DE102012208764A1 - Method for reconstructing computed tomography image data sets of intensity measurements of flat panel detector, involves outputting and storing reconstructed tomographic representation of object under examination - Google Patents

Method for reconstructing computed tomography image data sets of intensity measurements of flat panel detector, involves outputting and storing reconstructed tomographic representation of object under examination Download PDF

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Abstract

The method involves scanning a phantom with known attenuation coefficients (S1) by a radiator flat detector system from multiple projection angles and recording the measured intensity values for all beams. The measured intensity values are transmitted (S6) using a determined assignment to attenuation values. A representation of a spatial attenuation coefficient of an object under examination is reconstructed (S7) using the determined attenuation values. Reconstructed tomographic representation of the object under examination is output and stored (S8). An independent claim is also included for an X-ray tomography system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Röntgentomographiesystem zur Rekonstruktion von CT-Bilddatensätzen aus Intensitätsmessungen eines Flachdetektors, wobei ein zumindest bezüglich seiner räumlichen Schwächungskoeffizienten bekanntes Phantom durch ein Strahler-Flachdetektor-System aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln abgetastet wird, und durch einen Vergleich von theoretisch berechneter Schwächungswerte durchlaufender Röntgenstrahlen und entsprechender gemessener Intensitätswerte für diese Röntgenstrahlen eine Zuordnung zwischen den Intensitätswerten und den theoretischen Schwächungswerten bestimmt wird, die bei einer späteren Abtastung eines Untersuchungsobjektes – unter Verwendung gleicher Geräteparameter – dazu verwendet wird, die gemessenen Intensitätswerte den richtigen Schwächungswerten zuzuordnen und eine Rekonstruktion einer tomographischen Darstellung mit räumlichen Schwächungskoeffizienten des Untersuchungsobjektes auszuführen. The invention relates to a method and X-ray tomography system for reconstructing CT image data sets from intensity measurements of a flat detector, wherein a phantom known at least with respect to its spatial attenuation coefficients is scanned by a radiator flat-detector system from a multiplicity of projection angles, and by a comparison of theoretically calculated attenuation values continuous X-rays and corresponding measured intensity values for these X-rays, an association between the intensity values and the theoretical attenuation values is determined, which is used in a later scan of an examination object - using the same device parameters - to assign the measured intensity values to the correct attenuation values and a reconstruction of a tomographic Representation with spatial attenuation coefficients of the examination object to execute.

Es ist allgemein bekannt, dass die Detektorsignale nicht unmittelbar zur Rekonstruktion artefaktfreier tomographischer Darstellungen verwendet werden können. Hierzu werden Schwächungswerte von Röntgenstrahlen, die ein Untersuchungsobjekt durchdringen, benötigt. Ein monochromer Strahl der Anfangsintensität wird beim Durchdringen eines Objektes gemäß der Formel I = I0exp(–∫µ(x)dx) geschwächt, wobei I der Strahlungsintensität nach der durchdrungenen Schicht, I0 der Anfangsintensität, µ(x) dem linearen Schwächungskoeffizienten an der Stelle x und d der Dicke der durchdrungenen Materie entspricht. Als logarithmierter Schwächungswert wird das Verhältnis ln(I/I0) bezeichnet, das dem Wert des Linienintegrals ∫µ(x)dx entspricht, wobei in der CT die Funktion µ(x) als tomographisches Graustufenbild dargestellt wird. It is well known that the detector signals can not be used directly to reconstruct artifact-free tomographic representations. For this purpose, attenuation values of X-rays penetrating an examination object are required. A monochromatic beam of the initial intensity is weakened when penetrating an object according to the formula I = I 0 exp (-∫μ (x) dx), where I is the radiation intensity after the penetrated layer, I 0 the initial intensity, μ (x) the linear attenuation coefficient at the point x and d corresponds to the thickness of the permeated matter. The logarithmic attenuation value is the ratio ln (I / I 0 ) which corresponds to the value of the line integral ∫μ (x) dx, the function μ (x) being represented in the CT as a tomographic greyscale image.

Wesentlich zur Rekonstruktion ist also die Kenntnis des Schwächungswertes, der durch eine ideale monochromatische Absorption im Untersuchungsobjekt entsteht. Essential to the reconstruction is thus the knowledge of the attenuation value, which results from an ideal monochromatic absorption in the examination object.

Es ist weiterhin bekannt, dass zur Übertragung der gemessenen Intensitäten einer multispektralen Röntgenstrahlung an einem Detektor auf einen entsprechenden monochromatischen Schwächungswert – basierend auf Modellbetrachtungen – Übertragungsfunktionen verwendet werden, die die gemessenen multispektralen Intensitäten auf einen monochromatischen Schwächungswert umrechnen. It is further known that for the transmission of the measured intensities of a multispectral X-radiation at a detector to a corresponding monochromatic attenuation value - based on model considerations - transfer functions are used which convert the measured multispectral intensities to a monochromatic attenuation value.

Es hat sich allerdings gezeigt, dass diese so ermittelten Übertragungsfunktionen in der Praxis nicht immer zu artefaktfreien CT-Darstellungen führen. However, it has been shown that these transfer functions determined in practice do not always lead to artifact-free CT images.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Übertragung gemessener Intensitätswerte an einem Detektor zu Schwächungswerten zu finden, die für die Rekonstruktion artefaktfreier Darstellungen geeignet sind. It is therefore an object of the invention to find an improved method for transmitting measured intensity values at a detector to attenuation values which are suitable for the reconstruction of artefact-free representations.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche. This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the subordinate claims.

Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, auf der Basis von Intensitätsmessungen eines Phantoms durch Vergleich mit theoretisch berechneten Schwächungswerten jeweils sich entsprechender Strahlen unmittelbar Übertragungsfaktoren zwischen Intensitätswerten und Schwächungswerten – unter der Voraussetzung gleicher Geräteparameter bei der Phantomabtastung und der Abtastung des Untersuchungsobjektes – zu finden sind. The inventor has recognized that it is possible, on the basis of intensity measurements of a phantom, to find directly corresponding transmission factors between intensity values and attenuation values by comparison with theoretically calculated attenuation values of the corresponding beams - assuming the same device parameters in the phantom scan and the scan of the examination subject are.

Demgemäß schlägt der Erfinder ein Verfahren zur Rekonstruktion von CT-Bilddatensätzen aus Intensitätsmessungen eines Flachdetektors vor, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

  • – Abtastung eines Phantoms mit bekannten Schwächungskoeffizienten durch ein Strahler-Flachdetektor-System aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln und Aufzeichnung der gemessenen Intensitätswerte für alle Strahlen,
  • – Bestimmung der vom Phantom besetzten Positionen,
  • – Berechnung theoretischer Schwächungswerte für alle Strahlen aus der Abtastung auf der Basis der nun bestimmten Lage und Kontur, einschließlich der vorbekannten räumlichen Schwächungskoeffizienten des Phantoms,
  • – Ermittlung einer Zuordnung, die jedem unter vorgegebenen Geräteparametern gemessenen Intensitätswert eines Strahls den theoretischen Schwächungswert dieses Strahls am Ort der Messung gegenüberstellt,
  • – Abtastung eines Untersuchungsobjektes mit dem Strahler-Flachdetektor-System mit den gleichen Geräteparametern aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln und Aufzeichnung der gemessenen Intensitätswerte für alle Strahlen,
  • – Übertragung der gemessenen Intensitätswerte unter Verwendung der ermittelten Zuordnung auf Schwächungswerte,
  • – Rekonstruktion einer Darstellung der räumlichen Schwächungskoeffizienten des Untersuchungsobjektes unter Verwendung der ermittelten Schwächungswerte,
  • – Ausgabe oder Speicherung der rekonstruierten tomographischen Darstellung des Untersuchungsobjektes.
Accordingly, the inventor proposes a method for reconstructing CT image data sets from intensity measurements of a flat detector, comprising the following method steps:
  • Scanning a phantom with known attenuation coefficients by a radiator flat-detector system from a plurality of projection angles and recording the measured intensity values for all the beams,
  • - determination of positions occupied by the phantom,
  • Calculation of theoretical attenuation values for all beams from the scan on the basis of the now determined position and contour, including the known spatial attenuation coefficients of the phantom,
  • Determination of an assignment which, for each intensity parameter of a beam measured under predetermined device parameters, compares the theoretical attenuation value of this beam at the location of the measurement,
  • Scanning an object under examination with the emitter flat panel detector system with the same device parameters from a multiplicity of projection angles and recording the measured intensity values for all the beams,
  • Transmission of the measured intensity values using the determined assignment to attenuation values,
  • Reconstruction of a representation of the spatial attenuation coefficients of the examination object using the determined attenuation values,
  • - Output or storage of the reconstructed tomographic representation of the examination object.

Zur Bestimmung der genauen Lage und der Kontur des Phantoms im Messfeld wird beispielsweise vorgeschlagen, dass die vom Phantom während der Abtastung besetzten Positionen durch die folgenden Verfahrensschritte bestimmt werden:

  • – Rekonstruktion einer tomographischen Phantomdarstellung des abgetasteten Phantoms mit den bei der Abtastung gemessenen Intensitätswerten,
  • – Segmentierung der tomographischen Phantomdarstellung bezüglich des Vorliegens oder Nicht-Vorliegens des Phantoms am jeweiligen Bildpixel,
  • – Ersetzen der Werte der, das Phantom darstellenden Bildwerte durch die vorbekannten Schwächungswerte des Phantoms. Alternativ können die vom Phantom während der Abtastung besetzten Positionen im Messfeld auch bestimmt werden durch die folgenden Verfahrensschritte:
  • – Verwendung eines Phantoms mit ausschließlich konvexer Kontur,
  • – Bestimmung aller Randstrahlen in mindestens einer Abtastebene, welche das Phantom bei der Abtastung begrenzen,
  • – Bestimmung der Kontur und Lage des Phantoms in der mindestens einen Abtastebene aus der von keinem Randstrahl durchdrungenen Fläche.
To determine the exact location and contour of the phantom in the measurement field For example, it is proposed that the positions occupied by the phantom during the scan be determined by the following process steps:
  • Reconstruction of a tomographic phantom representation of the sampled phantom with the intensity values measured during the scan,
  • Segmentation of the tomographic phantom representation with respect to the presence or absence of the phantom at the respective image pixel,
  • Replacing the values of the image values representing the phantom with the previously known attenuation values of the phantom. Alternatively, the positions occupied by the phantom during the scan in the measurement field can also be determined by the following method steps:
  • Use of a phantom with exclusively convex contour,
  • Determination of all marginal rays in at least one scanning plane, which limit the phantom during scanning,
  • - Determination of the contour and position of the phantom in the at least one scanning plane from the surface penetrated by no edge beam.

Weiterhin kann die Zuordnung zwischen gemessenen Intensitätswerten und theoretisch zu erwartenden Schwächungswerten durch Aufstellen einer LUT, also einer „look up“-Tabelle, erzeugt werden. Hierbei können in der LUT Mittelwerte von gemessenen Intensitätswerten gegenüber theoretischen Schwächungswerten abgelegt werden. Furthermore, the association between measured intensity values and theoretically expected attenuation values can be generated by setting up an LUT, ie a "look up" table. Here, mean values of measured intensity values can be stored in the LUT compared to theoretical attenuation values.

Andererseits besteht auch die Möglichkeit, die Zuordnung zwischen gemessenen Intensitätswerten und theoretisch zu erwartenden Schwächungswerten in Form einer mathematischen Funktion zu bestimmen. Bei dieser Variante kann als mathematische Funktion beispielsweise ein Polynom, eine Exponentialfunktion oder eine Spline-Funktion verwendet werden. On the other hand, it is also possible to determine the association between measured intensity values and theoretically expected attenuation values in the form of a mathematical function. In this variant, for example, a polynomial, an exponential function or a spline function can be used as a mathematical function.

Da es aufgrund der geometrischen Verhältnisse, einer nicht zu verhindernden Statistik der Messwerte und auch bedingt durch das Spektrum der verwendeten Röntgenstrahlung, bei der Abtastung des Phantoms zu Redundanzen und Unsicherheiten bei den Messwerten kommen kann, wird auch vorgeschlagen, zur Zuordnung ein „Least Square Fit“-Verfahren auszuführen, in dem die Parameter der mathematischen Funktion bestimmt werden. Since due to the geometric conditions, an unavoidable statistic of the measured values and also due to the spectrum of the X-ray radiation used, the sampling of the phantom can lead to redundancies and uncertainties in the measured values, it is also proposed to assign a Least Square Fit Method in which the parameters of the mathematical function are determined.

Weiterhin kann mit der zuvor bestimmten mathematischen Funktion wiederum eine eindeutige LUT erstellt werden, die zur Übertragung der beim Scan des Untersuchungsobjektes gemessenen Intensitätswerte auf die zur Rekonstruktion verwendeten Schwächungswerte verwendet wird. Furthermore, with the previously determined mathematical function, in turn, a unique LUT can be created, which is used to transmit the intensity values measured during the scan of the examination subject to the attenuation values used for the reconstruction.

Grundsätzlich basiert das vorliegende Verfahren darauf, dass das Röntgentomographiesystem zur Abtastung des Phantoms und zur Abtastung des Untersuchungsobjektes technisch gleich ist, also dass eine Übereinstimmung aller Geräteparameter vorliegt. Wird die LUT für unterschiedliche Randbedingungen, also unterschiedliche Geräte oder gleiche Geräte mit unterschiedlichen Einstellungen erzeugt, so sollten diese Parameter in der LUT vorliegen beziehungsweise je Parametersatz eine LUT vorliegen. Dabei können als Geräteparameter mindestens ein Parameter der folgenden Liste verwendet werden: Röhrenstrom, Röhrenspannung, Filtermaterial, Filterdicke, Detektortemperatur. In principle, the present method is based on the fact that the X-ray tomography system is technically the same for scanning the phantom and for scanning the examination object, ie that all device parameters match. If the LUT is generated for different boundary conditions, ie different devices or the same devices with different settings, these parameters should be present in the LUT or a LUT should be available for each parameter set. At least one parameter from the following list can be used as device parameters: tube current, tube voltage, filter material, filter thickness, detector temperature.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren schlägt der Erfinder auch ein Röntgentomographiesystem mit mindestens einem Röntgenstrahler und einem gegenüberliegenden Flachdetektor, geeignet zur tomographischen Abtastung eines Untersuchungsobjektes aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln, und einer Steuer- und Recheneinheit zur Steuerung des Röntgentomographiesystems und zur Erzeugung tomographischer Darstellungen des Untersuchungsobjektes, vor, wobei in einem Speicher der Steuer- und Recheneinheit ein Computerprogramm gespeichert ist, welches im Betrieb die Verfahrensschritte des voranstehenden beschriebenen Verfahrens ausführt. In addition to the method according to the invention, the inventor also proposes an X-ray tomography system having at least one X-ray emitter and an opposite flat detector suitable for tomographic scanning of an examination subject from a plurality of projection angles, and a control and processing unit for controlling the X-ray tomography system and for generating tomographic representations of the examination subject , wherein in a memory of the control and computing unit, a computer program is stored, which executes the method steps of the above described method during operation.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen und Variablen verwendet: A1: Aufnahme der akquirierten Intensitätsbilder eines Phantoms; A2: Rekonstruktion einer tomographische Abbildung des Phantoms mit einer genau bekannten Kontur; A3: Segmentierung des rekonstruierten Phantoms; A4: Berechnung der theoretisch zu erwartenden Schwächungswerte auf der Basis des segmentierten Phantoms mit bekannten Schwächungskoeffizienten; I/I0: Schwächungswerte; IM: Intensitätswert; P: Phantom, Prg1–Prgn: Computerprogramme; S: Strahlen; S1: Abtastung eines Phantoms mit bekannten Schwächungskoeffizienten; S2: Bestimmung der vom Phantom besetzten Positionen; S3: Berechnung theoretischer Schwächungswerte; S4: Ermittlung einer Zuordnung zwischen gemessenen Intensitätswert und dem theoretischen Schwächungswert; S5: Abtastung eines Untersuchungsobjektes; S6: Übertragung der gemessenen Intensitätswerte auf Schwächungswerte; S7: Rekonstruktion der Darstellung der räumlichen Schwächungskoeffizienten; S8: Ausgabe/Speicherung der rekonstruierten tomographischen Darstellung des Untersuchungsobjektes; µ(x): Schwächungskoeffizient; 1: C-Bogen-System; 2: Röntgenstrahler; 3: Flachdetektor; 4: Patient; 5: Computer; 6: Gehäuse; 7: C-Bogen; 8: Patientenliege. In the following the invention will be described in more detail with the aid of the figures, wherein only the features necessary for understanding the invention are shown. The following reference symbols and variables are used: A1: acquisition of the acquired intensity images of a phantom; A2: reconstruction of a tomographic image of the phantom with a well-known contour; A3: segmentation of the reconstructed phantom; A4: calculation of the theoretically expected attenuation values on the basis of the segmented phantom with known attenuation coefficients; I / I 0 : attenuation values; I M : intensity value; P: Phantom, Prg 1 Prg n : computer programs; S: rays; S1: sampling a phantom with known attenuation coefficients; S2: determination of positions occupied by the phantom; S3: calculation of theoretical attenuation values; S4: determination of an association between the measured intensity value and the theoretical attenuation value; S5: scanning an examination object; S6: transmission of the measured intensity values to attenuation values; S7: reconstruction of the representation of the spatial attenuation coefficients; S8: output / storage of the reconstructed tomographic representation of the examination subject; μ (x): attenuation coefficient; 1 : C-arm system; 2 : X-ray source; 3 : Flat detector; 4 : Patient; 5 : Computer; 6 : Casing; 7 : C-bow; 8th : Patient couch.

Es zeigen im Einzelnen: They show in detail:

1: Verfahrensschema des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 : Process diagram of the method according to the invention;

2: schematische Darstellung der Erzeugung einer LUT; 2 : schematic representation of the generation of a LUT;

3: C-Bogen-System zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 : C-arm system for carrying out the method according to the invention.

Die 1 zeigt ein Verfahrensschema für das erfindungsgemäße Verfahren zur Rekonstruktion von CT-Bilddatensätzen aus Intensitätsmessungen eines Flachdetektors. Hierbei wird im Schritt S1 ein Phantom durch ein Strahler-Flachdetektor-System, beispielsweise eines C-Bogens-Systems, aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln abgetastet und die dabei gewonnen Intensitätswerte für alle Strahlen aufgezeichnet. Das Phantom sollte dabei aus einem Material mit bekannten Schwächungskoeffizienten bestehen, wobei die Absorptionseigenschaften für Röntgenstrahlung im Wesentlichen ähnlich zu dem später verwendeten Untersuchungsobjekt sein sollten. Im Falle einer Verwendung des Verfahrens für die Untersuchung eines Patienten sollte das Phantom aus gewebeähnlichem Material bestehen, beispielsweise Wasser und/oder Plexiglas oder sonstige gewebeähnliche Materialien. The 1 shows a process scheme for the inventive method for the reconstruction of CT image data sets from intensity measurements of a flat detector. Here, in step S1, a phantom is scanned by a radiator flat-detector system, such as a C-arm system, from a plurality of projection angles, and the obtained intensity values for all the beams are recorded. The phantom should consist of a material with known attenuation coefficients, wherein the absorption properties for X-radiation should be substantially similar to the object to be used later. In the case of using the method for examining a patient, the phantom should be made of fabric-like material, such as water and / or plexiglass or other fabric-like materials.

Im Schritt S2 werden durch geeignete Maßnahmen die vom Phantom besetzten Positionen innerhalb des Messfeldes bestimmt. Beispielsweise kann dies durch eine physische Vermessung der Lage und Kontur des Phantoms geschehen. Vorteilhafter ist jedoch eine Bestimmung durch andere messtechnische Maßnahmen, wie eine Rekonstruktion mit Segmentierung oder die Bestimmung eines Satzes von Strahlen, die die sich an die Kontur des Phantoms anlegen. In step S2, the positions occupied by the phantom within the measuring field are determined by suitable measures. For example, this can be done by physically measuring the location and contour of the phantom. More advantageous, however, is a determination by other metrological measures, such as a reconstruction with segmentation or the determination of a set of rays that apply to the contour of the phantom.

Es folgt im Schritt S3 die Berechnung theoretischer Schwächungswerte I/I0 für alle Strahlen S, die auch bei der Abtastung des Phantoms verwendet wurden, wobei auf der Basis der zuvor bestimmten Lage und Kontur des Phantoms und dessen bekannter Schwächungskoeffizienten µ(x). Somit liegt für jeden Messstrahl der das Phantom durchdrungen hat und dessen Intensität nach der Schwächung durch das Phantom gemessen wurde ein korrespondierender Schwächungswert vor, der theoretisch beim Durchtritt des Strahls durch das Phantom entstehen sollte. It follows in step S3, the calculation of theoretical attenuation values I / I 0 for all the rays S, which were also used in the scanning of the phantom, based on the previously determined position and contour of the phantom and its known attenuation coefficient μ (x). Thus, for each measuring beam that has penetrated the phantom and whose intensity has been measured after attenuation by the phantom, there is a corresponding attenuation value that should theoretically arise as the beam passes through the phantom.

Im Schritt S4 wird nun auf der Basis der so ermittelten korrespondierenden Werte eine Zuordnung bestimmt, die jedem unter vorgegebenen Geräteparametern gemessenen Intensitätswert IM eines Strahls einen entsprechenden theoretischen Schwächungswert I/I0 dieses Strahls am Ort der Messung gegenüberstellt. Grundsätzlich können diese gegenüberstehenden gemessenen Intensitätswerte und theoretischen Schwächungswerte in einem Diagramm aufgetragen werden, so dass die – z.B. wegen der immer vorliegenden Messstatistik – vom idealen Zusammenhang abweichenden Unsicherheiten über eine Kurvenanpassung gemittelt werden können. Es liegt damit eine eindeutige Zuordnung zwischen den an einem Flachdetektor aufgenommenen Intensitätswerten und den Schwächungswerten vor. Hierbei ist zu bemerken, dass im Rahmen dieser Zuordnung zumindest teilweise auch automatisch Nebeneffekte, wie Streustrahlung und Strahlaufhärtung, korrigiert werden. In step S4, on the basis of the corresponding values determined in this way, an assignment is determined which compares a respective theoretical attenuation value I / I 0 of this beam at the location of the measurement to each intensity value I M of a beam measured under predetermined device parameters. In principle, these opposing measured intensity values and theoretical attenuation values can be plotted in a diagram, so that the uncertainties, which are deviating from the ideal relationship, for example because of the ever present measurement statistics, can be averaged over a curve fit. There is thus a clear association between the intensity values recorded on a flat detector and the attenuation values. It should be noted that, within the scope of this assignment, at least partially automatic side effects, such as scattered radiation and beam hardening, are corrected.

Zur eigentlichen Untersuchung eines Untersuchungsobjektes kann nun im Schritt S5 eine Abtastung dieses Untersuchungsobjektes mit dem Strahler-Flachdetektor-System mit den gleichen Geräteparametern aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln und Aufzeichnung der gemessenen Intensitätswerte IM für alle Strahlen erfolgen. Zur Korrektur der Messwerte werden dann im Schritt S6 die gemessenen Intensitätswerte unter Verwendung der ermittelten Zuordnung auf die Schwächungswerte I/I0 übertragen. For the actual examination of an examination subject, scanning of this examination subject with the radiator flat-detector system with the same device parameters from a multiplicity of projection angles and recording of the measured intensity values I M for all the rays can now take place in step S5. In order to correct the measured values, the measured intensity values are then transferred to the attenuation values I / I 0 in step S 6 using the determined assignment.

Im Schritt S7 erfolgt die Rekonstruktion der Darstellung der räumlichen Schwächungskoeffizienten µ(x) des Untersuchungsobjektes unter Verwendung der ermittelten Schwächungswerte I/I0 in an sich bekannter Weise, wobei im Schritt S8 eine Ausgabe oder Speicherung der rekonstruierten tomographischen Darstellung des Untersuchungsobjektes erfolgt. In step S7, the representation of the spatial attenuation coefficients μ (x) of the examination object is reconstructed using the determined attenuation values I / I 0 in a manner known per se, with an output or storage of the reconstructed tomographic representation of the examination subject in step S8.

Die 2 zeigt schematisch die Erstellung einer LUT (=„look up“-Tabelle), wobei in einem ersten Verfahrensabschnitt A1 die akquirierten Intensitätsbilder eines Phantoms P aufgenommen werden und im Verfahrensabschnitt A2 eine tomographische Abbildung des Phantoms P mit einer genau bekannten Kontur rekonstruiert wird. Im Verfahrensabschnitt A3 wird das rekonstruierte Phantom P segmentiert und die bekannten Schwächungskoeffizienten des Phantoms P in das segmentierte Volumen eingepasst. Im Verfahrensabschnitt A4 erfolgt dann auf der Basis der nun bekannten räumlichen Verteilung der Schwächungskoeffizienten des Phantoms die Berechnung der theoretisch zu erwartenden Schwächungswerte für alle Messstrahlen aus der Abtastung im Verfahrensabschnitt A1, wobei nun die Zuordnung zwischen den gemessenen Intensitätswerten der Strahlen zu den berechneten Schwächungswerten in Form einer LUT erstellt wird. Auf der Basis dieser LUT können nun bei einer späteren Abtastung eines Untersuchungsobjektes die gemessenen Intensitätswerte in die benötigten Schwächungswerte übertragen werden. The 2 schematically shows the creation of a LUT (= "look up" table), wherein in a first method section A1, the acquired intensity images of a phantom P are recorded and in the method section A2, a tomographic image of the phantom P is reconstructed with a precisely known contour. In method section A3, the reconstructed phantom P is segmented and the known attenuation coefficients of phantom P are fitted into the segmented volume. In the method section A4, on the basis of the now known spatial distribution of the attenuation coefficients of the phantom, the calculation of the theoretically expected attenuation values for all measurement beams from the scanning in the method section A1 is carried out, wherein now the correlation between the measured intensity values of the beams and the calculated attenuation values in the form a LUT is created. On the basis of this LUT, the measured intensity values can now be transferred into the required attenuation values during a later scan of an examination object.

Die 3 zeigt ein beispielhaftes Röntgentomographiesystem in Gestalt eines C-Bogen-Systems 1 mit einer, an einem C-Bogen 7 befestigten Röntgenröhre 2, der gegenüberliegend ein Flachdetektor 3 ebenfalls am C-Bogen 7 befestigt ist. Auf der Patientenliege 8 befindet sich ein Patient 4, der durch das Strahler-Detektor-System aus Röntgenröhre 2 und Flachdetektor 3 abgetastet wird, indem der C-Bogen 7 mit Hilfe des C-Bogen-Antriebs im Gehäuse 6 rotatorisch um den Patienten bewegt wird. Hierbei geht von der Röntgenröhre 2 eine Vielzahl von Röntgenstrahlen zum Flachdetektor 3 aus, deren Intensität in nicht näher dargestellten Detektorelementen des Flachdetektors für eine Vielzahl von Projektionsrichtungen gemessen wird. The 3 shows an exemplary X-ray tomography system in the form of a C-arm system 1 with one, on a C-arm 7 attached x-ray tube 2 , which is opposite a flat detector 3 also on the C-arm 7 is attached. On the patient bed 8th there is a patient 4 by the X-ray tube emitter detector system 2 and flat detector 3 is scanned by the C-arm 7 with the aid of the C-arm drive in the housing 6 is rotationally moved around the patient. This goes from the X-ray tube 2 a plurality of X-rays to the flat detector 3 whose intensity is measured in non-illustrated detector elements of the flat detector for a variety of projection directions.

Die Steuerung des C-Bogen-Systems 1 erfolgt durch einen Computer 5, in dessen Speicher Computerprogramme gespeichert sind, die im Betrieb ausgeführt werden. In diesem Computer 5 befinden sich auch Computerprogramme Prg1–Prgn, die im Betrieb das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ausführen und aus den entsprechend von Intensitätsmessungen in Schwächungswerte gewandelten Daten tomographische Darstellungen rekonstruieren. The control of the C-arm system 1 done by a computer 5 , in whose memory computer programs are stored, which are executed during operation. In this computer 5 There are also computer programs Prg 1 -Prg n , which execute the above-described inventive method in operation and reconstruct tomographic representations from the data converted into attenuation values by intensity measurements.

Insgesamt wird also mit dieser Erfindung ein Verfahren und ein Röntgentomographiesystem zur Rekonstruktion von CT-Bilddatensätzen aus Intensitätsmessungen eines Flachdetektors vorgestellt, wobei durch Abtastung eines Phantoms mit bekannten Schwächungskoeffizienten durch ein Strahler-Flachdetektor-System eine Vielzahl von Intensitätswerten gemessen und diese mit theoretisch berechneten Schwächungswerten korreliert werden, so dass sich eine eindeutige Zuordnung zwischen Intensitätswerten und Schwächungswerten ergibt und nachfolgend bei der Abtastung eines Untersuchungsobjektes die gemessenen Intensitätswerte in Schwächungswerte transferiert werden, mit denen eine Rekonstruktion des Untersuchungsobjektes stattfindet. Overall, this invention thus provides a method and an X-ray tomography system for reconstructing CT image data sets from intensity measurements of a flat detector, wherein a plurality of intensity values are measured by sampling a phantom having known attenuation coefficients by a radiator flat-detector system and correlating these with theoretically calculated attenuation values so that there is an unambiguous association between intensity values and attenuation values, and subsequently, during the scanning of an examination object, the measured intensity values are transferred into attenuation values with which a reconstruction of the examination subject takes place.

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. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

A1 A1
Aufnahme der akquirierten Intensitätsbilder eines PhantomsRecording the acquired intensity images of a phantom
A2 A2
Rekonstruktion einer tomographische Abbildung des Phantoms mit einer genau bekannten KonturReconstruction of a tomographic image of the phantom with a well-known contour
A3 A3
Segmentierung des rekonstruierten Phantoms Segmentation of the reconstructed phantom
A4 A4
Berechnung der theoretisch zu erwartenden Schwächungswerte auf der Basis des segmentierten Phantoms mit bekannten SchwächungskoeffizientenCalculation of the theoretically expected attenuation values on the basis of the segmented phantom with known attenuation coefficients
I/I0 I / I 0
Schwächungswerte attenuation values
IM I M
Intensitätswert intensity value
P P
Phantom phantom
Prg1–Prgn Prg 1 prr n
Computerprogramme computer programs
S S
Strahlen radiate
S1 S1
Abtastung eines Phantoms mit bekannten SchwächungskoeffizientenScanning a phantom with known attenuation coefficients
S2 S2
Bestimmung der vom Phantom besetzten PositionenDetermination of positions occupied by the phantom
S3 S3
Berechnung theoretischer Schwächungswerte Calculation of theoretical attenuation values
S4 S4
Ermittlung einer Zuordnung zwischen gemessenen Intensitätswert und dem theoretischen SchwächungswertDetermining an association between the measured intensity value and the theoretical attenuation value
S5 S5
Abtastung eines Untersuchungsobjektes Scanning of an examination object
S6 S6
Übertragung der gemessenen Intensitätswerte auf SchwächungswerteTransmission of the measured intensity values to attenuation values
S7 S7
Rekonstruktion der Darstellung der räumlichen SchwächungskoeffizientenReconstruction of the representation of the spatial attenuation coefficients
S8 S8
Ausgabe/Speicherung der rekonstruierten tomographischen Darstellung des UntersuchungsobjektesOutput / storage of the reconstructed tomographic representation of the examination object
µ(x)μ (x)
Schwächungskoeffizient attenuation coefficient
11
C-Bogen-System C-arm system
22
Röntgenstrahler X-ray
33
Flachdetektor FPD
44
Patient patient
5 5
Computer computer
6 6
Gehäuse casing
7 7
C-Bogen C-arm
8 8th
Patientenliege patient support

Claims (11)

Verfahren zur Rekonstruktion von CT-Bilddatensätzen aus Intensitätsmessungen eines Flachdetektors (3), aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. Abtastung eines Phantoms (P) mit bekannten Schwächungskoeffizienten (µ(x)) durch ein Strahler-Flachdetektor-System aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln und Aufzeichnung der gemessenen Intensitätswerte (IM) für alle Strahlen, 1.2. Bestimmung der vom Phantom (P) besetzten Positionen, 1.3. Berechnung theoretischer Schwächungswerte (I/I0) für alle Strahlen (S) aus der Abtastung auf der Basis der nun bestimmten Lage und Kontur, einschließlich der vorbekannten räumlichen Schwächungskoeffizienten (µ(x)) des Phantoms (P), 1.4. Ermittlung einer Zuordnung, die jedem unter vorgegebenen Geräteparametern gemessenen Intensitätswert (IM) eines Strahls den theoretischen Schwächungswert (I/I0) dieses Strahls am Ort der Messung gegenüberstellt, 1.5. Abtastung eines Untersuchungsobjektes mit dem Strahler-Flachdetektor-System mit den gleichen Geräteparametern aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln und Aufzeichnung der gemessenen Intensitätswerte (IM) für alle Strahlen, 1.6. Übertragung der gemessenen Intensitätswerte (IM) unter Verwendung der ermittelten Zuordnung auf Schwächungswerte (I/I0), 1.7. Rekonstruktion einer Darstellung der räumlichen Schwächungskoeffizienten (µ(x)) des Untersuchungsobjektes unter Verwendung der ermittelten Schwächungswerte (I/I0), 1.8. Ausgabe oder Speicherung der rekonstruierten tomographischen Darstellung des Untersuchungsobjektes (4). Method for the reconstruction of CT image data sets from intensity measurements of a flat detector ( 3 ), comprising the following method steps: 1.1. Scanning a phantom (P) with known attenuation coefficients (μ (x)) by a radiator flat-detector system from a plurality of projection angles and recording the measured intensity values (I M ) for all beams, 1.2. Determination of positions occupied by the phantom (P), 1.3. Calculation of theoretical attenuation values (I / I 0 ) for all beams (S) from the scan on the basis of the now determined position and contour, including the previously known spatial attenuation coefficients (μ (x)) of the phantom (P), 1.4. Determination of an assignment that compares the intensity value (I M ) of a beam measured under given device parameters with the theoretical attenuation value (I / I 0 ) of this beam at the location of the measurement, 1.5. Scanning of an object to be examined with the emitter-flat-detector system with the same device parameters from a multiplicity of projection angles and recording of the measured intensity values (I M ) for all the beams, 1.6. Transmission of the measured intensity values (I M ) using the determined assignment to attenuation values (I / I 0 ), 1.7. Reconstruction of a representation of the spatial attenuation coefficients (μ (x)) of the examination object using the determined attenuation values (I / I 0 ), 1.8. Output or storage of the reconstructed tomographic representation of the examination subject ( 4 ). Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Phantom (P) während der Abtastung besetzten Positionen bestimmt werden durch die folgenden Verfahrensschritte: – Rekonstruktion einer tomographischen Phantomdarstellung des abgetasteten Phantoms (P) mit den bei der Abtastung gemessenen Intensitätswerten (IM), – Segmentierung der tomographischen Phantomdarstellung bezüglich des Vorliegens oder Nicht-Vorliegens des Phantoms (P) am jeweiligen Bildpixel, – Ersetzen der Werte der, das Phantom (P) darstellenden Bildwerte durch die vorbekannten Schwächungswerte des Phantoms (P). Method according to the preceding claim 1, characterized in that the positions occupied by the phantom (P) during the scanning are determined by the following method steps: - Reconstruction of a tomographic phantom representation of the sampled phantom (P) with the intensity values (I M ), - segmentation of the tomographic phantom representation with respect to the presence or absence of the phantom (P) at the respective image pixel, - replacement of the values of the image values representing the phantom (P) by the known attenuation values of the phantom (P). Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Phantom (P) während der Abtastung besetzten Positionen bestimmt werden durch die folgenden Verfahrensschritte: – Verwendung eines Phantoms (P) mit ausschließlich konvexer Kontur, – Bestimmung aller Randstrahlen in mindestens einer Abtastebene, welche das Phantom (P) bei der Abtastung begrenzen, – Bestimmung der Kontur und Lage des Phantoms (P) in der mindestens einen Abtastebene aus der von keinem Randstrahl durchdrungenen Fläche. Method according to the preceding claim 1, characterized in that the positions occupied by the phantom (P) during the scanning are determined by the following method steps: Use of a phantom (P) with exclusively convex contour, Determination of all marginal rays in at least one scanning plane, which limit the phantom (P) during scanning, - Determination of the contour and position of the phantom (P) in the at least one scanning plane from the surface penetrated by any edge beam. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung zwischen gemessenen Intensitätswerten (IM) und theoretisch zu erwartenden Schwächungswerten (I/I0) durch Aufstellen einer LUT erzeugt wird. Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the association between measured intensity values (I M ) and theoretically expected attenuation values (I / I 0 ) is generated by setting up a LUT. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der LUT Mittelwerte von gemessenen Intensitätswerten (IM) gegenüber theoretischen Schwächungswerten (I/I0) aufgetragen werden. Method according to the preceding Patent Claim 4, characterized in that average values of measured intensity values (I M ) are plotted against theoretical attenuation values (I / I 0 ) in the LUT. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung zwischen gemessenen Intensitätswerten (IM) und theoretisch zu erwartenden Schwächungswerten (I/I0) in Form einer mathematischen Funktion bestimmt wird. Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the association between measured intensity values (I M ) and theoretically expected attenuation values (I / I 0 ) is determined in the form of a mathematical function. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als mathematische Funktion eine Funktion der nachfolgenden Liste verwendet wird: – Polynom, – Exponentialfunktion, – Spline-Funktion. Method according to the preceding claim 6, characterized in that a function of the following list is used as a mathematical function: - polynomial, - exponential function, - Spline function. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zuordnung ein „Least Square Fit“ ausgeführt wird, in dem Parameter der Funktion bestimmt werden. Method according to the preceding patent claim 7, characterized in that for the assignment of a "least square fit" is performed, are determined in the parameters of the function. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der zuvor bestimmten mathematischen Funktion eine LUT erstellt wird, die zur Übertragung der beim Scan des Untersuchungsobjektes gemessenen Intensitätswerte (IM) auf die zur Rekonstruktion verwendeten Schwächungswerte (I/I0) verwendet wird. Method according to one of the preceding claims 6 to 8, characterized in that with the previously determined mathematical function, an LUT is created, which is used to transmit the intensity values (I M ) measured during the scan of the examination subject to the attenuation values (I / I 0 ) is used. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Geräteparameter mindestens ein Parameter der folgenden Liste verwendet wird: – Röhrenstrom, – Röhrenspannung, – Filtermaterial, – Filterdicke – Detektortemperatur Method according to the preceding claim 1, characterized in that at least one parameter of the following list is used as the device parameter: - tube stream, - tube voltage, - filter material, - Filter thickness - Detector temperature Röntgentomographiesystem (1) mit mindestens einem Röntgenstrahler (2) und einem gegenüberliegenden Flachdetektor (3), geeignet zur tomographischen Abtastung eines Untersuchungsobjektes (4) aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln, und einer Steuer- und Recheneinheit (5) zur Steuerung des Röntgentomographiesystems (1) und zur Erzeugung tomographischer Darstellungen des Untersuchungsobjektes (4), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher der Steuer- und Recheneinheit (5) ein Computerprogramm (Prg1–Prgn) gespeichert ist, welches im Betrieb die Verfahrensschritte eines der voranstehenden Verfahrensansprüche ausführt. X-ray tomography system ( 1 ) with at least one X-ray source ( 2 ) and an opposing flat detector ( 3 ), suitable for tomographic scanning of an examination subject ( 4 ) from a plurality of projection angles, and a control and processing unit ( 5 ) for controlling the X-ray tomography system ( 1 ) and for generating tomographic representations of the examination subject ( 4 ), characterized in that in a memory of the control and computing unit ( 5 ) a computer program (Prg 1 -Prg n ) is stored, which performs the method steps of one of the preceding method claims during operation.
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