-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines anzuzeigenden dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Zielbereichs aus wenigstens zwei Sätzen von bei Röntgenspektren mit unterschiedlichen Energiemaxima aufgenommenen Projektionsbildern. Daneben betrifft die Erfindung eine Röntgeneinrichtung.
-
Aufnahmetechniken, bei denen unterschiedliche Röntgenenergien, konkret also Röntgenspektren mit unterschiedlichen Energiemaxima, verwendet werden, um Hochenergie- und Niedrigenergieaufnahmen zu erzeugen, sind im Stand der Technik bereits bekannt. Häufig werden sie bei Verfahren eingesetzt, die aus zweidimensionalen Projektionsbildern, die unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden, dreidimensionale Bilddatensätze rekonstruieren, beispielsweise mittels iterativer Verfahren oder Verfahren der gefilterten Rückprojektion. Typische Anwendungsgebiete für solche Dualenergietechniken („dual energy“) sind die kontrastverstärkte Tomosynthese der Mamma oder Lunge, wobei typischerweise bei vorheriger Kontrastmittelinjektion ein Niedrigenergiescan gefolgt von einem Hochenergiescan durchgeführt wird. Sehr ähnliche Aufnahmetechniken werden nicht nur in der Tomosynthesebildgebung, sondern auch der Computertomographie, insbesondere auch der Computertomographie mit einem C-Bogen oder allgemein unter Verwendung eines Flachdetektors, eingesetzt, beispielsweise im Rahmen einer kontrastmittelbasierten dreidimensionalen Angiographie (DSA) oder um Perfusionsmessungen durchzuführen.
-
Bei vielen Vorgehensweisen für Dualenergieaufnahmen ist es dabei üblich, die zweiten, mit hoher Energie aufgenommenen Projektionsbilder aus denselben Projektionsrichtungen aufzunehmen wie die ersten Projektionsbilder. Sodann ist es möglich, eine nachfolgende lineare Kombination von Hoch- und Niedrigenergiedaten im Projektionsraum durchzuführen. So wurden beispielsweise für die Tomosynthese-Untersuchung der Mamma Lösungen vorgeschlagen, die eine Wiederholung der Aufnahmetrajektorie und der Projektionsrichtungen oder einen Rücklauf entlang der Aufnahmetrajektorie, wobei wiederum zweite Projektionsbilder in denselben Projektionsrichtungen, insbesondere Projektionswinkeln, aufgenommen werden, beinhalten.
-
Derartige Lösungen haben den Nachteil, dass trotz einer Verdoppelung der Projektionsbildanzahl durch die zweifache Aufnahme von Projektionsbildern keine Verbesserung in der Abtastung der Aufnahmetrajektorie erfolgt und somit auch keine Verbesserung von Aliasing- oder Auflösungseffekten, beispielsweise Strichartefakten, im rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatz möglich wird. Ferner ist es nachteilhaft, dass trotz des gezielten Anfahrens von bereits vorher berücksichtigten Abtastpositionen die zugehörigen Projektionsrichtungen oft nicht exakt reproduziert werden, bedingt durch die prinzipiell eingeschränkte Genauigkeit der Systemmechaniken. Verfahren, die sich auf die exakte Reproduktion der Aufnahmegeometrien während der beiden Scanläufe verlassen, sind daher anfällig für zusätzliche Bildartefakte.
-
Zur Verbesserung der Systemgenauigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Reproduktion von Projektionsrichtungen (Winkelgenauigkeit) wurde eine Step-and-Shoot-Aufnahmetechnik vorgeschlagen, welche allerdings mit einer Erhöhung der Aufnahmezeit einhergeht und den Ansatz für Bewegungsartefakte anfällig macht. Zudem verlangt diese Vorgehensweise eine aufwendigere Mechanik.
-
In der dreidimensionalen digitalen Subtraktionsangiographie-Bildgebung mit einer C-Bogen-Röntgeneinrichtung wurde vorgeschlagen, die Daten der beiden Scanläufe erst nach einer Erzeugung von einzelnen Rekonstruktionsbilddatensätzen, beispielsweise durch Rückprojektion, algorithmisch zu verknüpfen. Die Annahme der perfekten Reproduzierbarkeit der beiden Scanläufe wird daher nicht getroffen, so dass entsprechende Artefakte vermieden werden können. Dennoch ist eine Verbesserung der Abtastung entlang der Aufnahmebahn und eine dadurch bedingte Bildqualitätsverbesserung nicht möglich.
-
Es wurde ferner vorgeschlagen, während eines einzigen Scanlaufs zwischen Hoch- und Niedrigenergieprojektionen zu wechseln. Diese erfordern jedoch einen hohen Aufwand seitens der Strahlungsquelle, insbesondere was die Vermeidung der Reduzierung der Lebenszeit einer Röntgenröhre angeht. Zudem erfordert das schnelle Wechseln des Röntgenfilters eine schnelle und aufwendige Mechanik.
-
Aus der Druckschrift
DE 10 2008 051 043 B3 ist ein Röntgen-CT-System und ein Verfahren zur Erstellung tomographischer Aufnahmen auf einer Gantry winkelversetzt arbeitenden Strahler-Detektor-Anordnungen mit mindestens zwei unterschiedlichen Röntgenenergiespektren bekannt, wobei mindestens eine erste Aufnahme aus Detektordaten aus zwei Viertelrotationen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren rekonstruiert und mindestens eine zweite Aufnahme aus Detektordaten einer Abtastung mindestens einer der Strahler-Detektor-Anordnungen über eine Halbrotation erstellt werden. Die Aufnahmen werden einer Hochpassfilterung beziehungsweise einer Tiefpassfilterung bezüglich ihrer Ortsfrequenzen unterzogen und anschließend die gefilterten Aufnahmen zu einer Ergebnisaufnahme kombiniert.
-
Aus der Druckschrift
DE 103 56 116 A1 ist ein Verfahren zum Erleichtern eines Verringerns von Artefakten bekannt, welches ein Entgegennehmen von Daten, die ein erstes Energiespektrum eines Scandurchgangs an einem Objekt betreffen, und ein Entgegennehmen von Daten, die ein zweites Energiespektrum eines Scandurchgangs an dem Objekt betreffen, umfasst, wobei sich das zweite Energiespektrum von dem ersten Energiespektrum unterscheidet. Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte: Rekonstruieren mindestens eines ursprünglichen ersten Energiebildes mittels der ersten Energiespektraldaten, Rekonstruieren mindestens eines ursprünglichen zweiten Energiebildes mittels der zweiten Energiespektraldaten, Transformieren mindestens eines ursprünglichen zweiten Energiebildes in mindestens ein transformiertes erstes Energiebild und Kombinieren mindestens eines ursprünglichen ersten Energiebildes mit mindestens einem transformierten ersten Energiebild, um ein kombiniertes erstes Energiebild zu erzeugen.
-
Aus der Druckschrift
DE 10 2005 047 420 A1 ist ein Multienergie-Tomosynthese-Bildgebungssystem bekannt. Das System enthält eine Röntgenquelle, die zum Aussenden von Röntgenstrahlen von zahlreichen Orten innerhalb eines begrenzten Winkelbereiches, bezogen auf ein Bildgebungsvolumen, eingerichtet ist. Das Bildgebungssystem enthält auch einen digitalen Detektor mit einem Array aus Detektorelementen zum Erzeugen von Bildern in Abhängigkeit von den ausgesandten Röntgenstrahlen. Das Bildgebungssystem enthält weiterhin eine Detektorakquisitionsschaltung zum Erfassen der Bilder von dem digitalen Detektor. Das Bildgebungssystem kann auch eine Verarbeitungsschaltung enthalten, die zum Zerlegen einer Vielzahl von Bildern in Abhängigkeit von den Energieeigenschaften und zum Wiederherstellen der Vielzahl von Bildern eingerichtet ist, um ein dreidimensionales Multienergie-Tomosynthesebild zu erzeugen.
-
Aus der Druckschrift
US 7 801 265 B2 ist ein System und Verfahren zur Erzeugung eines kombinierten oder gemischten Energiebildes unter Verwendung von sowohl Niedrig- als auch Hochenergie-CT-Datensätzen, die mit einem Dual-Energie-CT-System erfasst wurden, bekannt. Die Niedrig- und Hochenergie-Datensätze werden unter Verwendung gewünschter Gewichtungsfaktoren gemischt, um ein „Ein-Energie“-Bild zu imitieren. Der Niedrigenergie-Datensatz liefert Daten mit verbesserter Kontrastverstärkung, aber mit erhöhtem Rauschpegel. Der Hochenergie-Datensatz liefert Daten mit geringerer Kontrastverstärkung, aber mit besseren Rauscheigenschaften. Durch die Kombination der Niedrig- und Hochenergie-Datensätze gemäß der vorliegenden Methode nutzen die resultierenden Bilder mit gemischter Energie die Information der vollen Strahlendosis, die im Dual-Energie-Scan verwendet wird. Es kann eine Vielzahl von Gewichtungsmetriken ausgewählt werden, einschließlich Patientengröße, Dosisaufteilung oder Bildqualität, um die gewünschten Gewichtungsfaktoren auf der Grundlage der Gewichtungsmetriken zu bestimmen. Durch die Wahl der richtigen Gewichtungsfaktoren kann das Bildrauschen reduziert und/oder das Kontrast-Rausch-Verhältnis im Mixed-Energy-Bild erhöht werden.
-
Aus der Druckschrift
US 2010 / 0 183 206 A1 ist eine automatische Anpassung eines Aufnahmeprotokolls für dynamische medizinische Bildgebung, wie z.B. dynamisches CT, MRI oder PET-Bildgebung, bekannt. Die Protokolle werden auf der Grundlage anatomischer und dynamischer Modelle angepasst, die auf der Grundlage eines Scout-Scans für jeden Patienten individualisiert oder angepasst werden. Die Anpassung kann Veränderungen des Patienten aufgrund von Patientenbewegungen (z.B. Atmung oder Herzschlag) oder des Flusses von Kontrast- oder Tracemitteln während der Sequenz ausgleichen. Dadurch wird sichergestellt, dass Veränderungen in den rekonstruierten Bildern auf pathologische Veränderungen des Patienten hindeuten und nicht durch Bewegung des Patienten oder Änderungen der Scan-Parameter oder des Timings verursacht werden. Das dynamische Modell kann ein Bewegungsmodell sein, das zur Vorhersage der Bewegung anatomischer/physiologischer Merkmale, typischerweise Organe, während des Scannens verwendet wird, oder ein hämodynamisches Modell, das zur Vorhersage des Kontrastmittelflusses verwendet wird und ein präzises Timing der Scan-Sequenz ermöglicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, um bei Aufnahmen von Projektionsbildern verschiedener Energien hochqualitativ die Anatomie und die gewünschte Spektralinformation wiedergebende Bilddatensätze zu erzeugen.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen:
- - Aufnahme der ersten Projektionsbilder unter Verwendung des ersten Röntgenspektrums und unterschiedlicher erster Projektionsrichtungen und der zweiten Projektionsbilder unter Verwendung des zweiten Röntgenspektrums und unterschiedlicher zweiter Projektionsrichtungen, wobei sich die zweiten Projektionsrichtungen wenigstens teilweise, bevorzugt vollständig, von den ersten Projektionsrichtungen unterscheiden,
- - Rekonstruktion eines dreidimensionalen Anatomiebilddatensatzes aus den ersten und den zweiten Projektionsbildern,
- - Rekonstruktion eines dreidimensionalen Spektralbilddatensatzes durch insbesondere gewichtete Kombination, insbesondere Subtraktion, eines ersten, aus den ersten Projektionsbildern rekonstruierten dreidimensionalen Rekonstruktionsbilddatensatzes und eines zweiten, aus den zweiten Projektionsbildern rekonstruierten dreidimensionalen Rekonstruktionsbilddatensatzes, und
- - Anzeige des Anatomiebilddatensatzes und des Spektralbilddatensatzes.
-
Es wird mithin vorgeschlagen, grundsätzlich und gezielt unterschiedliche Projektionsrichtungen, insbesondere Projektionswinkel, für die Niedrigenergie- und die Hochenergieaufnahmen zu verwenden. Dies hat den Vorteil, dass die Projektionsbilddaten aus dem Niedrigenergie-Aufnahmevorgang in jedem Fall durch die Projektionsbilddaten des Hochenergie-Aufnahmevorgangs ergänzt werden, wobei diese Ergänzung erfindungsgemäß insbesondere genutzt wird, indem einem dreidimensionalen Anatomiebilddatensatz nicht nur, wie bekannt, die ersten Projektionsbilder zugrunde gelegt werden, sondern sowohl die ersten als auch die zweiten Projektionsbilder, also alle Projektionsbilder. Dies erhöht für die durch den Anatomiebilddatensatz wiedergegebene Anatomieinformation die Abtastung bezüglich des Anatomiebilddatensatzes und reduziert bereits zwangsläufig auftretende Artefakte und Ungenauigkeiten, insbesondere Aliasing- und Strichartefakte. Erfindungsgemäß ist also nicht nur die übliche Kombination des ersten Rekonstruktionsbilddatensatzes mit dem zweiten Rekonstruktionsbilddatensatz zur Erhaltung des die Spektralinformation wiedergebenden Spektralbilddatensatzes vorgesehen, sondern es liegen die ersten und die zweiten Projektionsbilder bzw. bei einer linearen Rekonstruktionstechnik der erste und der zweite Rekonstruktionsbilddatensatz auch einem weiteren Bilddatensatz, nämlich dem dreidimensionalen Anatomiebilddatensatz, zugrunde. Zur Darstellung des Weichteilgewebes und/oder der Morphologie werden also Projektionsbilder zweier Scanläufe unterschiedlicher Energie mit jeweils unterschiedlichen Projektionsrichtungen verwendet.
-
Der Anatomiebilddatensatz wird mithin aus allen gemessenen Projektionen, also Niedrigenergie und Hochenergie, erzeugt, beispielsweise unter Verwendung eines Algorithmus der gefilterten Rückprojektion. Das erzeugte Volumen (bzw. die erzeugten Schichten) beinhaltet im Wesentlichen die Weichteilinformationen, die (Gesamt-) Morphologie sowie für die Mammadiagnostik die Struktur des Parenchyms. Die hohe Abtastrate entlang der Aufnahmetrajektorie garantiert eine hohe Bildqualität in der Rekonstruktion, wobei insbesondere Strichartefakte oder Aliasingartefakte effektiv vermieden werden.
-
Zusätzlich zu dem Anatomiebilddatensatz wird selbstverständlich auch ein die Spektralinformation enthaltender Spektralbilddatensatz als gewichtete Linearkombination, vorzugsweise eine Subtraktion, des ersten Rekonstruktionsbilddatensatzes und des zweiten Rekonstruktionsbilddatensatzes, also eines Niedrig- und eines Hochenergievolumens, erzeugt. Der erste Rekonstruktionsbilddatensatz und/oder der zweite Rekonstruktionsbilddatensatz können dabei mittels iterativer Rekonstruktion und/oder unter Verwendung eines Verfahrens der gefilterten Rückprojektion erzeugt werden. Der Spektralbilddatensatz beinhaltet im Wesentlichen die spektralenergiebedingten Zusatzinformationen, beispielsweise bezüglich eines Kontrastmittels, von Knochen, etc.
-
Es kann vorgesehen sein, dass für die Aufnahme der ersten und der zweiten Projektionsbilder dieselbe Aufnahmetrajektorie verwendet wird, wobei die Projektionsrichtungen der zweiten Projektionsbilder wenigstens teilweise zwischen Projektionsrichtungen der ersten Projektionsbilder entlang der Aufnahmetrajektorie liegen. Auf diese Weise können mithin bei der Aufnahme der ersten Projektionsbilder noch vorhandene „Lücken“ in der Abtastung durch die zweiten Projektionsbilder aufgefüllt werden.
-
Vorzugsweise ist die Zahl der während eines Aufnahmevorgangs aufgenommenen zweiten Projektionsbilder kleiner als die Zahl der ersten Projektionsbilder, insbesondere um einen Faktor kleiner. Gerade im Sinne der Strahlenbelastung eines Patienten ist es zweckmäßig, wenn eher wenige Hochenergie-Projektionsbilder, also zweite Projektionsbilder, aufgenommen werden. Es sind allerdings auch Verfahren bekannt, in denen allgemein mehrere Aufnahmevorgänge für zweite Projektionsbilder vorgenommen werden, das bedeutet, es werden mehrere Sätze von zweiten Projektionsbildern, die aus unterschiedlichen Aufnahmevorgängen, insbesondere unterschiedlichen Abfahrvorgängen der Aufnahmetrajektorie, stammen. Dann kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der zweiten Projektionsbilder je Aufnahmevorgang (Scanlauf) nicht größer ist als die der ersten Projektionsbilder, es kann sich jedoch ergeben, dass die Gesamtzahl der zweiten Projektionsbilder bei mehreren zeitlich versetzten Aufnahmevorgängen (Scanläufen) für zweite Projektionsbilder größer als die Gesamtzahl der ersten Projektionsbilder wird.
-
Die Zahl der zweiten Projektionsbilder (pro Aufnahmevorgang) kann über einen Faktor F vorbestimmt sein, beispielsweise gemäß der Formel
-
Werden in einem Beispiel erste Projektionsbilder (Niedrigenergieprojektionen) alle zwei Winkelgrad aufgenommen, mithin beispielsweise bei -25°, -23°, -21°, usw., so kann bei F=1 vorgesehen sein, die zweiten Projektionsbilder eines Aufnahmevorgangs zwischen den Aufnahmepositionen der ersten Projektionsbilder aufzunehmen, beispielsweise also bei -24°, -22°, -20° usw. Denkbar sind jedoch auch Werte von F, die kleiner als 1 sind, so dass es beispielsweise bei F=0,5 denkbar ist, nur in jeder zweiten „Lücke“ zweite Projektionsbilder aufzunehmen, mithin beispielsweise bei -22°, -18°, -14°, ... Für F=0,75 ist es beispielsweise denkbar, zweite Projektionsbilder bei -22°, -20°, -18°, dann wieder bei -14°, -12°, -10° usw. aufzunehmen. Allgemein kann gesagt werden, dass die Wahl der Projektionsrichtungen für die zweiten Projektionsbilder, insbesondere also die Hochenergie-Projektionswinkel, über eine logische Reihe zu den Projektionsrichtungen der ersten Projektionsbilder, insbesondere der Niedrigenergie-Projektionswinkel, vorbestimmt werden kann.
-
Zweckmäßigerweise kann jedoch auch vorgesehen sein, dass wenigstens bei der Untersuchung eines zeitlich ablaufenden Vorgangs durch während wenigstens eines Aufnahmevorgangs aufgenommene zweite Projektionsbilder, insbesondere der Untersuchung einer Kontrastmittel-Kinetik, der Faktor in Abhängigkeit einer Zeitkonstante des zeitlich ablaufenden Vorgangs gewählt wird, insbesondere in Abhängigkeit einer Anflutungszeit eines Kontrastmittels. Sollen durch Hochenergie-Aufnahmen zeitliche Abläufe bezüglich eines Kontrastmittels untersucht werden, kann also beispielsweise vorgesehen sein, den Faktor F in Abhängigkeit einer Zeitkonstante der Kontrastmittel-Verabreichung zu wählen, beispielsweise über den Zeitfaktor (Zeit von der Kontrastmittel-Injektion bis zur ersten Aufnahme eines zweiten Projektionsbildes). Auf diese Weise kann beispielsweise die Kontrastmittel-Kinetik untersucht werden.
-
Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn der Faktor in Abhängigkeit einer Anforderung eines verwendeten Rekonstruktionsverfahrens gewählt wird, insbesondere in Abhängigkeit von einer minimal erforderlichen Projektionsbildzahl und/oder eines gewollten Signaldifferenz-zu-Rausch-Verhältnisses. Die gewünschte Qualität, die später in der Rekonstruktion zur Verfügung stehen soll, kann mithin ebenso bestimmen, wie viele zweite Projektionsbilder aufgenommen werden, mithin die Höhe des Faktors F. So kann der Faktor F beispielsweise in Abhängigkeit der minimal erforderlichen Anzahl der zweiten Projektionsbilder zur Erzeugung eines Ergebnisvolumens einer bestimmten Qualität gewählt werden, denkbar ist es jedoch auch, ein Minimal- oder Ziel-SdNR des darzustellenden Zielbereichs heranzuziehen (SdNR = signal-difference-to-noise-ratio).
-
In der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswahl der Projektionsrichtungen zur Aufnahme der zweiten Projektionsbilder in Abhängigkeit der Auswertung wenigstens einer dreidimensionalen Vorabaufnahme des Zielbereichs und/oder des ersten Rekonstruktionsdatensatzes erfolgt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei wenigstens einem weiteren Aufnahmevorgang von zweiten Projektionsbildern nach einem bereits erfolgten ersten Aufnahmevorgang für zweite Projektionsbilder die Auswahl der Projektionsrichtungen zur Aufnahme der zweiten Projektionsbilder in Abhängigkeit der Auswertung des Anatomiedatensatzes erfolgt. Letztlich bedeutet dies, dass die Art, in der „Lücken“ der Abtastung bei der Aufnahme der ersten Projektionsbilder aufgefüllt werden, auch in Abhängigkeit des aufzunehmenden Objektes bzw. des Zielbereichs gewählt werden können. D. h., es kann eine Auswertung einer insbesondere dreidimensionalen Vorabaufnahme bezüglich möglicher Strahlwege erfolgen, bevorzugt ist es jedoch, wenn, beispielsweise durch eine Echtzeit-CAD (computer aided diagnosis), nach ihrer Aufnahme die ersten Projektionsbilder bzw. der daraus rekonstruierte erste Rekonstruktionsbilddatensatz ausgewertet werden, um geeignete, insbesondere nicht blockierte Strahlungswege zu finden, unter denen eine Aufnahme weiterer, hier zweiter, Projektionsbilder sinnvoll ist. Denkbar ist es schließlich auch, wenn mehrere Aufnahmevorgänge zweiter Projektionsbilder erfolgen, mithin mehrere Sätze zweiter Projektionsbilder aufgenommen werden, den Anatomiebilddatensatz, also eine kombinierte Hoch- und Niedrigenergierekonstruktion, entsprechend auszuwerten, um geeignete Projektionsrichtungen, die in hohem Informationsgewinn resultieren, aufzufinden.
-
Konkret kann vorgesehen sein, dass die zweiten Projektionsrichtungen so gewählt werden, dass stark schwächende Strahlverläufe, insbesondere durch Knochen und/oder dichtes Gewebe, vermieden werden. Es können also beispielsweise Projektionswinkel, bei denen die Strahlungswege durch dichte Gewebeschichten und/oder Knochen verlaufen, vermieden werden, mithin solche Strahlungswege und mithin Projektionsrichtungen bevorzugt werden, bei denen eine geringere Schwächung gegeben ist, so dass mit höherer Signalstärke Strukturen besser aufgelöst werden können.
-
In weiterer, konkreter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Anatomiebilddatensatz durch Addition des ersten und des zweiten Rekonstruktionsbilddatensatzes ermittelt wird. Wie bereits erwähnt wurde, ist dies insbesondere dann zweckmäßig, wenn der erste und der zweite Rekonstruktionsbilddatensatz durch eine lineare Rekonstruktion ermittelt wurden, da sich dann bei Addition der beiden Rekonstruktionsbilddatensätze Effekte durch eine zu geringe Abtastung einfach herausrechnen lassen. Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass vorgesehen sein kann, dass eine energieabhängige Gewichtung der Daten der Rekonstruktionsbilddatensätze vorgenommen wird. Denkbar ist es also, dass insbesondere bereits während der Rekonstruktion unter Verwendung eines Algorithmus der gefilterten Rückprojektion eine energieabhängige Gewichtung der Daten stattfindet, um Effekte der unterschiedlichen Röntgenspektren zu minimieren.
-
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass vor der Kombination des ersten und des zweiten Rekonstruktionsbilddatensatzes zu dem Spektralbilddatensatz wenigstens ein Korrekturalgorithmus zur Reduzierung von Aliasing- oder Strichartefakten auf die Rekonstruktionsbilddatensätze angewendet wird. Nachdem im erfindungsgemäßen Verfahren die Linearkombination nicht im Projektionsraum erfolgt, sondern stets im Volumenraum, ist es mithin möglich, insbesondere Aliasing- und/oder Strichartefakte bereits vor der Kombination zum Spektralbilddatensatz zu reduzieren, wofür gängige, im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Verfahren eingesetzt werden können. Auf diese Weise, das bedeutet, unter Verwendung von artefaktreduzierten Rekonstruktionsbilddatensätzen, ist auch die Anzahl der Artefakte und Bildstörungen in dem Spektralbilddatensatz reduziert. Dies zeigt sich insbesondere deutlich bei der Subtraktion als Kombinationsmethode, nachdem bei der Subtraktion noch eine Verstärkung von Artefakten grundsätzlich auftreten kann.
-
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können zur Korrektur einer Bewegung des Zielbereichs die ersten Projektionsbilder mit den zweiten Projektionsbildern und/oder der erste Rekonstruktionsbilddatensatz mit dem zweiten Rekonstruktionsbilddatensatz registriert werden. Insbesondere dann, wenn ein Zeitraum zwischen der Aufnahme der ersten und der zweiten Projektionsbilder liegt, ist es zweckmäßig, auch Bewegungen des Zielbereichs zu berücksichtigen und zu korrigieren. Hierbei können die beiden Rekonstruktionsbilddatensätze zu einander registriert werden, so dass aufgrund der erhaltenen Registrierungsinformation Patientenbewegungen zwischen den Scanläufen entsprechend ausgeglichen werden können. Die Registrierungsinformation kann für die Erzeugung der Rekonstruktionsbilddatensätze während der Rückprojektion Anwendung finden, wie beispielsweise in dem Artikel von D. Schäfer et al., „Motion-compensated and gated cone beam filtered back-projection for 3-D rotational x-ray angiography", IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 25, Nummer 7, Juli 2006, Seiten 898 - 906, beschrieben. Denkbar ist es jedoch auch, die Registrierungsinformation unmittelbar bei der Linearkombinationsberechnung für den Spektralbilddatensatz und gegebenenfalls den Anatomiebilddatensatz zu berücksichtigen. Auch ist es möglich, eine Registrierung bereits im Projektionsbildraum herbeizuführen, wenn doch ein oder mehrere wenige Projektionsbilder der ersten und der zweiten Projektionsbilder unter denselben Projektionsrichtungen aufgenommen werden, das bedeutet, es kann konkret vorgesehen sein, dass wenigstens ein Paar erster und zweiter Projektionsbilder unter derselben Projektionsrichtung aufgenommen wird, wobei eine Registrierungsinformation durch Vergleich von ersten und zweiten Projektionsbildern gleicher Projektionsrichtung ermittelt wird.
-
Wie bereits erläutert wurde, ist vorgesehen, dass der Anatomiebilddatensatz und der Spektralbilddatensatz angezeigt werden. Dies kann bevorzugt gleichzeitig geschehen. Im klinischen Workflow werden also beide Bilddatensätze, der Anatomiebilddatensatz und der Spektralbilddatensatz, beispielsweise dem befundenden Arzt bereitgestellt, was zum einen als zwei individuelle Graustufenbilder geschehen kann, die beispielsweise nebeneinander angezeigt werden können.
-
Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Anatomiebilddatensatz und der Spektralbilddatensatz zur gemeinsamen Anzeige fusioniert werden. Es kann mithin vorgesehen sein, dass zur Anzeige der beiden Bilddatensätze also zwei Informationskanäle eines einzigen Bildes verwendet werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Spektralbilddatensatz und der Anatomiebilddatensatz dem Anatomiebilddatensatz oder dem Spektralbilddatensatz farblich unterscheidbar überlagert angezeigt werden. Es kann mithin eine Farbcodierung vorgesehen sein, um beispielsweise die Informationen aus dem Spektralbilddatensatz dem Anatomiebilddatensatz zu überlagern. Auf diese Weise ist eine hervorragende Erkennbarkeit und Auswertbarkeit durch einen Betrachter gegeben.
-
Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Röntgeneinrichtung, umfassend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Bei einer derartigen Röntgeneinrichtung kann es sich beispielsweise um eine C-Bogen-Röntgeneinrichtung handeln, mit der ebenso computertomographieartig Projektionsbilder unter unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen und dreidimensionale Bilddatensätze rekonstruiert werden können. Denkbar ist es aber auch, die Röntgeneinrichtung als eine Tomosynthese-Röntgeneinrichtung auszubilden, mit der beispielsweise die Mamma und die Lunge untersucht werden können. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung übertragen, mit welcher mithin dieselben Vorteile erreicht werden können.
-
Eine derartige Röntgeneinrichtung kann also insbesondere eine Rekonstruktionseinheit zur Rekonstruktion des Anatomiebilddatensatzes und des Spektralbilddatensatzes sowie eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige des Anatomiebilddatensatzes und des Spektralbilddatensatzes enthalten. Zudem ist erfindungsgemäß eine Projektionsrichtungsbestimmungseinheit vorgesehen, welche festlegt, unter welchen Projektionsrichtungen die zweiten Projektionsbilder aufgenommen werden, was auf die beschriebenen Weisen geschehen kann. Auch weitere Komponenten, die beispielsweise durch Hardware und/oder Software realisiert werden können, sind entsprechend der Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 2 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels im Bereich der Tomosynthese genauer erläutert werden. Dabei wird vorliegend als Zielbereich eine Mamma betrachtet, wobei zunächst, wie üblich, die notwendigen Patientendaten, beispielsweise Größe, Gewicht, Kompressionsdicke und dergleichen, ermittelt werden. Anhand der klinischen Fragestellungen werden dann, wie üblich, grundlegende Aufnahmeparameter festgelegt, beispielsweise die gewünschte Anzahl von Niedrigenergie- und Hochenergieprojektionsbildern, das von der Aufnahmetrajektorie abzudeckende Gesamtwinkelintervall und die schrittweise Bewegung entlang der Aufnahmetrajektorie für die Aufnahme der ersten Projektionsbilder, bei denen das Energiemaximum des verwendeten Röntgenspektrums („Peakenergie“) niedriger als das Energiemaximum des Röntgenspektrums der später aufzunehmenden zweiten Projektionsbilder ist. Vorliegend werden die Projektionsrichtungen mithin durch Projektionswinkel beschrieben.
-
An diesem Ausgangspunkt setzt das erfindungsgemäße Verfahren nun an, mit welchem zwei hervorragend zur Auswertung geeignete dreidimensionale Bilddatensätze, nämlich ein Anatomiebilddatensatz und ein Spektralinformation enthaltender Spektralbilddatensatz erzeugt werden sollen, die eine hohe Qualität und wenige Artefakte aufweisen sollen.
-
Wie in 1 dargestellt, beginnt das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Aufnahme erster Projektionsbilder 1 entlang einer Aufnahmetrajektorie 2, die hier schematisch mit den verschiedenen Aufnahmepositionen 3 (Projektionswinkeln) gezeigt ist. Zur Aufnahme der ersten Projektionsbilder 1 mit der Röntgeneinrichtung wird ein erstes Röntgenspektrum, wie bereits erläutert, verwendet, so dass Niedrigenergieaufnahmen erzeugt werden.
-
Aus den ersten Projektionsbildern 1 wird dann unter Verwendung eines Algorithmus der gefilterten Rückprojektion ein erster dreidimensionaler Rekonstruktionsbilddatensatz 4 ermittelt. Dieser wird nun in einem weiteren Schritt ausgewertet, um gemeinsam mit Qualitätsanforderungen an die letztlich zu bestimmenden Bilddatensätze, die eine Vorgabe für die Anzahl zweiter Projektionsbilder (Hochenergie-Projektionsbilder) bildet, besonders geeignete Projektionsrichtungen für die nun aufzunehmenden zweiten Projektionsbilder 5 zu bestimmen. Dabei werden, die wie auf der Aufnahmetrajektorie 2 gezeigt, Aufnahmepositionen 6 bestimmt, mithin Projektionswinkel, die von den Aufnahmepositionen 3 der ersten Projektionsbilder 1 abweichen, konkret zwischen Aufnahmepositionen 3 der ersten Projektionsbilder liegen, wie die Hilfslinien 7 zeigen. Nicht an jeder zwischen zwei Aufnahmepositionen 3 gelegenen Position ist auch eine Aufnahmeposition 6 vorgesehen; es werden mithin weniger zweite Projektionsbilder 5 als erste Projektionsbilder 1 aufgenommen. Die sich aus den Aufnahmepositionen 6 ergebenden Projektionsrichtungen sind so gewählt, dass auf den sich ergebenden Strahlungswegen möglichst wenig dichtes Gewebe und Knochen durchstrahlt werden muss.
-
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es auch denkbar ist, statt dem ersten Rekonstruktionsbilddatensatz 4 beispielsweise einen vorab aufgenommenen Bilddatensatz des Zielbereichs, beispielsweise eine Vorabaufnahme, heranzuziehen und im Hinblick auf günstige Aufnahmepositionen 6, mithin Projektionsrichtungen, auszuwerten. Werden mehrere Sätze zweiter Projektionsbilder 5 in mehreren Aufnahmevorgängen aufgenommen, ist es im Übrigen auch denkbar, den später noch zu diskutierenden Anatomiebilddatensatz entsprechend auszuwerten.
-
Grundsätzlich ist es im Übrigen auch denkbar, die Aufnahmepositionen 6 auf andere Weise, unabhängig von einer hier beschriebenen Auswertung zu bestimmen. Hierzu können um einen Faktor weniger bzw. gleichviele zweite Projektionsbilder 5 als erste Projektionsbilder 1 aufgenommen werden, wobei sich der Faktor beispielsweise aus zeitlichen Erwägungen ergeben kann, wenn beispielsweise ein zeitlich ablaufender Vorgang betrachtet werden soll, aber auch aus Qualitätserwägungen, beispielsweise einer Anzahl von zweiten Projektionsbildern 5, die für eine hinreichend qualitativ hochwertigere Rekonstruktion benötigt werden und dergleichen. Die Aufnahmepositionen 6 können dann so gewählt werden, dass sie mit den Aufnahmepositionen 3 über eine logische Reihe zusammenhängen.
-
Aus den zweiten Projektionsbildern 5 wird dann, wiederum über ein Verfahren der gefilterten Rückprojektion, ein zweiter dreidimensionaler Rekonstruktionsbilddatensatz 8 rekonstruiert.
-
Die Rekonstruktionsbilddatensätze 4, 8 werden nun genutzt, um daraus zwei später anzuzeigende, zur Auswertung verwendbare Bilddatensätze zu erzeugen. Ein die Anatomie aufgrund der zusammengenommenen guten Abtastung entlang der Aufnahmetrajektorie 2 deutlich zeigender Anatomiebilddatensatz 9 wird durch einfache Addition, Operation 10, aus dem ersten Rekonstruktionsbilddatensatz 4 und dem zweiten Rekonstruktionsbilddatensatz 8 erzeugt. Aufgrund zu geringer Abtastung entstehende Artefakte werden dabei wenigstens teilweise herausgerechnet. Es kann optional vorgesehen sein, eine Gewichtung abhängig von der Energie, letztlich also dem Energiemaximum, des jeweiligen Röntgenspektrums vorzunehmen.
-
Um den die durch die Verwendung verschiedener Röntgenspektren gewonnene Spektralinformation enthaltenden Spektralbilddatensatz 12 zu ermitteln, werden zunächst, wie durch die Kästen 13 angedeutet, die Rekonstruktionsbilddatensätze 4, 8 einem Korrekturalgorithmus zur Reduzierung von Aliasing- und/oder Strichartefakten unterzogen. Sind die Aliasing- und/oder Strichartefakte erst reduziert, findet eine (gegebenenfalls wiederum gewichtete) Subtraktion der so korrigierten Rekonstruktionsbilddatensätze 4, 8 statt, Operation 14. Ergebnis ist der Spektralbilddatensatz 12.
-
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel davon ausgegangen wurde, dass zwischen der Aufnahme der ersten Projektionsbilder 1 und der zweiten Projektionsbilder 5 keine Bewegung des Zielbereichs stattfand, das bedeutet, keine Bewegungskorrektur erforderlich war. Auch eine solche kann jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden, beispielsweise, indem der erste und der zweite Rekonstruktionsbilddatensatz 4, 8 aufeinander registriert werden, um eine Registrierungsinformation zu erhalten und eine entsprechende Korrektur vornehmen zu können. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, gezielt wenigstens ein Paar aus einem ersten Projektionsbild 1 und einem zweiten Projektionsbild 5 dennoch an derselben Aufnahmeposition 3, 6, mithin unter Verwendung derselben Projektionsrichtung, aufzunehmen, so dass diese Projektionsbilder jeweils eines Paars ebenso verglichen werden können, um Registrierungsinformationen zu erhalten, die dann bereits bei der Rekonstruktion der Rekonstruktionsbilddatensätze 4, 8 berücksichtigt werden können, um die Bewegungskorrektur durchzuführen.
-
In einem letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Anatomiebilddatensatz 9 und der Spektralbilddatensatz 12 fusioniert, um gemeinsam auf einer Anzeigevorrichtung 15 dargestellt zu werden. Hierzu ist vorgesehen, den Spektralbilddatensatz 12 über eine Farbcodierung in den Anatomiebilddatensatz 9 zu integrieren, so dass eine einfache, intuitive Erfassbarkeit gegeben ist. Alternativ ist es auch denkbar, Darstellungen beider Bilddatensätze 9, 12 als Graustufenbilder gemeinsam anzuzeigen.
-
2 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung 16, die hier als Tomosynthese-Röntgeneinrichtung 16 realisiert ist. Eine Strahlungsquelle 17, mit der die beiden Röntgenspektren erzeugt werden können, ist, wie durch den Pfeil 18 angedeutet, über eine entsprechende Mechanik geführt entlang der Aufnahmetrajektorie 2 bewegbar. Von der Strahlungsquelle 17 ausgesandte Röntgenstrahlung wird in jeder Stellung der Strahlungsquelle 17 von einem Flachdetektor 19, der feststeht, empfangen. Dem Röntgendetektor 19 kann eine Kompressionsplatte 20 zugeordnet sein, um den Zielbereich, beispielsweise eine Mamma 21, für die Aufnahme zu komprimieren.
-
Gesteuert wird der Betrieb der Röntgeneinrichtung 16 über eine Steuereinrichtung 22, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Das bedeutet, die Steuereinrichtung 22 steuert die aus Strahlungsquelle 17 und Röntgendetektor 19 bestehende Aufnahmeanordnung entsprechend an, um entlang der Aufnahmetrajektorie 2 erste und zweite Projektionsbilder 1, 5 aufzunehmen. Eine Rekonstruktionseinheit der Steuereinrichtung 22 ermöglicht die Rekonstruktion der entsprechenden Bilddatensätze, wobei die Bilddatensätze 9, 12 auf der der Röntgeneinrichtung 16 zugeordneten Anzeigevorrichtung 15 dargestellt werden können.
-
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.
