DE102014218291A1 - Verfahren zur Erzeugung einer Phasenkontrast-Dunkelfelddarstellung, Gitterinterferometer und bildgebendes Röntgensystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Gitterinterferometer und ein bildgebendes Röntgensystem zur Erzeugung einer Phasenkontrast-Dunkelfelddarstellung vorgeschlagen, wobei ein Untersuchungsobjekt mit einem Gitterinterferometer zur Aufnahme eines Datensatzes, der ortsaufgelöst zumindest eine Bestimmung der Visibilität (V = A/ I ) und der Transmission (T = I/I0) ermöglicht, durchstrahlt wird, ein unkorrigiertes Dunkelfeldbildes (DFunkorr(x, y) = 1 – Vobj(x, y)/Vref(x, y))) gemessen und ein korrigiertes Dunkelfeldbild (DFkorr(x, y) = DFunkorr(x, y) – fkorr(T(x, y))) mit Hilfe einer objektabhängigen Korrekturfunktion (fkorr) und dem Transmissionsbild (T(x, y)) errechnet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung mindestens einer Phasenkontrast-Dunkelfelddarstellung eines Untersuchungsobjektes mit Röntgenstrahlung und ein Gitterinterferometer beziehungsweise ein Talbot-Lau-Interferometer mit einem Strahlengang, welches eine Röntgenquelle mit einem röntgenoptischen Quellgitter zur Erzeugung einer quasikohärenten Röntgenstrahlung in einem Strahlengang, ein Phasengitter im Strahlengang zur Erzeugung eines Interferenzmusters, eine Analysedetektoranordnung bestehend aus einem hochauflösenden Detektorsystem oder einem Analysegitter mit einem nachfolgenden Detektorsystem zur Aufnahme eines Datensatzes, der ortsaufgelöst zumindest eine Bestimmung der Visibilität und der Transmission im Strahlengang ermöglicht, und ein Computersystem mit einem Speicher, welches Programmcode speichert und im Betrieb ausführt.
  • Verfahren, Gitterinterferometer und Röntgensysteme der oben genannten Art, die zu einer auf quasikohärenter Röntgenstrahlung basierenden Bildgebung, insbesondere Phasenkontrast- oder Dunkelfeld-Bildgebung, dienen, sind allgemein bekannt. Beispielhaft wird auf die Druckschrift von Peter Bartl „Phasenkontrast-Bildgebung mit photonenzählenden Detekoren”, Dissertation an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Publikationsdatum 17.12.2010, verwiesen.
  • Im Rahmen einer solchen Phasenkontrastbildgebung nach dem Talbot-Lau-Verfahren mit polychromatischen Röntgenstrahlen bei hohen Energien, wie sie zur Bildgebung an großen Untersuchungsobjekten, zum Beispiel Menschen oder Großtieren, notwendig sind, werden unterschiedliche Informationen gewonnen. Zur Bestimmung eines differentiellen Phasenkontrastbildes wird dabei an jedem Pixel P(x, y) eines Detektors das durch das Phasengitter erzeugte Interferenzmuster vermessen und die dort jeweils auftretende Amplitude A(x, y) der Intensität der Röntgenstrahlung, die mittlere Intensität I (x, y) zur Bestimmung der örtlichen differentiellen Phasenverschiebung Δφ(x, y) des Interferenzmusters bestimmt. So kann von einem Untersuchungsobjekt neben der Erzeugung einer differentiellen Phasenkontrastdarstellung mit den dort gewonnenen Daten auch eine Absorptions- oder Transmissionsdarstellung auf der Basis von Transmissionsdaten I/I0 (im Allgemeinen unscharf auch mit Schwächungdaten bezeichnet, da die Schwächung und die Transmission in einer eindeutigen mathematischen Korrelation zueinander stehen) und eine Dunkelfelddarstellung erzeugt werden. Die Bildwerte einer Dunkelfelddarstellung geben dabei ein Maß für die Streuung der Röntgenstrahlung durch das durchstrahlte Untersuchungsobjekt an.
  • Bei der Erzeugung einer projektiven Dunkelfelddarstellung DF(x, y) wird für jedes Pixel P(x, y) aus der Visibilität des verwendeten Detektors am Ort x, y ein Dunkelfeldsignal DF = 1 – Vobj/Vref ermittelt, wobei sich die Visibilität aus dem Verhältnis von der Amplitude A zur mittleren Intensität I gemäß V = A/ I ergibt. Dabei beschreiben Vref die Visibilität des Röntgensystems der Referenzmessung ohne Objekt und Vobj die Visibilität des Röntgensystems mit dem zu untersuchenden Objekt im Strahlengang.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die gemessenen Dunkelfelddarstellungen Artefakte oder Fehler aufweisen, die für eine korrekte bildliche Darstellung zu korrigieren sind.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und einen Gitterinterferometer zu finden, welche die fehlerhaften Dunkelfelddarstellungen verbessert.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
  • Der Erfinder hat erkannt, dass das Dunkelfeldbild DF(x, y) nur dann ein tatsächliches Maß für die Streuung ist, wenn die Visibilität Vobj nicht durch die Schwächung der Röntgenstrahlung auf Grund der Absorption im Untersuchungsobjekt beeinflusst wird. Wird jedoch durch die Schwächung der Strahlung das verwendete Röntgenspektrum beeinflusst, so verändert sich die Visibilität durch diese Strahlaufhärtung und das ermittelte Dunkelfeldsignal wird abhängig von der vorliegenden Änderung des Strahlungsspektrums verfälscht.
  • Da die Visibilität eines Talbot-Lau-Interferometers von der Photonenenergie abhängt, ist die gemessene Visibilitat bei Verwendung von energieintegrierenden Detektoren stets eine mit dem Spektrum gewichtete Größe. Daher bewirkt die Strahlaufhärtung bei Verwendung polychromatischer Röntgenspektren eine Veränderung der Visibilitat.
  • Somit beinhaltet das nach dem Untersuchungsobjekt gemessene Dunkelfeldsignal DF einerseits einen echten Dunkelfeldanteil und andererseits einen artifiziellen oder künstlichen Dunkelfeldanteil, der durch die Strahlaufhärtung entstanden ist. Zur Korrektur des Dunkelfeldsignals beziehungsweise der Dunkelfelddarstellung ist es also notwendig diesen künstlichen Dunkelfeldanteil wieder herauszurechen, indem die dadurch hervorgerufene Änderung in der Visibilität berücksichtigt wird.
  • Der künstliche Dunkelfeldanteil ADF(x, y) bestimmt sich dabei aus einer Funktion der Transmission ADF(x, y) = fkorr(T(x, y)). Die hierfür verwendete Korrekturfunktion fkorr kann entweder experimentell oder rechnerisch ermittelt werden, indem das Verhältnis der Visibilität Vmat des Interferometers mit einer dem Untersuchungsobjekt entsprechenden homogenen Materialschicht ohne Streueffekte und der Visibilität des Interferometers ohne Objekt oder Material im Strahlengang Vref gemäß fkorr = 1 – Vmat/Vref berechnet wird. Geht man von einer im Wesentlichen homogenen Materialverteilung im Untersuchungsobjekt aus, so besteht eine direkte Korrelation zwischen der gemessenen Schwächung (Schwächung = 1-Transmission) der Röntgenstrahlung und der Materialbelegung und damit dem zu berücksichtigenden Korrekturfaktor, so dass direkt von der gemessenen Schwächung auf den anzuwendenden Korrekturfaktor geschlossen werden kann.
  • Demgemäß schlägt der Erfinder ein Verfahren zur Erzeugung mindestens einer Phasenkontrast-Dunkelfelddarstellung eines Untersuchungsobjektes mit Röntgenstrahlung vor, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
    • – Durchstrahlung des Untersuchungsobjektes mit eines Gitterinterferometers (= Talbot-Lau-Interferometer) und Aufnahme eines Datensatzes, der ortsaufgelöst zumindest eine Bestimmung der Visibilität V = A/ I und der Transmission T = I/I0 ermöglicht,
    • – Bestimmung eines unkorrigierten Dunkelfeldbildes DFunkorr(x, y) = 1 – Vobj(x, y)/Vref(x, y))
    • – Bestimmung eines korrigierten Dunkelfeldbildes DFkorr(x, y) = DFunkorr(x, y) – fkorr(T(x, y)) mit Hilfe einer objektabhängigen Korrekturfunktion fkorr und dem Transmissionsbild (T(x, y)),
    • – Ausgabe und/oder Speicherung und/oder Weiterverarbeitung des korrigierten Dunkelfeldbildes DFkorr(x, y).
  • In einer ersten Ausführungsvariante kann die Korrekturfunktion fkorr empirisch ermittelt werden.
  • Hierbei können beispielsweise die folgenden Schritte ausgeführt werden:
    • a) Messung der Referenzvisibilität des Gitterinterferometers ohne schwächendes Material im Strahlengang;
    • b) Messung der Visibilität Vmat(h) mit einem homogenen nicht streuenden Material oder einer, vorzugsweise dem Untersuchungsobjekt äquivalenten, homogenen nicht streuenden Materialkomposition bei unterschiedlichen Materialbelegungen (Materialdicken h) und Berechnung der Korrekturfunktion fkorr = 1 – Vmat(h)/Vref. Vorzugsweise kann gleichzeitig auch die jeweils zugehörigen Transmission Tmat(h) bestimmt werden, so dass der Korrekturfunktion fkorr = 1 – Vmat(T)/Vref als Funktion der gemessenen Transmission T vorliegt.
    • c) Wird dann ein Objekt mit einer vorbekannten Materialzusammensetzung und Materialbelegung untersucht, kann ein entsprechend der von der Strahlung durchdrungenen Materialzusammensetzung und Materialbelegung h bekannter Korrekturwert angewendet werden, um das gemessene Dunkelfeldsignal mit dem Korrekturfaktor zu korrigieren mit: DFkorr(x, y) = DFunkorr(x, y) – fkorr(T(x, y)). Wird ein Objekt mit einer einfachen Materialkomposition untersucht und es ist für eine entsprechende oder äquivalente Materialkomposition bereits ein Korrekturfunktion in Abhängigkeit von der Transmission vor, so kann unmittelbar ausgehend von der gemessenen Transmission T der entsprechende Korrekturwert gewählt werden mit: DFkorr(x, y) = DFunkorr(x, y) – fkorr(T(x, y)).
  • In einer anderen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Korrekturfunktion fkorr auch rechnerisch bestimmt werden.
  • Eine solche rechnerische Bestimmung kann beispielsweise wie folgt geschehen:
    • a) Ermittlung der Visibilität V(E) als Funktion einer monoenergetischen Photonenenergie E. Diese Funktion kann entweder theoretisch berechnet oder durch eine Messung mit monoenergetischer Photonenstrahlung gemessen werden.
    • b) Ermittlung des im Gitterinterferometer verwendeten Referenzröntgenspektrums Sref(E) am Messort und ohne Untersuchungsobjekt oder Untersuchungsmaterial im Strahlengang.
    • c) Berechnung der polychromatischen Visibilität des leeren Gitterinterferometers mit
      Figure DE102014218291A1_0002
      Hierbei ist zu bemerken, dass genau genommen hier auch die energieabhängige Detektoreffizienz zu berücksichtigen wäre. Der Einfachheit jedoch zunächst von einem idealen Detektor ausgegangen wird.
    • d) Berechnung des aufgehärteten Strahlungsspektrums Smat(E, h) nach dem Durchgang durch eine objektäquivalente Materialkomposition mit unterschiedlichen Materialbelegungen h.
    • e) Berechnung der polychromatischen Visibilität für das aufgehärtete Strahlungsspektrum mit:
      Figure DE102014218291A1_0003
    • f) Berechnung des ohne Streuung entstandenen „künstlichen” Dunkelfeldsignals
      Figure DE102014218291A1_0004
      das gleichzeitig die zu ermittelnde Korrekturfunktion fkorr beschreibt.
  • Entsprechend schlägt der Erfinder auch vor, dass die Korrekturfunktion
    Figure DE102014218291A1_0005
    aus der polychromatischen Visibilität des Gitterinterferometers ohne Untersuchungsobjekt Vref und der polychromatischen Visibilität des Gitterinterferometers nach einem Durchgang der verwendeten Strahlung durch eine dem Untersuchungsobjekt äquivalente Materialkomposition und Materialbelegung Vmat(h) bestimmt wird.
  • Unter der Annahme einer homogenen Verteilung einer einzigen Materialzusammensetzung im Untersuchungsobjekt kann die Korrekturfunktion auch in Abhängigkeit der lokalen Schwächung des durchstrahlten Materials beziehungsweise des durchstrahlten Untersuchungsobjektes bestimmt werden.
  • Weiterhin kann auch die Materialzusammensetzung im Untersuchungsobjekt durch eine Materialzerlegung in mindestens zwei Materialkomponenten mit Hilfe einer Dualenergieuntersuchung unter Annahme einer homogenen Verteilung einer einzigen Materialzusammensetzung im Untersuchungsobjekt der Wert der Korrekturfunktion in Abhängigkeit der lokalen Schwächung des durchstrahlten Untersuchungsobjektes bestimmt werden.
  • Ergänzend zum hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren schlägt der Erfinder auch ein Gitterinterferometer zur Ausführung eines Talbot-Lau-Messverfahrens mit einem Strahlengang zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes vor, aufweisend:
    • – eine Röntgenquelle im Strahlengang mit einem röntgenoptischen Quellengitter zur Erzeugung einer quasikohärenten Röntgenstrahlung oder mit einer Mikrofokus-Röntgenquelle zur Erzeugung hinreichend kohärenter Röntgenstrahlung,
    • – ein Phasengitter im Strahlengang zur Erzeugung eines Interferenzmusters,
    • – eine Analysedetektoranordnung bestehend aus einem hochauflösenden Detektorsystem oder einem Analysegitter mit einem nachfolgenden Detektorsystem zur Aufnahme eines Datensatzes, der ortsaufgelöst zumindest eine Bestimmung der Visibilität und der Transmission im Strahlengang ermöglicht,
    • – ein Computersystem mit einem Speicher, welches Programmcode speichert und im Betrieb ausführt,
    • – und Programmcode im Speicher, welcher das erfindungsgemäße Verfahren in einer der hier beschriebenen Ausführung ausführt.
  • Ein solches Gitterinterferometer kann auch in einer rotierbaren oder über einen vorgegebenen Winkelbereich schwenkbaren Gantry angeordnet sein, so dass von einem Untersuchungsobjekt in der beschriebenen Weise projektive Dunkelfeldaufnahmen aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln erzeugt werden können, mit denen – entsprechend den vorliegenden Projektionswinkeln – durch an sich bekannte Rekonstruktionsverfahren tomographische oder tomosynthetische Darstellungen des Untersuchungsobjektes berechnet werden können.
  • Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: C-Bogen-System, CT-System; 2: Strahler; 3: Detektoranordnung; 4: optionaler zweiter Strahler; 5: optionale zweite Detektoranordnung; 6: Gehäuse; 7: C-Bogen; 8: Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; A: Amplitude des Intensitätsverlaufes; Al: Aluminium; D1 Detektor; E: Photonenenergie, Energie; E1 Detektorelement; F: Fokus; fkorr Korrekturfunktion; G0 Quellengitter; G1 Phasengitter; G2: Analysengitter; H2O: Wasser; I: Intensität; Ii(xG)): Intensität am i-ten Pixel; Ij(xG)): Intensität am j-ten Pixel; Obj: Untersuchungsobjekt; Prg1–Prgn Programmcode; S Spektrum; T: Transmission; V: Visibilität; x, y, z: kartesische Koordinaten; Δφ: Phasenunterschied.
  • Es zeigen im Einzelnen:
  • 1: Schematischer Aufbau eines Gitterinterferometers beziehungsweise Talbot-Lau-Interferometer;
  • 2: Schematische Darstellung einer Messung mit dem Gitterinterferometer zur Ermittlung eines Datensatzes mit Amplitude, mittlerer Intensität und Phasenverschiebung einschließlich Bestimmung der Visibilität;
  • 3: Darstellung der Röntgenspektren ohne und mit objektäquivalentem Material (hier Wasser) einschließlich der energieabhängigen Visibilität;
  • 4: Darstellung des Verlaufs der polychromatischen Visibilität, des artifiziellen Dunkelfeldsignals und der Transmission über die Materialbelegung beziehungsweise Schichtdicke von Wasser auf der Basis der Spektren und energieabhängigen Visibilität aus 3;
  • 5: Verlauf zweier Korrekturfunktionen fkorr(T) in Abhängigkeit von der Transmission T = I/I0 für die Materialien Wasser H2O und Aluminium Al gezeigt
  • 6: Schematischer Aufbau eines C-Bogen-Systems mit erfindungsgemäßem Gitterinterferometer mit Programmcode zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 7: Schematischer Aufbau eines CT-Systems mit erfindungsgemäßem Gitterinterferometer mit Programmcode zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Gitterinterferometers zur Durchführung von Phasenkontrastmessungen an einem im Strahlengang angeordneten Untersuchungsobjekt Obj. Zur Erzeugung einer ausreichenden Strahlungsintensität wird ein relativ großer Fokus F verwendet, welcher mit Hilfe des nachfolgend angeordneten Quellengitters G0 quasikohärente Strahlen – dargestellt die Pfeile – erzeugt. Nach dem Durchgang durch das im Strahlengang angeordnete Untersuchungsobjekt Obj wird durch ein Phasengitter G1 ein Interferenzmuster erzeugt, welches mit Hilfe der analysierende Gitter-Detektoranordnung G2, D1 ortsaufgelöst in Detektorpixel E1, also pixelweise, ausgemessen wird. Alternativ kann hierfür auch in bekannter Weise ein entsprechend höher auflösender Detektor Dh verwendet werden.
  • Die pixelweise Messung ist schematisch in der 2 gezeigt. Dort ist der Verlauf zweier Intensitäten Ii(xG) und Ij(xG) der benachbarten Pixel i und j jeweils in Abhängigkeit von einem Gitterversatz xG aufgetragen, der jeweils die Intensitätsschwankung des vom Phasengitter G1 erzeugten Interferenzmuster am Ort eines Pixels der analysierenden Gitter-Detektoranordnung G2, D1 wiedergibt. Aus diesen Verläufen der Intensitäten Ii(xG) und Ij(xG) lässt sich damit für jedes Pixel die mittlere Intensität I , die Amplitude A des Intensitätsverlaufes und auch die Phasenverschiebung Δφ zwischen der Strahlung an den gemessenen Pixeln bestimmen. Selbstverständlich ist bei einer solchen Untersuchung auch die ungeschwächte Intensität I0 ohne Untersuchungsobjekt am jeweiligen Ort ebenfalls vorbekannt, so dass aus der mittleren Intensität, die der einfachen Intensität einer Absorptionsmessung entspricht, und der ungeschwächten Intensität die Transmission ermittelt werden kann. V, fkorr, I[]
  • Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahren ist in der 3 eine Darstellung der Röntgenspektren ohne und mit objektäquivalentem Material (hier Wasser), also einem Referenzspektrum Sref(E) des Gitterinterferometers (hier mit einer Beschleunigungsspannung von 40 kVp betrieben) und einem aufgehärteten Spektrum Smat(h) mit einer Materialbelegung von h = 100 mm Wasser einschließlich der monoenergetischen Visibilität V(E) über die Energie (= Photonenenergie) E aufgetragen. Die Berechnung der Visibilität mit dem Referenzspektrum gemäß der Formel
    Figure DE102014218291A1_0006
    ergibt eine Referenzvisibilität Vref von 29,9%, während die Visibilität mit dem gezeigten aufgehärteten Spektrum mit einer Materialbelegung h von 100 mm Wasser gemäß der Formel
    Figure DE102014218291A1_0007
    eine Wert von 19,9% liefert. Entsprechend ergibt sich ein Korrekturfaktor bei einer wasseräquivalenten Materialbelegung von h = 100 mm gemäß der Formel
    Figure DE102014218291A1_0008
    mit fkorr (100 mm Wasser) = 1 – 0,199 / 0,299 = 0,333. Für die Intensität normiert auf den Wert ohne Wasser (= Tranmssion) erhält man bei einer Materialbelegung h von 100 mm einen Wert von 0,024. Damit entspricht das Artifizielle Dunkelfeld ADF(T = 0,024) = fkorr(T = 0,024) = 0,333. Analog kann mittels anderer Materialbelegungen die Korrekturfunktion für andere Werte der Transmission ermittelt werden.
  • Eine graphische Darstellung des Verlaufes der Visibilität Vmat(h) mit mat = H2O, der Transmission T(h) und des sich ergebenden artifiziellen Dunkelfeldes, also der Korrekturfunktion fkorr(h), ist in der 4 dargestellt. Geht man von einer Strahlaufhärtung und Schwächung der zur Untersuchung verwendeten Strahlung durch ein einziges Material oder eine einzige Materialkomposition aus, so besteht eine unmittelbare Abhängigkeit zwischen dem Korrekturwert fkorr(T) und der Transmission T = I/I0. Eine solcher Verlauf des Korrekturwertes in Abhängigkeit von der Transmission ist in der 5 für die Materialien Wasser H2O und Aluminium Al gezeigt. Somit kann zum Beispiel unter der Annahme, dass der menschliche Körper im Wesentlichen aus Wasser als körperäquivalentem Material besteht unmittelbar aus dem gemessenen Transmissionswert auf den zu verwendenden Korrekturwert (Wert der Korrekturfunktion) geschlossen werden.
  • Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Gitter-Inteferometer sowohl für die rein projektive Bildgebung als auch für die räumliche Bildgebung, beispielsweise im Rahmen tomographischer oder tomosynthetischer Rekonstruktionen, eingesetzt werden. Insbesondere kann es in Verbindung mit einem C-Bogen-System verwendet werden, wie es in der 6 schematisch dargestellt ist. Üblicherweise verfügt ein solches C-Bogen-System 1 über ein Gehäuse 6 mit einem Antrieb für den C-Bogen 7, der an seinen beiden Enden jeweils einen Strahler 2 und ein Detektorsystem 3 trägt. Als Untersuchungsobjekt ist hier ein Patient P dargestellt, der sich auf einer verstellbaren Patientenliege 8 befindet. Meist wird der Strahler eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem relativ großen Fokus zur Erzeugung ausreichender Dosisleistung mit einem in Strahlrichtung davor angeordneten Quellengitter aufweisen. Im Detektorsystem 3 befindet sich ein Phasengitter mit einem Analysegitter und dem Detektor oder ein Phasengitter mit einem so hochauflösenden Detektor, dass das vom Phasengitter erzeugte Interferenzmuster bezüglich seiner Intensitätsänderung in einem Bildpixel ermittelt werden kann und damit die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendigen Messungen ausgeführt werden können. Zur Durchführung des Verfahrens dient die Steuer- und Recheneinheit 10, in deren Speicher auch der Programmcode Prg1–Prgn gespeichert ist, mit dem das Korrekturverfahren der Dunkelfeldmessung ausgeführt wird. Aufgrund der Schwenkbarkeit des C-Bogens 7 können mit diesem System nicht nur projektive Aufnahmen, sondern auch Dunkelfeldprojektionen für die tomosynthetische und tomographische Bildgebung aus mehreren Projektionswinkeln erstellt werden.
  • Weiterhin kann das hier beschriebene Verfahren und das erfindungsgemäße Gitterinterferometer auch in einem CT-System eingesetzt werden, wie es beispielhaft in der 7 dargestellt ist. Dieses CT-System 1 kann über ein oder zwei Strahler-Detektor-Systeme 2, 3 und 4, 5 mit jeweils einem Röntgenstrahler 2 beziehungsweise 4 und jeweils einem Detektor 3 beziehungsweise 5 verfügen, wobei mindestens eines mit einem Gitterinterferometer ausgerüstet ist, welches die Talbot-Lau-Bedingungen für die darin befindlichen Röntgengitter erfüllt. die Strahler-Detektor-Systeme 2, 3 und 4, 5 sind auf einer rotierenden – hier nicht explizit dargestellten – Gantry angeordnet, die sich im Gantrygehäuse 6 befindet. Als Untersuchungsobjekt ist hier ein Patient P gezeigt, der auf einer verfahrbaren Patientenliege 8 liegt, die den Patienten P zur Abtastung sequentiell oder kontinuierlich durch den Messbereich der Gantry schiebt. Dabei werden Dunkelfeldprojektionen aus einer Vielzahl um das Untersuchungsobjekt umlaufender Richtungen gemessen und nach einer erfindungsgemäßen Korrektur einem Rekonstruktionsverfahren zur Erzeugung von tomographischen Darstellungen zugeführt. Für die Steuerung des CT-Systems, die Erzeugung und Korrektur der Messdaten ist an dem CT-System 1 eine Steuer- und Recheneinheit 10 angeschlossen, welche mindestens einen Speicher aufweist, in dem Programmcode Prg1–Prgn gespeichert ist, der im Betrieb unter Anderem auch das hier beschriebene erfindungsgemäße Korrekturverfahren der Dunkelfeldsignale ausführt.
  • Insgesamt wird mit der Erfindung also ein Verfahren, ein Gitterinterferometer und ein bildgebendes Röntgensystem zur Erzeugung einer Phasenkontrast-Dunkelfelddarstellung vorgeschlagen, wobei ein Untersuchungsobjekt mit einem Gitterinterferometer zur Aufnahme eines Datensatzes, der ortsaufgelöst zumindest eine Bestimmung der Visibilität (V = A/ I ) und der Transmission (T = I/I0) ermöglicht, durchstrahlt wird, ein unkorrigiertes Dunkelfeldbildes (DFunkorr(x, y) = 1 – Vobj(x, y)/Vref(x, y))) gemessen und ein korrigiertes Dunkelfeldbild (DFkorr(x, y) = DFunkorr(x, y) – fkorr(T(x, y))) mit Hilfe einer objektabhängigen Korrekturfunktion (fkorr) und dem Transmissionsbild (T(x, y)) errechnet wird.
  • 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    C-Bogen-System, CT-System
    2
    Strahler
    3
    Detektoranordnung
    4
    optionaler zweiter Strahler
    5
    optionale zweite Detektoranordnung
    6
    Gehäuse
    7
    C-Bogen
    8
    Patientenliege
    9
    Systemachse
    10
    Steuer- und Recheneinheit
    A
    Amplitude des Intensitätsverlaufes
    Al
    Aluminium
    D1
    Detektor
    E
    Photonenenergie, Energie
    E1
    Detektorelement
    F
    Fokus
    fkorr
    Korrekturfunktion
    G0
    Quellengitter
    G1
    Phasengitter
    G2
    Analysengitter
    H2O
    Wasser
    I
    Intensität
    Ii(xG))
    Intensität am i-ten Pixel
    Ij(xG))
    Intensität am j-ten Pixel
    Obj
    Untersuchungsobjekt
    Prg1–Prgn
    Programmcode
    S
    Spektrum
    T
    Transmission
    V
    Visibilität
    x, y, z
    kartesische Koordinaten
    Δφ
    Phasenunterschied

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erzeugung mindestens einer Phasenkontrast-Dunkelfelddarstellung eines Untersuchungsobjektes mit Röntgenstrahlung, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte aufweisend: 1.1. Durchstrahlung des Untersuchungsobjektes mit eines Gitterinterferometers und Aufnahme eines Datensatzes, der ortsaufgelöst zumindest eine Bestimmung der Visibilität (V = A/ I ) und der Transmission (T = I/I0) ermöglicht, 1.2. Bestimmung eines unkorrigierten Dunkelfeldbildes (DFunkorr(x, y) = 1 – Vobj(x, y)/Vref(x, y))) 1.3. Bestimmung eines korrigierten Dunkelfeldbildes (DFkorr(x, y) = DFunkorr(x, y) fkorr(T(x, y))) mit Hilfe einer objektabhängigen Korrekturfunktion (fkorr) und dem Transmissionsbild (T(x, y)), 1.4. Ausgabe und/oder Speicherung und/oder Weiterverarbeitung des korrigierten Dunkelfeldbildes (DFkorr(x, y)).
  2. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion (fkorr) empirisch ermittelt wird.
  3. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur empirischen Ermittlung der Korrekturfunktion (fkorr) die folgenden Schritte ausgeführt werden: – Messung der Referenzvisibilität Vref des Gitterinterferometers ohne schwächendes Material im Strahlengang; – Messung der Visibilität Vmat(h) mit einer dem Untersuchungsobjekt äquivalenten, homogenen nicht streuenden Materialkomposition bei unterschiedlichen Materialbelegungen h, einschließlich Messung der jeweils zugehörigen Transmission Tmat(h); – Berechnung der Korrekturfunktion fkorr(T) = 1 – Vmat(T)/Vref als Funktion der gemessenen Transmission T; – Korrektur des gemessenen Dunkelfeldsignal mit der Transmissionsabhängigen Korrekturfunktion gemäß: DFkorr(x, y) = DFunkorr(x, y) – fkorr(T(x, y)).
  4. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion (fkorr) rechnerisch bestimmt wird.
  5. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion
    Figure DE102014218291A1_0009
    aus der polychromatischen Visibilität des Gitterinterferometers ohne Untersuchungsobjekt (Vref) und der polychromatischen Visibilität des Gitterinterferometers nach einem Durchgang der verwendeten Strahlung durch eine dem Untersuchungsobjekt äquivalente Materialbelegung (Vmat(h)) bestimmt wird.
  6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unter Annahme einer homogenen Verteilung einer einzigen Materialzusammensetzung im Untersuchungsobjekt der Wert der Korrekturfunktion in Abhängigkeit der lokalen Transmission des durchstrahlten Untersuchungsobjektes bestimmt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzusammensetzung im Untersuchungsobjekt durch eine Materialzerlegung in mindestens zwei Materialkomponenten mit Hilfe einer Dualenergieuntersuchung unter Annahme einer homogenen Verteilung einer einzigen Materialzusammensetzung im Untersuchungsobjekt der Wert der Korrekturfunktion in Abhängigkeit der lokalen Transmission des durchstrahlten Untersuchungsobjektes bestimmt wird.
  8. Gitterinterferometer zur Ausführung eines Talbot-Lau-Messverfahrens mit einem Strahlengang zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes, aufweisend: 8.1. eine Röntgenquelle (F) im Strahlengang mit einem röntgenoptischen Quellengitter (G0) zur Erzeugung einer quasikohärenten Röntgenstrahlung oder mit einer Mikrofokus-Röntgenquelle zur Erzeugung hinreichend kohärenter Röntgenstrahlung in einem Strahlengang, 8.2. ein Phasengitter (G1) im Strahlengang zur Erzeugung eines Interferenzmusters, 8.3. eine Analysedetektoranordnung bestehend aus einem hochauflösenden Detektorsystem (Dh) oder einem Analysegitter (G2) mit einem nachfolgenden Detektorsystem (D1) zur Aufnahme eines Datensatzes, der ortsaufgelöst zumindest eine Bestimmung der Visibilität (V = A/ I ) und der Transmission (T = I/Io) im Strahlengang ermöglicht, 8.4. ein Computersystem (10) mit einem Speicher, welches Programmcode (Prg1–Prgn) speichert und im Betrieb ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass 8.5. im Speicher Programmcode gespeichert ist, welcher das Verfahren eines der voranstehenden Verfahrensansprüche ausführt.
  9. Bildgebendes Röntgensystem mit mindestens einer Strahler-Detektor-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Strahler-Detektor-Anordnung als Gitterinterferometer gemäß dem voranstehenden Anspruch 8 ausgebildet ist.
  10. Röntgensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es als eines der nachfolgenden Röntgensysteme ausgebildet ist: projektives Radiographiesystem, C-Bogensystem, CT-System, Tomosynthesesystem, Mammographiesystem.
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US20070189444A1 (en) * 2004-03-17 2007-08-16 Koninklijke Philips Electronic, N.V. Beam-hardening and attenuation correction for coherent-scatter ct

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