektur festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameterwerte eine Fenstergröße und einen Schwellenwert für die Varianz von Fensterzeilen umfassen.
Vorrichtung zur Quantifizierung von Ringartefakten für ein mittels von entlang einer Trajektorie aufgenommenen Röntgenaufnahmen erhaltenes Bild, mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend – ein Modul zur Transformation eines Schnitts des Bildes in Polarkoordinaten, welche Radialwerte und Winkelwerte umfassen, – ein Modul zur Bestimmung eines quantitativen Werts für die Änderung des Schnitts in radialer Richtung, und – ein Modul zur Verwendung des quantitativen Wertes als Maß für die Stärke von Ringartefakten.
Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Computerprogrammprodukt, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.