DE102013218325A1 - Generation of a measure of the influence of metal artefacts on reconstructed density values - Google Patents
Generation of a measure of the influence of metal artefacts on reconstructed density values Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013218325A1 DE102013218325A1 DE102013218325.9A DE102013218325A DE102013218325A1 DE 102013218325 A1 DE102013218325 A1 DE 102013218325A1 DE 102013218325 A DE102013218325 A DE 102013218325A DE 102013218325 A1 DE102013218325 A1 DE 102013218325A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- projections
- values
- difference
- metal
- volume
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 4
- 238000013499 data model Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 208000012639 Balance disease Diseases 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000013170 computed tomography imaging Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 238000009607 mammography Methods 0.000 description 1
- 210000000214 mouth Anatomy 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
- A61B6/5258—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving detection or reduction of artifacts or noise
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computed tomography [CT]
- A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
- A61B6/5205—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of raw data to produce diagnostic data
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
- G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
- A61B6/4429—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units
- A61B6/4435—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure
- A61B6/4441—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure the rigid structure being a C-arm or U-arm
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
- A61B6/502—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for diagnosis of breast, i.e. mammography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/40—Imaging
- G01N2223/42—Imaging image digitised, -enhanced in an image processor
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft die Generierung eines Maßes für den Einfluss von Metallartefakten auf rekonstruierte Dichtewerte. Es werden dabei folgende Schritte ausgeführt:
a) Generierung einer Vielzahl von Projektionen eines Objektes mittels Röntgentechnik,
b) Rekonstruktion eines tomographischen Datensatz aus der Vielzahl von Röntgenaufnahmen,
c) Identifikation eines metallischer Bereich im tomographischen Datensatz mittels Segmentierung,
d) Ermittlung der Schatten-Bereiche der einzelnen Projektionen für die Vielzahl der Projektionen,
e) Ersetzung der aufgenommenen Projektionswerte im Schatte-Bereich durch Interpolation von Werten außerhalb des Schatten-Bereichs für die Vielzahl von Projektionen,
f) Erzeugung von Differenzprojektionen für die Vielzahl der Projektionen durch Bildung der Differenz zwischen den aufgenommenen Projektionen und den Projektionen mit ersetzten Schatten-Bereichswerten erzeugt, und
g) Rekonstruktion eines Differenzvolumens aus den Differenzprojektionen. The invention relates to the generation of a measure of the influence of metal artefacts on reconstructed density values. The following steps are carried out:
a) generation of a plurality of projections of an object by means of X-ray technology,
b) reconstruction of a tomographic data set from the multiplicity of x-ray images,
c) identification of a metallic region in the tomographic data set by means of segmentation,
d) determination of the shadow areas of the individual projections for the multiplicity of projections,
e) replacement of the recorded projection values in the shadow area by interpolation of values outside the shadow area for the plurality of projections,
f) generating differential projections for the plurality of projections by forming the difference between the recorded projections and the projections with replaced shadow area values, and;
g) reconstruction of a difference volume from the difference projections.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogramm zur Generierung eines Maßes für den Einfluss von Metallartefakten auf rekonstruierte Dichtewerte. The invention relates to a method, a device and a computer program for generating a measure of the influence of metal artifacts on reconstructed density values.
Im Bereich der Röntgenbildgebung ist es heutzutage, insbesondere in Computertomographie- und computertomographieähnlichen Verfahren bekannt, niedrig dimensionale Projektionsbilder aufzunehmen, wobei verschiedene Projektionsrichtungen verwendet werden. Aus diesen niedrig dimensionalen Projektionsbildern lässt sich ein höherdimensionaler Bilddatensatz durch Rekonstruktion errechnen, wofür analytische Verfahren, beispielsweise die gefilterte Rückprojektion, und iterative (algebraische) Verfahren bekannt sind. Beispielsweise können bei der Verwendung von Detektorzeilen in der Computertomographie sogenannte Sinogramme aufgenommen werden, mithin Sätze eindimensionaler Projektionsbilder, die durch den jeweiligen Aufnahmewinkel und die Position entlang der Zeile beschrieben sind. Aus diesen Sinogrammen kann ein zweidimensionales Schnittbild rekonstruiert werden. Bekannt ist es jedoch auch, mit Computertomographen zweidimensionale Projektionsbilder aufzunehmen, um hieraus einen dreidimensionalen Bilddatensatz, mithin ein Volumen, zu rekonstruieren. Letzteres wird auch bei anderen Röntgensystemen, wie z.B. C-Bogen-Röntgeneinrichtungen oder für Tomosynthese ausgestaltete Mammographievorrichtungen durchgeführt. In the field of X-ray imaging, it is nowadays known, particularly in computed tomography and computed tomography-like methods, to record low-dimensional projection images using different projection directions. From these low-dimensional projection images, a higher-dimensional image data set can be calculated by reconstruction, for which analytical methods, for example filtered backprojection, and iterative (algebraic) methods are known. For example, when using detector lines in computed tomography, so-called sinograms can be recorded, that is to say sets of one-dimensional projection images which are described by the respective recording angle and the position along the line. From these sinograms, a two-dimensional cross-sectional image can be reconstructed. However, it is also known to record two-dimensional projection images with computer tomographs, in order to reconstruct a three-dimensional image data set, thus a volume. The latter is also used in other x-ray systems, e.g. C-arm x-ray devices or tomography devices designed for tomosynthesis performed.
Essentieller Bestandteil dieser tomographischen Rekonstruktionsverfahren ist das sogenannte Computertomographie-Datenmodell (CT-Datenmodell), das folgende formale Beschreibung der Beziehung zwischen dem aufzunehmenden Zielobjekt und den akquirierten Projektionsbilddaten liefert: Ein Projektionsbilddatum des Projektionsbilddatensatzes (nach entsprechender Datenvorverarbeitung) entspricht demnach dem Integral über die Objektdichtefunktion (Objektschwächungsfunktion) entlang des Strahls zwischen dem Röntgenstrahler und dem entsprechenden Pixel des Röntgendetektors. Die Rekonstruktion des Zielobjekts aus den Projektionsbilddaten geschieht dann mittels Inversion dieses Modells, insbesondere mit Hilfe analytischer oder iterativer Algorithmen. An essential component of these tomographic reconstruction methods is the so-called computed tomography data model (CT data model), which provides the following formal description of the relationship between the target object to be acquired and the acquired projection image data: A projection image data of the projection image data set (after corresponding data preprocessing) thus corresponds to the integral via the object density function (FIG. Object weakening function) along the beam between the X-ray source and the corresponding pixel of the X-ray detector. The reconstruction of the target object from the projection image data then takes place by means of inversion of this model, in particular with the aid of analytical or iterative algorithms.
Probleme treten bei der Rekonstruktion immer dann auf, wenn sich Projektionsbilddaten nicht durch das CT-Datenmodell beschreiben lassen, weil sie beispielsweise durch Streustrahlung, Strahlaufhärtung oder strahlungsblockierendes Metall verfälscht („kontaminiert“) sind oder auf andere Art und Weise fehlerbehaftet ermittelt wurden, beispielsweise durch Detektordefekte. Derartige mit Dateninkonsistenzen belastete Projektionsbilddaten, d.h. Projektionswerte, die nicht mit dem der Rekonstruktion zugrundeliegenden Datenmodell begründbar sind, erzeugen bei der tomographischen 3D Bildgebung Artefakte in den als Ergebnis der Rekonstruktion erhaltene Bilddatensätzen. Ein prominentes Beispiel für derartige Artefakte sind Metallartefakte. Dabei handelt es sich um Artefakte, die durch Metallgegenstände im Patienten wie Schrauben oder Prothesen hervorgerufen werden. Metallartefakte sind oftmals von niederfrequenter Ausprägung, besitzen jedoch hohe Intensität und führen damit zu einer dramatischen Abweichung in den berechneten Dichtewerten. Dies liegt darin begründet, dass Metalle die im Patienten applizierte Röntgenstrahlung entweder vollständig blockieren oder so stark reduzieren, dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis im Metallschattengebiet in den Projektionsbildern inakzeptabel wird. Problems occur in the reconstruction always when projection image data can not be described by the CT data model, because they are distorted ("contaminated") by scattered radiation, beam hardening or radiation-blocking metal or have been detected in other ways, for example by faulty detector defects. Such image data loaded with data inconsistencies, i. Projection values which are not justifiable with the data model underlying the reconstruction generate artifacts in the tomographic 3D imaging in the image data sets obtained as a result of the reconstruction. A prominent example of such artifacts are metal artifacts. These are artifacts caused by metal objects in the patient, such as screws or prostheses. Metal artifacts are often of low frequency, but have high intensity, leading to a dramatic deviation in the calculated density values. This is due to the fact that metals either completely block or reduce the X-ray radiation applied in the patient so much that the signal-to-noise ratio in the metal shadow area in the projection images becomes unacceptable.
In den beispielsweise im Rahmen der Computertomographiebildgebung aufgenommenen, zweidimensionalen Projektionsbildern sind die durch Metalle verursachten Bildfehler noch lokal, das bedeutet, Projektionsbilddaten in unmittelbarer Umgebung der Metallschatten sind im Prinzip unverfälscht. Durch eine tomographische Rekonstruktion werden diese Bildfehler jedoch über größere Bereiche des rekonstruierten Volumens, also des Bilddatensatzes, verteilt. Metallartefakte kontaminieren daher auch Volumenbereiche in der näheren Umgebung. Für eine klinische Applikation ist dies von großem Nachteil, da beispielsweise eine Kontrolle der korrekten Positionierung eines chirurgischen Implantats nur ungenau möglich ist. In the two-dimensional projection images recorded, for example, in the context of computed tomography imaging, the image defects caused by metals are still local, that is to say that projection image data in the immediate vicinity of the metal shadows are, in principle, unadulterated. By a tomographic reconstruction, however, these aberrations are distributed over larger areas of the reconstructed volume, ie the image data set. Metal artifacts therefore also contaminate volume areas in the immediate vicinity. For a clinical application, this is a great disadvantage, since, for example, a control of the correct positioning of a surgical implant is only possible inaccurately.
Im Stand der Technik sind bereits Methoden vorgeschlagen worden, um derlei Artefakte, die auf Dateninkonsistenzen beruhen, zu verringern. Im Folgenden werden prinzipielle Verfahren der Metallartefaktkorrektur skizziert. Methods have already been proposed in the prior art for reducing such artefacts based on data inconsistencies. In the following, principal methods of metal artifact correction are outlined.
Ein erstes Verfahren basiert auf der Segmentierung der Metallbereiche in den Projektionen oder im Volumen. Die Metallschattenbereiche in den Projektionen werden entfernt, indem diese Bereiche durch aus der Nachbarschaft interpolierte Projektionswerte ersetzt werden. Aus den so modifizierten Projektionen kann eine metallfreie Rekonstruktion und damit artefaktreduzierte Rekonstruktion durchgeführt werden. Schließlich die Metallbereiche im Volumen mit Hilfe der Segmentierungsinformation ergänzt. A first method is based on the segmentation of the metal areas in the projections or in the volume. The metal shadow areas in the projections are removed by replacing these areas with projection values interpolated from the neighborhood. From the thus modified projections, a metal-free reconstruction and thus artifact-reduced reconstruction can be carried out. Finally, the metal areas in volume supplemented with the help of the segmentation information.
Diese Interpolationsverfahren haben den Nachteil, dass sie zwar Metallartefakte reduzieren, aber nicht die durch Metallschatten verlorene Information vollständig rekonstruieren können. Oftmals entstehen somit Volumendaten, die optisch artefaktfrei aussehen, aber dennoch Strukturen falsch wiedergeben, ohne dass dies dem Betrachter sichtbar gemacht wird. These interpolation methods have the disadvantage that while they reduce metal artifacts, they can not completely reconstruct the information lost by metal shadows. This often results in volume data that looks optically artifact-free, but nevertheless reproduces structures incorrectly, without this being made visible to the viewer.
Ein verbesserter Gesamtdatensatz kann erhalten werden, indem ein metall- und artefaktreduziertes Volumen unter Verwendung des ersten Verfahrens rekonstruiert und mit einem durch Rekonstruktion der ursprünglichen Projektionen erhaltenen artefaktbehafteten Volumen adaptiv zu einem Gesamtdatensatz fusioniert wird. An improved overall data set can be obtained by reconstructing a metal and artifact-reduced volume using the first method and adaptively fusing it to a total data set with an artifact-bound volume obtained by reconstructing the original projections.
Schließlich gibt es die Möglichkeit iterativer Rekonstruktion, in der entweder Metallschattenprojektionswerte mit geringerer Gewichtung ins Gesamtergebnis Einfluss nehmen, oder in der die physikalischen Schwächungseffekte der Metallobjekte während der Vorwärtsprojektion präziser modelliert werden. Iterative Verfahren sind jedoch um eine Größenordnung rechenaufwändiger als die anderen genannte Alternativen. Finally, there is the possibility of iterative reconstruction in which either lower level metal shadow projection values influence the overall result, or in which the physical attenuation effects of the metal objects are more accurately modeled during forward projection. Iterative methods, however, are an order of magnitude more computationally expensive than the other alternatives mentioned.
Um klinisch aussagekräftige tomographische Bilder zu erzeugen, wird ein effektiver Algorithmus zur Reduktion von Metallartefakten benötigt. Zudem ist es wünschenswert, Informationen darüber zu erhalten, wie stark die Qualität eines Bildes noch durch Metallartefakte beeinflusst ist. To produce clinically meaningful tomographic images, an effective algorithm for reducing metal artifacts is needed. In addition, it is desirable to obtain information about how much the quality of an image is still affected by metal artifacts.
Die Erfindung zielt auf eine effiziente Generierung eines Maßes für den Einfluss von Metallartefakten auf rekonstruierte Dichtewerte. The invention aims to efficiently generate a measure of the impact of metal artifacts on reconstructed density values.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 6 und ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gelöst. This object is achieved by a method according to claim 1, an apparatus according to claim 6 and a computer program according to claim 7.
Die erfindungsgemäße Generierung eines Maßes für den Einfluss von Metallartefakten auf rekonstruierte Dichtewerte basiert auf einer Vielzahl von Projektionen eines Objektes, welche mittels Röntgentechnik generiert werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Computertomographen, eines C-Bogens oder eines für Tomosysthese ausgestalteten Mammographiegeräts erfolgen. The generation according to the invention of a measure of the influence of metal artefacts on reconstructed density values is based on a multiplicity of projections of an object, which are generated by means of X-ray technology. This can be done for example by means of a computer tomograph, a C-arm or designed for Tomosysthese mammography device.
Aus der Vielzahl von Röntgenaufnahmen wird ein tomographischer Datensatz, z.B. mittels eines FBP (filtered back projection) rekonstruiert und ein metallischer Bereich im tomographischen Datensatz mittels Segmentierung (z.B. Schwellenwertverfahren) identifiziert. Für die Vielzahl der Projektionen wird jeweils der Schatten-Bereich der Projektion ermittelt wird, wobei der Schatten-Bereich dadurch definiert ist, dass für ihn bei der Generierung der Projektion durch das Objekt transmittierte Röntgenstrahlung den metallischen Bereich durchdrungen hat. Im Schatten-Bereich werden die aufgenommenen Projektionswerte durch Interpolation von Werten außerhalb des Schatten-Bereichs ersetzt. Für die Vielzahl der Projektionen werden Differenzprojektionen durch Bildung der Differenz zwischen den aufgenommenen Projektionen und den Projektionen mit ersetzten Schatten-Bereichswerten erzeugt. Als Maß für den Einfluss von Metallartefakten auf rekonstruierte Dichtewerte wird ein Differenzvolumen (z.B. durch Rückprojektion) aus den Differenzprojektionen rekonstruiert. Dieses Differenzvolumen stellt insofern eine Konfidenzmaske dar, als dass es für Werte des Bildes angibt, wie stark der Einfluss von Metallartefakten ist. From the plurality of X-ray images, a tomographic data set, e.g. is reconstructed using a FBP (filtered back projection) and a metallic region in the tomographic data set is identified by segmentation (e.g., thresholding). For each of the plurality of projections, the shadow region of the projection is determined, the shadow region being defined by the fact that X-ray radiation transmitted through it has penetrated the metallic region during the generation of the projection. In the shadow area, the recorded projection values are replaced by interpolation of values outside the shadow area. For the large number of projections, differential projections are generated by forming the difference between the recorded projections and the projections with replaced shadow area values. As a measure of the impact of metal artifacts on reconstructed density values, a difference volume (e.g., by backprojection) is reconstructed from the difference projections. This difference volume represents a confidence mask insofar as it indicates for image values how strong the influence of metal artifacts is.
Gemäß einer Fortbildung wird aus dem Differenzvolumen ein Streudifferenzvolumen durch Eliminierung (z.B. Nullsetzten) der Werte des Differenzvolumens im metallischen Bereich erzeugt. According to a further development, a difference in scattering volume is generated by eliminating (e.g., zeroing) the values of the difference volume in the metallic region.
Vorzugsweise wird im Hinblick auf den niederfrequenten Charakter typischer Metallartefakte zusätzlich eine Tiefpassfilterung des Streudifferenzvolumens vorgenommen. In addition, in view of the low-frequency character of typical metal artifacts, low-pass filtering of the scattering difference volume is additionally performed.
Gemäß einer Ausgestaltung wird simultan mit dem Maß für den Einfluss von Metallartefakten ein metallartefaktreduziertes Bildvolumnen durch Differenzbildung zwischen dem rekonstruierten tomographischen Datensatz und dem Streudifferenzvolumen (ggf. nach Tiefpassfilterung) erzeugt. According to one embodiment, a metal artefact-reduced image volume is generated simultaneously by the difference between the reconstructed tomographic data set and the scattered difference volume (possibly after low-pass filtering), simultaneously with the measure for the influence of metal artefacts.
Auf diese Weise wird bei dieser Ausgestaltung neben der Bildqualitätsverbesserung auch zusätzlich, implizit und somit zeitgleich eine 3D Konfidenzmaske für das Rekonstruktionsvolumen erzeugt, in der in jedem Volumenpunkt der Grad der algorithmischen Korrektur codiert wird. In this way, in addition to the image quality improvement, this embodiment additionally, implicitly and thus simultaneously generates a 3D confidence mask for the reconstruction volume in which the degree of algorithmic correction is coded in each volume point.
Der rekonstruierte tomographische Datensatz oder das metallartefaktreduzierte Bildvolumnen können mit dem Steudifferenzvolumen überlagert dargestellt werden, um dem Nutzer einen Eindruck über die Verlässlichkeit der dargestellten Daten bzw. Informationen zu vermitteln. The reconstructed tomographic data set or the metal artifact-reduced image volume can be superimposed with the floor difference volume in order to give the user an impression of the reliability of the data or information displayed.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Vorrichtung und ein Computerprogramm zur Generierung eines Maßes für den Einfluss von Metallartefakten auf rekonstruierte Dichtewerte. Die erfindungsgenmäße Vorrichtung umfasst dabei eine Röntgensystem, sowie Hardware und Software umfassende Rechenmittel. The invention also includes an apparatus and a computer program for generating a measure of the impact of metal artifacts on reconstructed density values. The erfindungsgenmäße device includes an X-ray system, and hardware and software comprehensive computing resources.
Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen: The invention will be described in more detail below in the context of an embodiment with reference to figures. Show it:
Enthält ein zu untersuchendes Objekt nun Strukturen, die durch eine hohe oder sehr hohe Absorption von Röntgenstrahlen charakterisiert sind, dann findet innerhalb dieser Strukturen häufig eine sehr starke „Aufhärtung“ (d.h. eine Absorption „weicher“ Röntgenstrahlung) oder gar eine vollständige Absorption der Röntgenstrahlung statt. Wichtige Beispiele für solche Situationen sind massive Knochenstrukturen oder Metallobjekte im Körper eines Patienten, beispielsweise Metallprothesen im Bereich der Hüfte, des Knies oder des Mundraumes. Bei Metallen kommt zur Absorption noch ganz wesentlich die Reflexion (Streuung) der Röntgenstrahlung hinzu. Diese Phänomene führen dann im rekonstruierten Bild zu Artefakten, im Fall von Metallobjekten zu sogenannten „Metallartefakten“. If an object to be examined now contains structures that are characterized by a high or very high absorption of X-rays, then a very strong "hardening" (ie an absorption of "soft" X-radiation) or even a complete absorption of the X-radiation often takes place within these structures , Important examples of such situations are massive bone structures or metal objects in the body of a patient, for example metal prostheses in the region of the hip, the knee or the oral cavity. In the case of metals, the reflection (scattering) of the X-ray radiation is very much added to the absorption. These phenomena then lead to artifacts in the reconstructed image, in the case of metal objects to so-called "metal artefacts".
Im Folgenden wird ein recheneffizientes und qualitativ hochwertiges Verfahren zur Reduktion von Metallartefakten im tomographischen Bild beschrieben, welches implizit während der Berechnung auch eine Konfidenzmaske erzeugt. Diese Maske verdeutlicht den Grad des Metallartefakts in jedem Bildpunkt, und soll bei der Visualisierung auf den eigentlichen tomographischen Datensatz (entweder vor oder nach der Artefaktreduktion) überlagert dargestellt werden. The following describes a computationally efficient and high-quality method for the reduction of metal artefacts in the tomographic image, which implicitly generates a confidence mask during the computation. This mask illustrates the degree of the metal artifact in each pixel, and should be superimposed during visualization on the actual tomographic data set (either before or after the artifact reduction).
Das Verfahren lässt sich in folgende Schritte aufteilen (
Schritt S1: Rekonstruktion eines tomographischen Datensatzes F0 aus den Originalprojektionen P0 mit Standardrekonstruktionsverfahren, beispielsweise dem Verfahren der gefilterten Rückprojektion gemäß des Feldkamp-Algorithmus, d.h. F0 = FBP{P0}, wobei FBP hier den Rekonstruktionsoperator darstellt. Step S1: Reconstruction of a tomographic data set F0 from the original projections P0 with standard reconstruction methods, for example the filtered backprojection method according to the Feldkamp algorithm, i. F0 = FBP {P0}, where FBP represents the reconstruction operator.
Schritt S2: Segmentierung des Metallbereichs im Bildvolumen F0, bspw. durch Anwenden eines Schwellwertverfahrens und anschließende Verfeinerung der Segmentierungsgrenzen mittels der Projektionsbildinformation P0. Solch eine verfeinerte Metallsegmentierung ist ein bekanntes Konzept (siehe z.B.
Schritt S3: Ersetzen der Metallschattenbereiche in den Originalprojektionen P0 durch Interpolation von Werten außerhalb der Schattenbereiche, beispielsweise durch lineare Interpolation, und somit Erzeugen von modifizierten metallfreien Projektionen P1. Step S3: Replacing the metal shadow areas in the original projections P0 by interpolating values outside the shadow areas, for example by linear interpolation, and thus generating modified metal-free projections P1.
Schritt S4: Berechnen der Differenz P2 = P0 – P1, wodurch Projektionsbilder P2 entstehen, in denen im Wesentlichen nur die Schwächungsintegrale der Metallgegenstände abgebildet sind. Step S4: Calculate the difference P2 = P0 - P1, whereby projection images P2 arise, in which essentially only the attenuation integrals of the metal objects are mapped.
Schritt S5: Rekonstruktion eines Volumens F2 aus den Projektionen P2 (F2 = FBP{P2}), wiederum mittels eines Standardrekonstruktionsverfahrens, und Löschen (auf-Null-setzen) der Einträge von F2, die sich im segmentierten Metallbereich befinden. Das Bildvolumen F2 beinhaltet somit nur die von den Metallgegenständen ausgehenden weitreichenden Artefakte. Step S5: Reconstruction of a volume F2 from the projections P2 (F2 = FBP {P2}), again by means of a standard reconstruction method, and clearing (zeroing) the entries of F2 located in the segmented metal area. The image volume F2 thus contains only the far-reaching artifacts emanating from the metal objects.
Schritt S6: Tiefpassfilterung des Bildvolumens F2, entweder durch sequentielle, schichtweise Anwendung eines 2D Tiefpassfilters, oder mittels eines 3D Tiefpassfilters. Als Tiefpassfilterkern eignet sich insbesondere eine isotrope Gaußfunktion mit Standardabweichung S (Die Standardabweichung S ist ein freier und zu optimierender Parameter). In Schritt S6 geht also das Vorwissen ein, dass Metallartefakte niederfrequenter Natur sind, und somit hochfrequente Anteile in F2 mit hoher Wahrscheinlichkeit tatsächlicher Objektstruktur entsprechen. Das Ergebnis aus Schritt S6 bildet nun die 3D-Artefaktmaske, die einerseits zur Korrektur der initialen Rekonstruktion F0 benutzt werden kann, andererseits aber gleichzeitig die örtliche Beeinflussung der Rekonstruktionsergebnisse durch die Metallgegenstände kodiert. Die Maske spiegelt also einen Konfidenzwert wieder, der die Verteilung des Artefakts und somit eine Verlässlichkeit der jeweiligen Dichtewerte wiederspiegelt. Step S6: Low-pass filtering of the image volume F2, either by sequential, layer-by-layer application of a 2D low-pass filter, or by means of a 3D low-pass filter. In particular, an isotropic Gaussian function with standard deviation S (the standard deviation S is a free parameter to be optimized) is suitable as a low-pass filter kernel. In step S6, therefore, the prior knowledge comes in that metal artefacts are of low-frequency nature, and thus correspond to high-frequency components in F2 with a high probability of actual object structure. The result from step S6 now forms the 3D artifact mask, which on the one hand can be used to correct the initial reconstruction F0, but on the other hand simultaneously encodes the local influence of the metal objects on the reconstruction results. The mask thus reflects a confidence value which reflects the distribution of the artifact and thus a reliability of the respective density values.
Schritt S7: Berechnung eines metallartefaktreduzierten Bildvolumens F3 = F0 – F2, also durch Subtraktion des Artefaktbildes von der ursprünglichen Rekonstruktion. Step S7: Calculation of a Metal Artifact-Reduced Image Volume F3 = F0-F2, ie by subtracting the artifact image from the original reconstruction.
Zur Visualisierung wird vorgeschlagen, entweder:
- • das korrigierte Volumen F3 darzustellen, optional überlagert mit der Konfidenzmaske F2, oder
- • das unkorrigierte Volumen F0 darzustellen, überlagert mit der Konfidenzmaske F2.
- • represent the corrected volume F3, optionally superimposed with the confidence mask F2, or
- • represent the uncorrected volume F0, superimposed with the confidence mask F2.
In beiden Fällen kann die Überlagerung entweder durch Farbkanalkodierung geschehen (F2 als Rotkanal, Dichtewerte als Graustufenbild), oder durch Einzeichnen von Iso-Linien, die jeweils gewisse, mittels Hounsfield Units (HU) quantifizierbare Konfidenzschwellen darstellen (50 HU Unsicherheit, 100 HU Unsicherheit etc.). In both cases, the overlay can be done either by color channel coding (F2 as a red channel, density values as a grayscale image), or by plotting iso lines, each representing certain confidence thresholds quantifiable by Hounsfield Units (HU uncertainty, 100 HU uncertainty, etc .).
In
Zur finalen Visualisierung wird vorgeschlagen, die Konfidenzmaske dem Bild auf der rechten Seite von
Somit wurde ein effizienter Algorithmus zur Reduktion von Metallartefakten in tomographischen Aufnahmen vorgeschlagen, der in einem Zwischenschritt ein präzises Artefaktbild berechnet, welches in zweierlei Hinsicht genutzt werden kann:
- 1. Zur Subtraktion der Artefakte in der Erstrekonstruktion, um dort eine signifikante Bildqualitätsverbesserung zu erzielen und
- 2. Zur präzisen Visualisierung der Unsicherheit in den rekonstruierten Dichtewerten, beispielsweise als semitransparente Überlagerung, als Darstellung in einem anderen Farbkanal, oder als Isolinien.
- 1. To subtract the artifacts in the Erstrekonstruktion, in order to achieve a significant image quality improvement there and
- 2. For the precise visualization of the uncertainty in the reconstructed density values, for example as a semi-transparent overlay, as a representation in another color channel, or as isolines.
Die Erfindung ist insbesondere in der medizinischen Bildgebung einsetzbar, aber nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt. Beispielsweise kann auch bei Artefakten im Zuge von zerstörungsfreiem Testen von Werkstücken erfindungsgemäß vorgegangen werden. The invention is particularly applicable in medical imaging, but not limited to this scope. For example, artifacts in the course of non-destructive testing of workpieces can be used according to the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007016319 [0031] DE 102007016319 [0031]
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013218325.9A DE102013218325A1 (en) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | Generation of a measure of the influence of metal artefacts on reconstructed density values |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013218325.9A DE102013218325A1 (en) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | Generation of a measure of the influence of metal artefacts on reconstructed density values |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013218325A1 true DE102013218325A1 (en) | 2015-03-12 |
Family
ID=52478559
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013218325.9A Withdrawn DE102013218325A1 (en) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | Generation of a measure of the influence of metal artefacts on reconstructed density values |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102013218325A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19921116A1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Gen Electric | Artifact correction for image data of computer tomography system |
DE102007016319A1 (en) | 2007-04-04 | 2008-10-09 | Siemens Ag | Determination method for determining a final three-dimensional reconstruction of an examination subject by multiple segmentation of metal and corresponding technical objects |
DE102011005715A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for obtaining a 3D image data set freed from traces of a metal object |
DE102012206714A1 (en) * | 2011-08-10 | 2013-02-14 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg | Method, arithmetic unit, CT system and C-arm system for the reduction of metal artifacts in CT image datasets |
-
2013
- 2013-09-12 DE DE102013218325.9A patent/DE102013218325A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19921116A1 (en) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Gen Electric | Artifact correction for image data of computer tomography system |
DE102007016319A1 (en) | 2007-04-04 | 2008-10-09 | Siemens Ag | Determination method for determining a final three-dimensional reconstruction of an examination subject by multiple segmentation of metal and corresponding technical objects |
DE102011005715A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for obtaining a 3D image data set freed from traces of a metal object |
DE102012206714A1 (en) * | 2011-08-10 | 2013-02-14 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg | Method, arithmetic unit, CT system and C-arm system for the reduction of metal artifacts in CT image datasets |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102015014908B4 (en) | Apparatus, method and program for processing a medical image, and X-ray therapy apparatus | |
DE102013218819B3 (en) | Method of reducing artifacts in an image data set and X-ray device | |
DE10317367B4 (en) | Method of performing digital subtraction angiography using native volume data sets | |
EP3111417B1 (en) | Reducing noise in tomographic images | |
DE102019215460A1 (en) | Method and device for noise reduction in image recordings | |
DE102012206714A1 (en) | Method, arithmetic unit, CT system and C-arm system for the reduction of metal artifacts in CT image datasets | |
DE102009032059A1 (en) | Sinogram processing for metal artifact reduction in computed tomography | |
DE102012105560A1 (en) | Method and system for correcting scattering in X-ray imaging | |
DE102011004120A1 (en) | Method, image data record processing device, X-ray system and computer program product for the correction of image data of an examination subject | |
DE102016202434A1 (en) | Selection process for an artifact correction algorithm, data processing device for carrying out the method and medical imaging system | |
EP3219260A1 (en) | Device and method for delineating a metal object for artefact reduction in tomographic images | |
DE102012212774A1 (en) | Method for correcting metal artifacts and x-ray equipment | |
DE102011075917A1 (en) | A method of providing a 3D image data set with suppressed cross-over artifacts and computed tomography | |
DE102011005161B4 (en) | Method, image data set reconstruction device, X-ray system and computer program for artifact correction | |
DE102011017710B4 (en) | Method for providing a 3D x-ray image data set for a moving object with highly absorbent material | |
DE102008038357B3 (en) | Method for generating 2D slice images from 3D projection data acquired by means of a CT system from an examination object containing metallic parts | |
DE102008050570A1 (en) | Method for producing three-dimensional image data set of body, involves producing two-dimensional image of body from different lines of sight by X-ray machine | |
DE102011075912A1 (en) | Method for providing three dimensional image data set of element e.g. screw implanted into biological body of patient, involves changing gray values of subsequent three-dimensional image data set by registering initial image data sets | |
DE102013200163B4 (en) | Method, estimation unit and computer tomography system for computer tomography-based approximate determination of a vessel diameter | |
DE102010034918A1 (en) | Method and apparatus for providing quality information for X-ray imaging | |
DE102010026675A1 (en) | Method and device for determining a phase of an object movement in an image series, imaging device and computer program product | |
DE102008038330B4 (en) | Method of reconstructing 2D slice images from computed tomographic 3D projection data captured as complete and truncated projections | |
EP3398515B1 (en) | Adaptive method for generating of ct image data with reduced artefacts, as well as image reconstruction unit and corresponding computer program product. | |
DE102013218325A1 (en) | Generation of a measure of the influence of metal artefacts on reconstructed density values | |
WO2004098373A2 (en) | Method for reducing interference caused by artifacts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SIEMENS HEALTHCARE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |