DE102014215548A1 - Method for correcting a distribution of intensity values and a tomography device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Verteilung von Intensitätswerten, ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Röntgenbildes sowie ein Tomographiegerät. Die Erfindung geht von einer durch einen Röntgendetektor mit einem Kollimator aufgenommenen Verteilung von Intensitätswerten aus, wobei die Intensitätswerte jeweils einem Detektorelement des Röntgendetektors zugeordnet sind. Die Erfinder haben erkannt, dass sich die Instabilität des Fokus einer Röntgenquelle korrigieren lässt, indem eine erste sowie eine zweite Auswahl von Intensitätswerten miteinander verglichen werden, wobei die erste Auswahl sowie die zweite Auswahl der Intensitätswerte auf unterschiedlichen Seiten einer Absorberwand des Kollimators gelegenen Detektorelementen zugeordnet sind. Denn durch einen solchen Vergleich kann eine Asymmetrie der Abschattung durch die Absorberwand ermittelt werden, wobei die Asymmetrie ein Maß für die Instabilität des Fokus der Röntgenquelle ist. Die Korrektur erfolgt dann für wenigstens einen Teil der Intensitätswerte basierend auf dem Vergleich. Durch die Korrektur wird die asymmetrische Abschattung kompensiert.The invention relates to a method for correcting a distribution of intensity values, to a method for reconstructing an X-ray image and to a tomography device. The invention is based on a distribution of intensity values recorded by an X-ray detector with a collimator, wherein the intensity values are respectively assigned to a detector element of the X-ray detector. The inventors have recognized that the instability of the focus of an X-ray source can be corrected by comparing first and second selections of intensity values, with the first and second selections of intensity values associated with detector elements located on different sides of an absorber wall of the collimator , For by such a comparison, an asymmetry of the shading can be determined by the absorber wall, wherein the asymmetry is a measure of the instability of the focus of the X-ray source. The correction then takes place for at least part of the intensity values based on the comparison. The correction compensates the asymmetrical shading.
Description
Die Tomographie ist ein bildgebendes Verfahren, bei dem Röntgenprojektionen unter verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommen werden. Dabei rotiert eine Aufnahmeeinheit, umfassend eine Röntgenquelle sowie einen Röntgendetektor, um eine Rotationsachse sowie um ein zu untersuchendes Objekt. Der Röntgendetektor ist in der Regel aus einer Vielzahl von Detektormodulen aufgebaut, welche linear oder in einem zweidimensionalen Raster angeordnet sind. Jedes Detektormodul des Röntgendetektors umfasst eine Mehrzahl von Detektorelementen, wobei jedes Detektorelement Röntgenstrahlung detektieren kann. Die Detektorelemente entsprechen einzelnen Bildelementen, oft auch als Pixel bezeichnet, einer mit dem Röntgendetektor aufgenommenen Röntgenprojektion. Die von einem Detektorelement detektierte Röntgenstrahlung entspricht einem Intensitätswert, welcher auch als Pixelwert bezeichnet werden kann. Die Intensitätswerte bilden den Ausgangspunkt der Rekonstruktion eines tomographischen Bildes. Tomography is an imaging procedure in which X-ray projections are recorded at different projection angles. In this case, a recording unit, comprising an X-ray source and an X-ray detector, rotates about an axis of rotation and about an object to be examined. The X-ray detector is usually constructed from a plurality of detector modules, which are arranged linearly or in a two-dimensional grid. Each detector module of the X-ray detector comprises a plurality of detector elements, wherein each detector element can detect X-radiation. The detector elements correspond to individual picture elements, often also referred to as pixels, of an x-ray projection recorded with the x-ray detector. The X-ray radiation detected by a detector element corresponds to an intensity value, which can also be referred to as a pixel value. The intensity values form the starting point for the reconstruction of a tomographic image.
Die von der Röntgenquelle ausgehende Röntgenstrahlung wird bei der Aufnahme einer Röntgenprojektion von dem durchstrahlten Objekt gestreut, so dass neben den Primärstrahlen der Röntgenquelle auch Streustrahlen auf den Röntgendetektor auftreffen. Diese Streustrahlen verursachen ein Rauschen in der Röntgenprojektion bzw. im rekonstruierten Bild und verringern daher die Erkennbarkeit der Kontrastunterschiede im Röntgenbild. Zur Reduzierung von Streustrahlungseinflüssen kann ein Röntgendetektor einen Kollimator aufweisen, der bewirkt, dass nur Röntgenstrahlung einer bestimmten Raumrichtung auf die Detektorelemente fällt. Ein solcher Kollimator weist typischer Weise in einer linearen oder gitterförmigen Struktur angeordnete Absorberwände auf. Die Absorberwände sind zur Absorption von Streustrahlung ausgebildet und sind auf den Fokus der Röntgenquelle ausgerichtet. Kollimatoren sind beispielsweise aus den Schriften
Instabilitäten des Fokus der Röntgenquelle können jedoch zu sich verändernden Schattenbereichen auf der Detektoroberfläche führen. Denn durch einen sich ändernden Fokus ändert sich auch die durch Absorberwände erzeugte Abschattung. Handelt es sich bei der Röntgenquelle um eine Drehanode, können solche Instabilitäten durch Unregelmäßigkeiten der Drehbewegung des Anodentellers entstehen. Des Weiteren kann bei einem Tomographiegerät aber auch die Drehbewegung der Aufnahmeeinheit um das zu untersuchende Objekt zu Instabilitäten des Fokus führen. Diese Abschattung kann zu einer Beeinflussung der detektierten Intensitätswerte führen. Bei Instabilitäten des Fokus der Röntgenröhre können insbesondere Intensitätswerte, welche Detektorelementen auf unterschiedlichen Seiten einer Absorberwand zugeordnet sind, zeitlich schwankende und von dem zu untersuchenden Objekt unabhängige Unterschiede aufweisen. However, instabilities of the focus of the x-ray source may result in changing shadow areas on the detector surface. Because a changing focus also changes the shading created by the absorber walls. If the X-ray source is a rotary anode, such instabilities can arise due to irregularities in the rotational movement of the anode plate. Furthermore, in a tomography device, however, the rotational movement of the recording unit about the object to be examined can also lead to instabilities of the focus. This shading can lead to an influence on the detected intensity values. In the case of instabilities of the focus of the x-ray tube, in particular intensity values which are assigned to detector elements on different sides of an absorber wall may have time-varying differences which are independent of the object to be examined.
Bisher wurden solche Abschattungen und damit einhergehenden Beeinflussungen der Intensitätswerte nicht korrigiert. Stattdessen weisen konventionelle Röntgendetektoren Totbereiche auf, in denen keine Röntgenstrahlen detektiert werden können. Dabei wird der Kollimator so platziert, dass jegliche Schattenbereiche auf einen Totbereich fallen. Ein solcher Totbereich kann durch einen Bereich der Detektoroberfläche ausgebildet sein, welcher grundsätzlich nicht zur Detektion von Röntgenstrahlung ausgebildet ist. Ein solcher Bereich wird im Folgenden auch als Schutzbereich bezeichnet. Auch kann ein sogenannter Dickfußkollimator mit sich zur Detektoroberfläche hin verbreiternden Absorberwänden für eine Absorption der Röntgenstrahlung in einem vergrößerten Bereich sorgen. Jedoch wird durch die Totbereiche die für die Detektion von Röntgenstrahlung zur Verfügung stehende Oberfläche verkleinert. So far, such shadowing and the associated influence of the intensity values have not been corrected. Instead, conventional X-ray detectors have dead zones in which no X-rays can be detected. The collimator is placed so that any shadow areas fall on a dead zone. Such dead zone can be formed by a region of the detector surface, which is basically not designed for the detection of X-radiation. Such an area is also referred to below as a protection area. Also, a so-called thick-foot collimator with absorber walls widening towards the detector surface can provide for absorption of the X-radiation in an enlarged area. However, the dead zones reduce the surface available for the detection of X-ray radiation.
Vor diesem Hintergrund ist es erstrebenswerten die nutzbare Detektorfläche zu vergrößern und die Instabilität des Fokus einer Röntgenquelle zu korrigieren. Against this background, it is desirable to increase the usable detector area and to correct the instability of the focus of an X-ray source.
Dies wird geleistet durch ein Verfahren gemäß den Ansprüche 1 bis 11 sowie durch ein Tomographiegerät gemäß den Ansprüchen 12 bis 17. This is done by a method according to claims 1 to 11 and by a tomography device according to
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung sowohl als Verfahren als auch gegenständlich beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf eine Vorrichtung gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet. Hereinafter, the present invention will be described as both process and object. Features, advantages or alternative embodiments mentioned herein are also to be applied to the other claimed subject matter and vice versa. In other words, the present claims directed, for example, to a device may also be developed with the features described or claimed in connection with a method. The corresponding functional features of the method are formed by corresponding physical modules.
Die Erfindung geht von einer Aufnahme einer Verteilung von Intensitätswerten durch einen Röntgendetektors mit einer Vielzahl von Detektorelementen sowie mit einem Kollimator und durch eine mit dem Röntgendetektor zusammenwirkenden Röntgenquelle aus, wobei jeweils einer der Intensitätswerte jeweils einem der Detektorelemente zugeordnet ist. Die Erfinder haben erkannt, dass sich die Instabilität des Fokus einer Röntgenquelle korrigieren lassen, indem eine erste sowie eine zweite Auswahl aus den Intensitätswerten miteinander verglichen werden, wobei die erste Auswahl wenigstens einem ersten Detektorelemente auf einer ersten Seite einer Absorberwand des Kollimators zugeordnet ist, und wobei eine zweite Auswahl wenigstens einem zweiten Detektorelement auf einer von der ersten Seite unterschiedlichen zweiten Seite der Absorberwand zugeordnet ist. Denn durch einen solchen Vergleich kann eine Asymmetrie der Abschattung durch die Absorberwand ermittelt werden, wobei die Asymmetrie ein Maß für die Instabilität des Fokus der Röntgenquelle ist. Die Korrektur erfolgt dann für wenigstens einen Teil der Intensitätswerte basierend auf dem Vergleich. Durch die Korrektur wird die asymmetrische Abschattung kompensiert. Damit kann auch die abgeschattete Detektorfläche zur Detektion von Röntgenstrahlung genutzt werden. The invention is based on a recording of a distribution of intensity values by an X-ray detector with a multiplicity of detector elements and with a collimator and by an X-ray source interacting with the X-ray detector, one of the intensity values in each case being assigned to one of the detector elements. The inventors have recognized that the instability of the focus of an x-ray source can be corrected by comparing a first and a second selection from the intensity values, the first selection being at least is associated with a first detector elements on a first side of an absorber wall of the collimator, and wherein a second selection is associated with at least one second detector element on a second side of the absorber wall which is different from the first side. For by such a comparison, an asymmetry of the shading can be determined by the absorber wall, wherein the asymmetry is a measure of the instability of the focus of the X-ray source. The correction then takes place for at least part of the intensity values based on the comparison. The correction compensates the asymmetrical shading. Thus, the shaded detector surface can be used for the detection of X-rays.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Röntgendetektor als direkt konvertierender Röntgendetektor ausgebildet. Bei diesem Aspekt entfalten sich die Vorteile der Erfindung in besonderem Maße, da die Module direkt konvertierender Röntgendetektoren ohne Schutzbereich ausgebildet sein können, so dass eine besonders große nutzbare Detektorfläche bereit gestellt werden kann. According to a further aspect of the invention, the X-ray detector is designed as a directly converting X-ray detector. In this aspect, the advantages of the invention unfold to a particular extent, since the modules can be configured directly converting X-ray detectors without protection, so that a particularly large usable detector surface can be provided.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die erste Auswahl genau einem ersten Detektorelement zugeordnet, und die zweite Auswahl ist genau einem zweiten Detektorelement zugeordnet. Dadurch kann die Korrektur mit besonders hoher örtlicher Auflösung erfolgen. According to a further aspect of the invention, the first selection is assigned to exactly one first detector element, and the second selection is assigned to exactly one second detector element. As a result, the correction can take place with a particularly high spatial resolution.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die erste Auswahl sowie die zweite Auswahl der Intensitätswerte jeweils einer Mehrzahl von Detektorelementen zugeordnet. Durch die Berücksichtigung einer Vielzahl von Intensitätswerten bei dem Vergleich kann die Korrektur besonders rauscharm erfolgen. Dies gilt insbesondere, wenn die der ersten Auswahl sowie der zweiten Auswahl zugeordneten Intensitätswerte jeweils vor der Korrektur gemittelt werden. Auch kann die Korrektur eine Mittelung der Ergebnisse eines Vergleichs einzelner Intensitätswerte berücksichtigen. According to a further aspect of the invention, the first selection as well as the second selection of the intensity values are respectively assigned to a plurality of detector elements. By considering a plurality of intensity values in the comparison, the correction can be carried out particularly low noise. This applies in particular if the intensity values associated with the first selection and the second selection are respectively averaged before the correction. The correction can also take into account an averaging of the results of a comparison of individual intensity values.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Intensitätswerte jeweils einem Zeitpunkt zugeordnet, wobei die erste Auswahl und die zweite Auswahl jeweils dem gleichen Zeitpunkt zugeordnet sind. Dadurch kann die Korrektur sowohl besonders rauscharm gestaltet werden als auch eine besonders hohe zeitliche Auflösung aufweisen. According to a further aspect of the invention, the intensity values are each assigned to a time, wherein the first selection and the second selection are each assigned to the same time. As a result, the correction can be made both particularly low noise and have a particularly high temporal resolution.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der korrigierte Teil der Intensitätswerte dem gleichen Zeitpunkt zugeordnet wie die erste Auswahl und die zweite Auswahl. Dadurch erfolgt die Korrektur mit besonders hoher zeitlicher Auflösung. According to another aspect of the invention, the corrected part of the intensity values is assigned the same time as the first selection and the second selection. As a result, the correction takes place with a particularly high temporal resolution.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die erste Auswahl und/oder die zweite Auswahl der Intensitätswerte korrigiert. Es werden also solche Intensitätswerte korrigiert, welche direkt in den Vergleich eingegangen sind. Damit ist die Zuverlässigkeit der Korrektur besonders hoch. According to a further aspect of the invention, the first selection and / or the second selection of the intensity values are corrected. Thus, such intensity values are corrected, which are directly included in the comparison. Thus, the reliability of the correction is particularly high.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der korrigierte Teil der Intensitätswerte eine dritte Auswahl aus den Intensitätswerten, wobei die dritte Auswahl unterschiedlich ist von der ersten Auswahl und von der zweiten Auswahl. Damit kann eine besonders große Anzahl von Intensitätswerten mit geringem Rechenaufwand korrigiert werden. According to another aspect of the invention, the corrected portion of the intensity values comprises a third selection from the intensity values, wherein the third selection is different from the first selection and the second selection. Thus, a particularly large number of intensity values can be corrected with little computational effort.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung berücksichtigt der Schritt des Korrigierens, dass das wenigstens eine erste Detektorelement und/oder das wenigstens eine zweite Detektorelement teilweise direkt von der Absorberwand verdeckt werden. Dadurch wird insbesondere die durch die Absorberwände verminderte Detektorfläche derart berücksichtigt, dass eine genauere Korrektur erfolgt. According to a further aspect of the invention, the step of correcting takes into account that the at least one first detector element and / or the at least one second detector element are partly concealed directly from the absorber wall. As a result, in particular the detector surface reduced by the absorber walls is taken into account in such a way that a more accurate correction takes place.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung berücksichtigt der Schritt des Korrigierens, dass das wenigstens eine erste Detektorelement sowie das wenigstens eine zweite Detektorelemente jeweils eine von einem dritten Detektorelement abweichende Form aufweisen. Es werden also Vorinformationen über die Detektorelemente genutzt, welche eine möglichst genaue Korrektur ermöglichen. According to a further aspect of the invention, the step of correcting takes into account that the at least one first detector element and the at least one second detector element each have a shape deviating from a third detector element. Thus, pre-information on the detector elements are used, which allow the most accurate possible correction.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Tomographiegerät, umfassend einen Röntgendetektor mit einer Mehrzahl von Detektorelementen und einem Kollimator, eine mit dem Röntgendetektor zusammenwirkende Röntgenquelle, sowie eine Recheneinheit, wobei das Tomographiegerät zur Aufnahme einer Verteilung von Intensitätswerten durch gemeinsame Rotation des Röntgendetektors sowie der Röntgenquelle ausgelegt ist. Die Verteilung von Intensitätswerten hat dabei die zuvor geschilderten Eigenschaften. Weiterhin ist die Recheneinheit dazu ausgelegt die einzelnen Schritte gemäß den zuvor beschriebenen Aspekten des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Furthermore, the invention also relates to a tomography device, comprising an X-ray detector with a plurality of detector elements and a collimator, an X-ray source cooperating with the X-ray detector, and a computing unit, wherein the tomography device is designed to record a distribution of intensity values by common rotation of the X-ray detector and the X-ray source , The distribution of intensity values has the previously described properties. Furthermore, the arithmetic unit is designed to carry out the individual steps according to the previously described aspects of the method according to the invention.
Erfolgt die Aufnahme unter gemeinsamer Rotation von Röntgendetektor und Röntgenquelle, und entspricht die Intensitätsverteilung einer Vielzahl von Röntgenprojektionen, kann basierend auf den korrigierten Intensitätswerten ein Bild rekonstruiert werden. Die Vorteile der zuvor beschriebenen Aspekte der Erfindung erstrecken sich auch auf das rekonstruierte Bild. Wird die Erfindung als Tomographiegerät realisiert, kann dieses eine Rekonstruktionseinheit umfassen, welche dazu ausgelegt ist ein Bild basierend auf den korrigierten Intensitätswerten zu rekonstruieren. If the image is taken under the joint rotation of X-ray detector and X-ray source, and the intensity distribution corresponds to a large number of X-ray projections, an image can be reconstructed based on the corrected intensity values. The advantages of the previously described aspects of the invention also extend to the reconstructed image. If the invention is realized as a tomography device, this can comprise a reconstruction unit, which is designed to reconstruct an image based on the corrected intensity values.
Bei dem Röntgendetektor handelt es sich beispielsweise um einen Zeilendetektor mit mehreren Zeilen. Der Röntgendetektor kann aber auch als Flachdetektor ausgebildet sein. Der Röntgendetektor kann als Szintillatordetektor ausgebildet sein, bei dem die hochenergetischen Röntgenphotonen mittels eines Szintillators in niederenergetische Photonen im optischen Spektrum konvertiert und anschließend mittels einer Photodiode detektiert werden. Alternativ kann der Röntgendetektor als direkt konvertierender Röntgendetektor ausgebildet sein, der die hochenergetischen Röntgenphotonen mittels eines Halbleitermaterials direkt durch interne Photoanregung unter Ausnutzung des photovoltaischen Prinzips in einen elektrischen Signal, insbesondere einen Strompuls, umwandelt. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich beispielsweis um Cadmiumtellurid (kurz: CdTe), Cadmiumzinktellurid (Handelsname: CZT), Galliumarsenid (kurz: GaAs), Silizium oder Germanium. The X-ray detector is, for example, a line detector with a plurality of lines. The X-ray detector can also be designed as a flat detector. The X-ray detector can be designed as a scintillator detector, in which the high-energy X-ray photons are converted by means of a scintillator into low-energy photons in the optical spectrum and subsequently detected by means of a photodiode. Alternatively, the X-ray detector can be embodied as a directly converting X-ray detector which converts the high-energy X-ray photons directly into an electrical signal, in particular a current pulse, by means of a semiconductor material by internal photoexcitation using the photovoltaic principle. The semiconductor material is, for example, cadmium telluride (CdTe for short), cadmium zinc telluride (trade name: CZT), gallium arsenide (GaAs for short), silicon or germanium.
Weiterhin kann der Röntgendetektor als quantenzählender (auch: photonenzählender) Röntgendetektor ausgebildet sein. Ist der Röntgendetektor quantenzählend und direkt konvertierend, kann eine Elektronik aus den Strompulsen sehr schnelle Spannungspulse mit einer typischen Pulsdauer im Bereich von einigen Nanosekunden erzeugen. Da die Pulshöhe stark mit der Energie des einfallenden Röntgenquants korreliert ist, erlaubt dieser Detektortyp energieselektive Zählung der einfallenden Röntgenquanten. In diesem Fall kann es sich bei den Intensitätswerten sowohl um Intensitätswerte handeln, welche demselben Energieintervall zugeordnet sind, als auch um Intensitätswerte, welche unterschiedlichen Energieintervallen zugeordnet sind. Weiterhin kann die Anzahl der gemessenen Röntgenquanten ein Maß für einen Intensitätswert sein. Furthermore, the X-ray detector can be designed as a quantum-counting (also: photon counting) X-ray detector. If the X-ray detector is quantum-counting and direct-converting, electronics can generate very fast voltage pulses with a typical pulse duration in the range of a few nanoseconds from the current pulses. Since the pulse height is strongly correlated with the energy of the incident x-ray quantum, this type of detector allows energy-selective counting of the incident x-ray quanta. In this case, the intensity values may be both intensity values which are assigned to the same energy interval and intensity values which are assigned to different energy intervals. Furthermore, the number of measured X-ray quanta can be a measure of an intensity value.
Die Intensitätswerte können sowohl in analoger als auch in digitalisierter Form vorliegen. Insbesondere können die Intensitätswerte in Form von Spannungspulsen oder Strompulsen vorliegen. Liegen die Intensitätswerte in analoger Form vor, erfolgen der Vergleich sowie die Korrektur vorzugsweise durch elektronische Bauteile des Röntgendetektors. Insbesondere kann für den Vergleich und für die Korrektur ein Komparator oder ein ASIC zum Einsatz kommen. Unter einem ASIC wird ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis verstanden. Ein solcher ASIC kann einen Relativwert von zwei Eingangssignalen angeben, beispielsweise zwischen der ersten Auswahl und der zweiten Auswahl. Insbesondere kann ein solcher Relativwert die Differenz oder den Quotienten von Strompulsen oder Spannungspulsen umfassen. The intensity values can be present both in analog and in digitized form. In particular, the intensity values may be in the form of voltage pulses or current pulses. If the intensity values are in analog form, the comparison and the correction are preferably carried out by electronic components of the X-ray detector. In particular, a comparator or an ASIC can be used for the comparison and for the correction. An ASIC is understood to be an application-specific integrated circuit. Such an ASIC may indicate a relative value of two input signals, for example, between the first selection and the second selection. In particular, such a relative value may comprise the difference or the quotient of current pulses or voltage pulses.
Die Röntgenquelle ist in der Regel zur Emission polychromatischer Röntgenstrahlung ausgelegt. Bei der Röntgenquelle kann es sich insbesondere um eine Röntgenröhre mit Drehanode handeln. Die Röntgenquelle emittiert die Röntgenstrahlung innerhalb eines fächer- oder kegelförmigen Bereiches. Die Fächer- oder Kegelform kann beispielsweise durch eine Blende gesteuert werden. The X-ray source is usually designed to emit polychromatic X-radiation. The X-ray source may in particular be an X-ray tube with a rotary anode. The X-ray source emits the X-radiation within a fan-shaped or conical region. The fan or conical shape can be controlled for example by a shutter.
Bei der Verteilung von Intensitätswerten handelt es sich um eine Menge von Intensitätswerten. Diese Intensitätswerte können, insbesondere durch die Zuordnung zu Detektorelementen, geordnet, als Liste oder als Matrix vorliegen. Bei der ersten Auswahl sowie der zweiten Auswahl der Intensitätswerte kann es sich jeweils um eine Untermenge aus der Menge der Intensitätswerte handeln. The distribution of intensity values is a set of intensity values. These intensity values can be arranged, in particular by the assignment to detector elements, as a list or as a matrix. The first selection as well as the second selection of the intensity values can each be a subset of the quantity of the intensity values.
Die Verteilung der Intensitätswerte kann einer oder mehreren Röntgenprojektionen entsprechen. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann die Aufnahme einer Verteilung von Intensitätswerten sowohl die Aufnahme einer einzelnen Röntgenprojektion als auch die Aufnahme eines Röntgenbildes entsprechen, das aus mehreren Röntgenprojektionen rekonstruiert worden ist. Mit einem Bild ist im Folgenden ein Röntgenbild in Form eines aus einzelnen Röntgenprojektionen rekonstruierten Röntgenbildes gemeint. Insbesondere kann es sich bei einem Bild dabei um ein tomographisches Bild, ein räumlich-dreidimensionale Bild oder um ein Schnittbild handeln. Die Aufnahme eines Bildes umfasst also die Aufnahme mehrerer Röntgenprojektionen. The distribution of the intensity values may correspond to one or more x-ray projections. For the purposes of the present application, the recording of a distribution of intensity values may correspond both to the acquisition of a single X-ray projection and to the acquisition of an X-ray image which has been reconstructed from a plurality of X-ray projections. In the following, an X-ray image in the form of an X-ray image reconstructed from individual X-ray projections is meant by an image. In particular, an image can be a tomographic image, a three-dimensional spatial image or a sectional image. The recording of an image thus includes the recording of multiple X-ray projections.
Bei einem Tomographiegerät handelt es sich um ein Röntgengerät, welches zur Aufnahme einer Vielzahl von Röntgenprojektionen aus unterschiedlichen Winkelpositionen ausgelegt ist. Die Aufnahmen können während einer, insbesondere kontinuierlichen, Rotationsbewegung von Röntgendetektor und Röntgenquelle erzeugen. Bei einem Tomographiegerät kann es sich um einen Computertomographen mit einem ringförmigen Drehrahmen als auch um ein C-Bogen-Röntgengerät handeln. Tomographiegeräte kommen vor allem im klinischen Umfeld zum Einsatz. Tomographiegeräte können aber auch in anderen Bereichen Verwendung finden, etwa bei der Analyse von Materialien, der Untersuchung von Bauteilen oder bei der Durchleuchtung von Gepäck. In a tomography device is an X-ray device, which is designed to receive a variety of X-ray projections from different angular positions. The images can generate during a, in particular continuous, rotational movement of the X-ray detector and the X-ray source. A tomography device can be a computer tomograph with an annular rotating frame as well as a C-arm X-ray device. Tomography devices are mainly used in clinical settings. Tomography devices can also be used in other areas, such as the analysis of materials, the examination of components or the screening of luggage.
Sowohl die Recheneinheit als auch die Rekonstruktionseinheit kann sowohl in Form von Hard- als auch von Software ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Recheneinheit oder die Rekonstruktionseinheit als ein sogenanntes FPGA (Akronym für das englischsprachige "Field Programmable Gate Array") ausgebildet oder umfasst eine arithmetische Logikeinheit. Insbesondere kann jedes der Detektormodule über einen FPGA verfügen. Die Intensitätswerte können von dem FPGA in digitaler Form verarbeitet werden. Both the arithmetic unit and the reconstruction unit can be designed both in the form of hardware and software. For example, the arithmetic unit or the reconstruction unit is designed as a so-called FPGA (acronym for the field-programmable gate array) or comprises an arithmetic logic unit. In particular, each of the detector modules may have an FPGA. The intensity values can be processed by the FPGA in digital form.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures.
Es zeigen: Show it:
In dem hier gezeigten Beispiel liegt ein Patient
In dem in
Der Computer
Bei einem Computertomographen ist der Röntgendetektor
Die Detektorelemente
Die Absorberwände
Die Absorberwände
Die vorliegende Erfindung erlaubt nun die Instabilität des Fokus
Beim Schritt des Vergleichens V wird eine erste Auswahl der Intensitätswerte mit einer zweiten Auswahl der Intensitätswerte verglichen. Dabei ist eine erste Auswahl aus den Intensitätswerten wenigstens einem ersten Detektorelement
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung erfolgt der Vergleich nur entlang einer Raumrichtung, so dass die erste Auswahl sowie die zweite Auswahl entlang nur einer Raumrichtung durch die Absorberwand
Das Ergebnis des Vergleichens V ist wenigstens ein Relativwert, welcher die erste Auswahl und die zweite Auswahl miteinander in Beziehung setzt. Beispielsweise kann der Relativwert den Quotienten zwischen der ersten Auswahl und der zweiten Auswahl umfassen. Ist die erste Auswahl genau einem ersten Detektorelement
Wie in
Auch kann die erste Auswahl Intensitätswerte umfassen, welche einem ersten Makropixel zugeordnet sind; und die zweite Auswahl kann Intensitätswerte umfassen, welche einem von dem ersten Makropixel unterschiedlichen zweiten Makropixel zugeordnet sind. Die Intensitätswerte der ersten Auswahl und der zweiten Auswahl können dann miteinander verrechnet, insbesondere gemittelt werden, so dass der Vergleich dem Vergleich der Abschattung verschiedener Makropixel miteinander entspricht. Das Ergebnis eines solchen Vergleichs sollte sich zumindest dann nicht abhängig von der Position Fokus
Weiterhin können die Intensitätswerte jeweils einem Zeitpunkt zugeordnet sein, wobei die erste Auswahl und die zweite Auswahl jeweils dem gleichen Zeitpunkt zugeordnet sind. Nun lassen sich auf Basis eines solchen Vergleichs Intensitätswerte korrigieren, welche dem gleichen Zeitpunkt zugeordnet sind wie die erste Auswahl und die zweite Auswahl. In diesem Fall lässt sich eine besonders hohe zeitliche Auflösung der Korrektur erzielen. Es können aber auch Intensitätswerte korrigiert werden, welche einem anderen Zeitpunkt zugeordnet sind als die erste Auswahl und die zweite Auswahl. In diesem Fall müssen weniger Vergleichsschritte ausgeführt werden um eine große Anzahl von Intensitätswerten bzw. Röntgenprojektionen zu korrigieren. Furthermore, the intensity values can each be assigned to a time, wherein the first selection and the second selection are each assigned to the same time. Now, based on such a comparison, intensity values which are assigned to the same time as the first selection and the second selection can be corrected. In this case, a particularly high temporal resolution of the correction can be achieved. However, it is also possible to correct intensity values which are assigned to a different time than the first selection and the second selection. In this case, fewer comparison steps must be performed to correct a large number of intensity values or X-ray projections.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Schritt des Vergleichens V fortlaufend während der Aufnahme A mehrerer Röntgenprojektionen. Bei der Integration der Recheneinheit in den Röntgendetektor
Erfindungsgemäß erfolgt das Korrigieren K wenigstens eines Teils der Intensitätswerte basierend auf dem Vergleichen V. In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung wird beim Vergleich ermittelt, ob die erste Auswahl oder die zweite Auswahl größer ist. Dies kann mit einem elektronischen Bauteil in Form eines Komparators
Bei diesem ersten Wert und dem zweiten Wert kann es sich jeweils um einen festgelegten Wert handeln oder um einen Relativwert, welcher von dem Vergleich abhängig ist. Weiterhin kann die Korrektur energieerhaltend erfolgen. Eine Korrektur ist dann energieerhaltend, wenn die Summe der zu korrigierenden Intensitätswerte und die Summe der korrigierten Intensitätswerte konstant ist. This first value and the second value may each be a fixed value or a relative value which depends on the comparison. Furthermore, the correction can be energy conserving. A correction is energy-preserving when the sum of the intensity values to be corrected and the sum of the corrected intensity values is constant.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung basiert die Korrektur auf einer Information über eine totale Abschattung
Die totale Abschattung kann berücksichtigt werden, indem eine Kalibrierung stattfindet. Eine solche Kalibrierung umfasst den Vergleich einer ersten Auswahl mit einer zweiten Auswahl, wobei die Intensitätswerte der ersten Auswahl und der zweiten Auswahl bei einer festen Position des Fokus
Die totale Abschattung kann also berücksichtigt werden, indem bei einem ersten Vergleich ein erster Relativwert mit einem bei der Kalibrierung ermittelten zweiten Relativwert bei der Korrektur derart miteinander in Beziehung gesetzt werden, dass die Korrektur eine Änderung der Abschattung gegenüber der Kalibrierung berücksichtigt. Die Änderung bezieht sich auf eine Änderung gegenüber den Bedingungen, bei denen die Intensitätswerte für den ersten Vergleich aufgenommenen worden sind. Durch die Bildung einer Differenz oder eines Quotienten können der erste Relativwert und der zweite Relativwert miteinander in Beziehung gesetzt werden. The total shadowing can thus be taken into account by, in a first comparison, correlating a first relative value with a second relative value determined in the calibration during the correction in such a way that the correction takes into account a change in shadowing compared to the calibration. The change relates to a change from the conditions at which the intensity values for the first comparison were recorded. By forming a difference or a quotient, the first relative value and the second relative value can be related to each other.
Wird beim Schritt des Korrigierens K berücksichtigt, dass die ersten Detektorelemente
Wie in
Weiterhin kann das erfindungsungemäße Erfahren den Schritt des Rekonstruierens R eines Bildes basierend auf den korrigierten Intensitätswerten umfassen. Die Rekonstruktion erfolgt dabei mit grundsätzlich bekannten Rekonstruktionsalgorithmen, also beispielsweise durch den Feldkamp-Algorithmus, nicht-iterative Rekonstruktion oder iterative Rekonstruktion. Durch den zuvor durchgeführten Schritte des Vergleichens V und des Korrigierens K erhöht sich die Qualität der rekonstruierten Bilder, insbesondere können diese ein besseres Signal-zu-Rausch Verhältnis oder eine erhöhte Schärfe aufweisen. Furthermore, the erfungsung experiencing the step of reconstructing a R Image based on the corrected intensity values. The reconstruction is carried out using basically known reconstruction algorithms, that is, for example, by the Feldkamp algorithm, non-iterative reconstruction or iterative reconstruction. The previously performed steps of comparing V and correcting K increase the quality of the reconstructed images, in particular they can have a better signal-to-noise ratio or increased sharpness.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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