DE102015211607A1

DE102015211607A1 - Verfahren zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes

Info

Publication number: DE102015211607A1
Application number: DE102015211607.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Grasruck; Yang Wang
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Verfahren zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bestimmen einer Unterschiedsinformation, wobei die Unterschiedsinformation einen Unterschied eines Werts eines Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu einem oder mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes betrifft, – Ermitteln eines Wichtungsdatensatzes, wobei ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird, – Ermitteln einer Primärstreustrahlungsverteilung basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz, wobei ein Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gewichtet wird, – Ermitteln einer Streustrahlungskorrekturverteilung basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes. Die Erfindung betrifft ferner eine Streustrahlungskorrektureinrichtung, eine Bildgebungsvorrichtung, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium.
In bildgebenden Anwendungen, bei denen eine Strahlungsquelle und ein Detektor zum Erfassen eines Projektionsdatensatzes verwendet werden, treffen Strahlungsquanten, beispielsweise Röntgenquanten, welche von der Strahlungsquelle, beispielsweise einer Röntgenquelle, ausgehen und einen abzubildenden Bereich eines Objekts durchdringen, auf einen Detektor. Zum Erfassen des Ortes des Auftreffens eines Strahlungsquants umfasst der Detektor eine Mehrzahl von Detektorelementen. Basierend auf dem Projektionsdatensatz kann ein Bild des abzubildenden Bereichs des Objekts erzeugt werden. Streustrahlung kann dabei eine Verringerung der Bildqualität verursachen.
Streustrahlung kann auf verschiedene Weise unterdrückt und/oder korrigiert werden. Beispielsweise wird in der Computertomographie der Einfluss von Streustrahlung mit Hilfe von Kollimatorplatten, welche aus einem Material mit hoher Ordnungszahl hergestellt und zwischen den Detektorelementen angeordnet sind, verringert. Eine Kollimatorplatte ist typischerweise in einer Ebene angeordnet, welche parallel oder senkrecht zur Systemachse des Computertomographiegerätes ist. Je größer das Verhältnis zwischen der Höhe der Kollimatorplatte über dem Detektorelement und den Abmessungen des Detektorelements, desto effektiver wird die Streustrahlung unterdrückt. Mit der Höhe der Kollimatorplatte steigen aber auch der Fertigungsaufwand und die Kosten.
Zusätzlich zu Kollimatorplatten, insbesondere wenn deren Höhe aus Kosten- und Einfachheitsgründen beschränkt ist, können algorithmische Verfahren zur Korrektur der Streustrahlung eingesetzt werden. Dabei zeichnen sich Verfahren, die auf einer Faltung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern basieren, gegenüber iterativen Verfahren durch einen verringerten Rechenaufwand aus. Mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern kann beispielsweise eine Ausbreitung einer Streustrahlung, insbesondere für einen stark gebündelten Strahl, beschrieben werden. Dabei kann der Streustrahlungskorrektur-Faltungskern beispielsweise als Funktion eines Raumwinkels und/oder als Funktion von einer oder mehreren Ortskoordinaten beschrieben werden.
Aus DE 10 2006 045 722 B4 ist ein Verfahren zur Korrektur von Streustrahlung in der Projektionsradiographie oder der Röntgen-Computer-Tomographie bekannt, wobei für unterschiedliche betrachtete Objekte unterschiedliche Streukorrektur-Faltungskerne bestimmt werden.
Aus [OFK99] ist ein Verfahren zur Korrektur von Streustrahlung bekannt, wobei eine Primärstreustrahlungsverteilung P aus Abschwächungswerten T von Pixeln eines Projektionsdatensatzes und einer ersten Fensterung W wie folgt berechnet werden kann: P = KT^a(W{e^–T})^b (1)
K steht für einen Wirkungsquerschnitt. a und b stehen für Anpassungs-Parameter. Die Fensterung kann basierend auf dem Projektionsdatensatz ermittelt werden.
Gemäß [OFK99] kann eine Streustrahlungskorrekturverteilung S basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung P mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern F wie folgt berechnet werden: S = RP**F (2)
R steht für eine zweite Fensterung.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine verbesserte Streustrahlungskorrektur zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, durch eine Streustrahlungskorrektureinrichtung nach Anspruch 11, durch eine Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 sowie durch ein computerlesbares Medium nach Anspruch 15 gelöst. Weitere abhängige Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes wird eine Unterschiedsinformation bestimmt, wobei die Unterschiedsinformation einen Unterschied eines Werts eines Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu einem oder mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes betrifft. Es wird ein Wichtungsdatensatz ermittelt, wobei ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird. Basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz wird eine Primärstreustrahlungsverteilung ermittelt, wobei ein Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gewichtet wird. Basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern wird eine Streustrahlungskorrekturverteilung ermittelt.
Der Projektionsdatensatz kann z. B. Strahlungsquanten einer Strahlung betreffen, welche ausgehend von einer Strahlungsquelle auf einen Detektor projiziert wird und dabei einen abzubildenden Bereich eines Objekts durchdringt. Der Projektionsdatensatz kann z. B. Informationen über eine Wechselwirkung der Strahlung mit dem Objekt, insbesondere eine Intensitätsverteilung und/oder eine Abschwächungsverteilung, umfassen. Entsprechend können die Pixel des Projektionsdatensatzes Intensitätswerte und/oder Abschwächungswerte aufweisen. Es wäre auch denkbar, dass der Projektionsdatensatz alternativ oder zusätzlich Informationen über die Phase und/oder die Energie auftreffender Strahlungsquanten umfasst. Entsprechend kann der Projektionsdatensatz eine Phasenverteilung und/oder eine Energieverteilung aufweisen. Entsprechend können die Pixel des Projektionsdatensatzes Phasenwerte und/oder Energiewerte aufweisen. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Wert des Pixels des Projektionsdatensatzes aus der Gruppe gewählt ist, welche aus einem Intensitätswert, einem Abschwächungswert, einem Phasenwert, einem Energiewert und Kombinationen davon besteht.
Insbesondere kann der Projektionsdatensatz ein oder mehrere Projektionsprofile umfassen. Jedem dieser Projektionsprofile ist jeweils eine Anordnung einer Strahlungsquelle und/oder eines Detektors bezüglich des abzubildenden Bereichs des Objekts zuordenbar, insbesondere zugeordnet. Eine solche Anordnung ist beispielsweise durch einen Rotationswinkel eines Rotors, auf dem die Strahlungsquelle und/oder der Detektor um den abzubildenden Bereich des Objekts drehbar angeordnet sind, definierbar. Aus dem Projektionsdatensatz können Bilddaten unter Verwendung eines Rekonstruktionsverfahrens, z. B. basierend auf einer gefilterten Rückprojektion, rekonstruiert werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Streustrahlungskorrektur des Projektionsdatensatzes ist eine Verringerung von Streustrahlungs-Artefakten in den rekonstruierten Bilddaten realisierbar.
Die Erfinder haben insbesondere erkannt, dass Streustrahlungs-Artefakte durch eine Ungleichförmigkeit des abzubildenden Bereichs des Objekts verursacht werden können und dass eine Ungleichförmigkeit insbesondere dann auftreten kann, wenn der abzubildende Bereich sowohl Flüssigkeit, z. B. Wasser, als auch Knochenstrukturen umfasst. Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass bei auf diese Weise verursachten Streustrahlungs-Artefakten bekannte Verfahren zur Streustrahlungskorrektur nur eingeschränkte Wirkung zeigen.
Die Erfinder schlagen vor, beim Ermitteln der Primärstreustrahlungsverteilung einen Abschwächungswert eines Pixels des Projektionsdatensatzes mit einem Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes zu wichten. Der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes kann insbesondere von dem Pfad, den die Strahlung zu dem Detektorelement, welches mit dem Pixel des Projektionsdatensatzes und/oder mit dem Pixel des Wichtungsdatensatzes korrespondiert, abhängen. Die Erfinder haben erkannt, dass die Menge an Material, welches auf dem Pfad einer Strahlung zu einem gegebenen Detektorelement eine Streuung verursachen kann, mit einem Wert, insbesondere einem Intensitätswert und/oder einem Abschwächungswert, des zu dem gegebenen Detektorelement korrespondierenden Pixels des Projektionsdatensatzes beschreibbar ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Auswahl des Werts des Pixels des Wichtungsdatensatzes insbesondere davon abhängt, ob dieser Pfad zumindest abschnittsweise auf der Grenze zwischen zwei Strukturen mit unterschiedlichem Streuungsverhalten und/oder unterschiedlicher Stärke der Streuung verläuft. Eine solche Grenze kann beispielsweise der Rand einer Knochenstruktur sein. Der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes kann beispielsweise derart ausgewählt werden, dass eine Ungleichförmigkeit des abzubildenden Bereichs, insbesondere ein Unterschied in einem Streuungsverhalten bzw. in der Stärke der Streuung der vom abzubildenden Bereich umfassten Materialien, berücksichtigt wird.
Diese Abhängigkeit des Werts des Pixels des Wichtungsdatensatzes von dem Pfad der Strahlung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe der Unterschiedsinformation berücksichtigt werden. Anhand der Unterschiedsinformation kann beispielsweise ein Pixel des Projektionsdatensatzes identifiziert werden, dessen Wert sich von dem Wert des weiteren Pixels oder von den Werten der mehreren weiteren Pixel des Projektionsdatensatzes signifikant unterscheidet. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das oder die mehreren weiteren Pixel des Projektionsdatensatzes in der näheren Umgebung des Pixels des Projektionsdatensatzes, bevorzugt benachbart zu dem Pixel des Projektionsdatensatzes angeordnet sind. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass anhand der Unterschiedsinformation erkennbar ist, ob sich der Pixel des Projektionsdatensatzes in einem Bereich des Projektionsdatensatzes befindet, in dem ein starker Unterschied von Werten der Pixel des Projektionsdatensatzes vorliegt. Diesem Bereich des Projektionsdatensatzes kann ein Übergang zwischen zwei Strukturen, die in Bezug auf Materialdichte und/oder Streuungsverhalten signifikante Unterschiede aufweisen, im abzubildenden Bereich des Objekts zugeordnet werden. Dem Pixel des Projektionsdatensatzes kann damit ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Stärke der in der näheren Umgebung des Pixels des Projektionsdatensatzes auftretenden Unterschiede der Werte des Projektionsdatensatzes, beispielsweise der Intensitätswerte und/oder Abschwächungswerte, zugeordnet werden.
Die Primärstreustrahlungsverteilung kann basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz beispielsweise wie folgt berechnet werden: P = Te^–qT (3)
P steht für die Primärstreustrahlungsverteilung. T steht für die Abschwächungswerte der Pixel der Projektionsdaten. Alternativ oder zusätzlich zu den Abschwächungswerten können auch Intensitätswerte der Pixel der Projektionsdaten wie folgt verwendet werden:
I steht für die Intensitätswerte der Pixel der Projektionsdaten. I₀ steht für eine Referenzintensität, z. B. am Ort der Strahlungsquelle.
Unter einem Wert eines Pixels des Projektionsdatensatzes können insbesondere ein Intensitätswert und/oder ein Abschwächungswert verstanden werden. Es wäre auch denkbar, dass der Wert des Pixels des Projektionsdatensatzes alternativ oder zusätzlich unter Verwendung von spektralen Informationen und/oder Phaseninformationen ermittelt wird. q steht für den Wichtungsdatensatz. Insbesondere kann einem gegebenen Pixel des Projektionsdatensatzes am Ort β ein korrespondierender Pixel des Wichtungsdatensatzes am Ort β zugeordnet werden. Die Wichtung ist beispielsweise durch eine Multiplikation des Abschwächungswerts T(β) des gegebenen Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Wert q(β) des korrespondierenden Pixels des Wichtungsdatensatzes realisierbar. Der Ort β kann insbesondere durch eine oder mehrere Winkelkoordinaten und/oder durch eine oder mehrere Ortskoordinaten beschrieben werden.
Es wäre auch denkbar, die Primärstreustrahlungsverteilung basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz beispielsweise wie folgt zu berechnen: P = KT^a(W{e^–qT})^b (5) wobei auf die Erläuterungen zu den Formeln (1) und (4) verwiesen wird.
Die Streustrahlungskorrekturverteilung kann basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern beispielsweise wie folgt berechnet werden: S = gP**F (6)
S steht für die Streustrahlungskorrekturverteilung. g steht für einen Skalierungs-Faktor. Eine Berechnung der Streustrahlungskorrekturverteilung gemäß der Formel (2) wäre ebenfalls denkbar. Der Streustrahlungskorrektur-Faltungskern weist eine bestimmte Form und Breite auf. Dem Fachmann sind verschiedene Streustrahlungskorrektur-Faltungskerne bekannt. Es wird diesbezüglich auf DE 10 2006 045 722 B4 und [OFK99] verwiesen.
Die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung weist eine Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit, eine Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit, eine Primärstreustrahlungsverteilungs-Ermittlungseinheit und eine Streustrahlungskorrekturverteilungs-Ermittlungseinheit auf. Die Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit ist zum Bestimmen einer Unterschiedsinformation ausgebildet, wobei die Unterschiedsinformation einen Unterschied eines Werts eines Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu einem oder mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes betrifft. Die Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln eines Wichtungsdatensatzes ausgebildet, wobei ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird. Die Primärstreustrahlungsverteilungs-Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln einer Primärstreustrahlungsverteilung basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz ausgebildet, wobei ein Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gewichtet wird. Die Streustrahlungskorrekturverteilungs-Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln eines Streustrahlungskorrekturwertes basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern ausgebildet.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Insbesondere können das Bestimmen der Unterschiedsinformation mittels der Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit, das Ermitteln das Wichtungsdatensatzes mittels der Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit, das Ermitteln der Primärstreustrahlungsverteilung mittels der Primärstreustrahlungsverteilungs-Ermittlungseinheit und das Ermitteln der Streustrahlungskorrekturverteilung mittels der Streustrahlungskorrekturverteilungs-Ermittlungseinheit ausgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Ableitung basierend auf dem Projektionsdatensatz bestimmt und die Unterschiedsinformation basierend auf der Ableitung bestimmt. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Ableitung basierend auf dem Projektionsdatensatz mittels der Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit bestimmt werden kann und dass die Unterschiedsinformation basierend auf der Ableitung mittels der Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit bestimmt werden kann.
Die Ableitung kann beispielsweise die Ableitung einer Verteilung sein, wobei die Verteilung aus der Gruppe gewählt ist, welche aus einer Intensitätsverteilung, einer Abschwächungsverteilung, einer Phasenverteilung, einer Energieverteilung und Kombinationen davon besteht. Die Ableitung kann beispielsweise eine Ableitung nach einer Größe sein, wobei die Größe die räumliche Position eines Pixels des Projektionsdatensatzes betrifft. Eine solche Größe kann beispielsweise eine Winkelkoordinate und/oder eine Ortskoordinate sein.
Die Unterschiedsinformation kann insbesondere den Wert und/oder den absoluten Betrag des Werts der Ableitung am Ort des Pixels des Projektionsdatensatzes und/oder in einer durch den Pixel des Projektionsdatensatzes definierten Lage umfassen. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Unterschied des Werts des Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu dem oder den mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes der Wert der Ableitung am Ort des Pixels des Projektionsdatensatzes und/oder in einer durch den Pixel des Projektionsdatensatzes definierten Lage ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein signifikanter Unterschied der Materialmenge und/oder der Materialeigenschaften notwendig ist, um einen Unterschied in dem Wichtungsdatensatz, insbesondere einen Unterschied eines Werts eines Pixels des Wichtungsdatensatzes, relativ zu einem oder mehreren weiteren Pixeln des Wichtungsdatensatzes, zu veranlassen.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Wert der Unterschiedsinformation basierend auf einer Ableitung bestimmt wird. Beispielsweise kann der Wert der Unterschiedsinformation gleich dem Wert der Ableitung am Ort des Pixels des Projektionsdatensatzes sein und/oder mit dem Wert der Ableitung am Ort des Pixels des Projektionsdatensatzes in einem funktionalen Zusammenhang stehen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Unterschiedsinformation basierend auf einer Faltung der Ableitung mit einem Rauschunterdrückungs-Faltungskern bestimmt. Insbesondere kann die Unterschiedsinformation basierend auf der Ableitung bestimmt werden, indem die Unterschiedsinformation basierend auf einer Faltung der Ableitung mit einem Rauschunterdrückungs-Faltungskern bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein Filtern der Ableitung erfolgen und/oder die Unterschiedsinformation basierend auf einer gefilterten Ableitung bestimmt werden. Auf diese Weise wird insbesondere durch die Ableitung verursachtes und/oder verstärktes Rauschen reduziert.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Wert der Unterschiedsinformation basierend auf einer Faltung der Ableitung mit einem Rauschunterdrückungs-Faltungskern bestimmt wird. Beispielsweise kann der Wert der Unterschiedsinformation gleich dem Wert der Faltung der Ableitung mit einem Rauschunterdrückungs-Faltungskern am Ort des Pixels des Projektionsdatensatzes sein und/oder mit dem Wert der Faltung der Ableitung mit einem Rauschunterdrückungs-Faltungskern am Ort des Pixels des Projektionsdatensatzes in einem funktionalen Zusammenhang stehen. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Unterschied des Werts des Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu dem oder den mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes der Wert der Faltung der Ableitung mit dem Rauschunterdrückungs-Faltungskern am Ort des Pixels des Projektionsdatensatzes und/oder in einer durch den Pixel des Projektionsdatensatzes definierten Lage ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Ableitung basierend auf einem Projektionsprofil des Projektionsdatensatzes bestimmt. Unter einem Projektionsprofil soll insbesondere eine Reihe von Pixeln des Projektionsdatensatzes verstanden werden. In dieser Reihe sind die Pixel des Projektionsdatensatzes entsprechend ihrer Lage relativ zum abzubildenden Bereich des Objekts eindimensional angeordnet. Ein Projektionsprofil kann beispielsweise mittels eines Fächerstrahls, der auf eine Detektorzeile projiziert wird, erfasst werden. Ein Projektionsprofil kann aber auch beispielsweise durch ein Abtasten mit einem stark gebündelten Strahl erfasst werden. Die Lage eines Pixels des Projektionsdatensatzes im Projektionsprofil kann insbesondere mit Hilfe einer Koordinate angegeben werden, so dass das Projektionsprofil nach dieser Koordinate abgeleitet werden kann. Bei der Koordinate kann es sich beispielsweise um eine Winkelkoordinate handeln, mit welcher die Lage eines Strahlungspfades innerhalb eines Fächerstrahls beschreibbar ist. Bei der Koordinate kann es sich aber auch um eine Ortskoordinate und/oder einen Index handeln, mit der bzw. mit dem die Lage eines Detektorelements innerhalb einer Detektorzeile beschreibbar ist. Damit kann die Unterschiedsinformation basierend auf einer eindimensionalen Ableitung bestimmt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Projektionsdatensatz ein Computertomographie-Projektionsdatensatz. Gemäß einem Aspekt der Erfindung bildet der Projektionsdatensatz ein Sinogramm und wird die Ableitung basierend auf einer Zeile des Sinogramms bestimmt. Unter einem Sinogramm soll insbesondere eine zweidimensionale Anordnung von Pixeln des Projektionsdatensatzes verstanden werden. Die Lage eines Pixels des Projektionsdatensatzes im Sinogramm kann insbesondere mit Hilfe von einer ersten Koordinate und einer zweiten Koordinate angegeben werden. Die erste Koordinate beschreibt die Lage des Pixels des Projektionsdatensatzes innerhalb einer Sinogramm-Zeile. Unter einer Sinogramm-Zeile kann insbesondere ein Projektionsprofil verstanden werden. Jede Zeile des Sinogramms kann jeweils von einem Projektionsprofil gebildet sein. Für die erste Koordinate gelten entsprechende Überlegungen wie für die im Zusammenhang mit einem Projektionsprofil beschriebene Koordinate. Die zweite Koordinate beschreibt die Lage der Sinogramm-Zeile bzw. des Projektionsprofils im Sinogramm. Bei der zweiten Koordinate kann es sich beispielsweise um eine weitere Winkelkoordinate handeln, mit welcher die Anordnung einer Strahlungsquelle und/oder eines Detektors bezüglich des abzubildenden Bereichs des Objekts beschreibbar ist. Es wäre auch denkbar, die Ableitung basierend auf einer eindimensionalen Teilmenge des Sinogramms zu bestimmen. Eine solche eindimensionale Teilmenge des Sinogramms kann beispielsweise von einer Gruppe von Pixeln des Projektionsdatensatzes gebildet werden, wobei die Pixel der Gruppe einer Geraden, die in einem vorbestimmten Winkel zu den Sinogramm-Zeilen verläuft, zuordenbar und/oder zugeordnet sind.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation und in Abhängigkeit von dem Wert des Pixels des Projektionsdatensatzes ausgewählt. Insbesondere kann der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes mit Hilfe einer Wichtungsfunktion ausgewählt werden. Ein Funktionsargument der Wichtungsfunktion kann dabei den Wert der Unterschiedsinformation und/oder den Wert des Pixels des Projektionsdatensatzes aufweisen. Ein einfaches Beispiel für die Wichtungsfunktion sieht eine oder mehrere Stufenfunktionen derart vor, dass die Wichtungsfunktion durch mehrere Wichtungswerte und zumindest einen Schwellwert definiert ist. Mit einer solchen einfachen Wichtungsfunktion kann dem Funktionsargument in Abhängigkeit eines Vergleichs des Werts der Unterschiedsinformation und/oder des Werts des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem zumindest einen Schwellwert einer der mehreren Wichtungswerte zugeordnet werden. Es wäre aber auch denkbar, die Wichtungsfunktion anhand eines Modells, welches physikalische Zusammenhänge berücksichtigt, zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Abschwächungs-Schwellwert festgelegt und der Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Abschwächungs-Schwellwert verglichen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt, wenn der Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes den Abschwächungs-Schwellwert überschreitet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung eine Abschwächungs-Schwellwert-Festlegungseinheit und eine Abschwächungswert-Vergleichseinheit auf. Die Abschwächungs-Schwellwert-Festlegungseinheit ist zum Festlegen eines Abschwächungs-Schwellwerts ausgebildet. Die Abschwächungswert-Vergleichseinheit ist zum Vergleichen des Abschwächungswerts des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Abschwächungs-Schwellwert ausgebildet.
Insbesondere kann der Abschwächungs-Schwellwert mittels der Abschwächungs-Schwellwert-Festlegungseinheit festgelegt werden. Insbesondere kann der Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mittels der Abschwächungswert-Vergleichseinheit mit dem Abschwächungs-Schwellwert verglichen werden. Auf diese Weise ist der Einfluss großer Unterschiede, die Pixel des Projektionsdatensatzes am Rand des Objekts relativ zueinander aufweisen können, auf den Wichtungsdatensatz verringerbar.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Unterschieds-Schwellwert, ein erster Wichtungswert und ein zweiter Wichtungswert festgelegt, der Wert der Unterschiedsinformation mit dem Unterschieds-Schwellwert verglichen, der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gleich dem ersten Wichtungswert ausgewählt, wenn der Wert der Unterschiedsinformation den Unterschieds-Schwellwert überschreitet und der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gleich dem zweiten Wichtungswert ausgewählt, wenn der Wert der Unterschiedsinformation den Unterschieds-Schwellwert unterschreitet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung eine Unterschieds-Schwellwert-Festlegungseinheit, eine Unterschiedsinformations-Vergleichseinheit und eine erste Wichtungswert-Festlegungseinheit auf. Die Unterschieds-Schwellwert-Festlegungseinheit ist zum Festlegen eines Unterschieds-Schwellwertes ausgebildet. Die Unterschiedsinformations-Vergleichseinheit ist zum Vergleichen des Wertes der Unterschiedsinformation mit dem Unterschieds-Schwellwert ausgebildet. Die erste Wichtungswert-Festlegungseinheit ist zum Festlegen eines ersten Wichtungswertes und eines zweiten Wichtungswertes ausgebildet.
Insbesondere kann der Unterschieds-Schwellwert mittels der Unterschieds-Schwellwert-Festlegungseinheit festgelegt werden. Insbesondere können der erste Wichtungswert und der zweite Wichtungswert mittels der ersten Wichtungswert-Festlegungseinheit festgelegt werden. Insbesondere kann der Wert der Unterschiedsinformation mittels der Unterschiedsinformations-Vergleichseinheit mit dem Unterschieds-Schwellwert verglichen werden. Damit ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes mit verringertem Rechenaufwand realisierbar.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein dritter Wichtungswert festgelegt wird und dass der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes unabhängig von der Unterschiedsinformation gleich dem dritten Wichtungswert ausgewählt wird, wenn der Abschwächungswert des gegebenen Pixels des Projektionsdatensatzes den Abschwächungs-Schwellwert unterschreitet. Optional kann der dritte Wichtungswert gleich dem ersten Wichtungswert oder gleich dem zweiten Wichtungswert festgelegt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung eine zweite Wichtungswert-Festlegungseinheit aufweist. Die zweite Wichtungswert-Festlegungseinheit ist zum Festlegen eines dritten Wichtungswertes ausgebildet. Insbesondere kann der dritte Wichtungswert mittels der zweiten Wichtungswert-Festlegungseinheit festgelegt werden. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gleich dem ersten Wichtungswert, dem zweiten Wichtungswert oder dem dritten Wichtungswert mittels der Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit ausgewählt werden kann. Es wäre auch denkbar, den Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation und/oder in Abhängigkeit von dem Wert der Unterschiedsinformation und/oder in Abhängigkeit von dem Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gemäß einem Modell, welches physikalische Zusammenhänge berücksichtigt, auszuwählen.
Die Erfindung erlaubt es insbesondere, bekannte Verfahren zur Streustrahlungskorrektur, wie beispielsweise das in [OFK99] offenbarte Verfahren, zu modifizieren. Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, bei gleichbleibenden Kosten für die Kollimatorplatten, die Bildqualität in Bezug auf Streustrahlungs-Artefakte zu verbessern. Alternativ kann die Höhe der Kollimatorplatten ohne wesentliche Beeinträchtigung der Bildqualität verringert werden, was zu Kosteneinsparungen führt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Streustrahlungskorrektur zeichnet sich insbesondere gegenüber iterativen Verfahren durch einen verringerten Rechenaufwand aus.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Projektionsdatensatz bereitgestellt, ein korrigierter Projektionsdatensatz basierend auf dem Projektionsdatensatz und der Streustrahlungskorrekturverteilung ermittelt und der korrigierten Projektionsdatensatzes bereitgestellt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung eine Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit, eine Korrektureinheit und eine Korrigierte-Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit auf. Die Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit ist zum Bereitstellen des Projektionsdatensatzes ausgebildet. Die Korrektureinheit ist zum Ermitteln eines korrigierten Projektionsdatensatzes basierend auf dem Projektionsdatensatz und der Streustrahlungskorrekturverteilung ausgebildet. Die Korrigierte-Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit ist zum Bereitstellen des korrigierten Projektionsdatensatzes ausgebildet. Insbesondere können das Bereitstellen des Projektionsdatensatzes mittels der Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit, das Ermitteln des korrigierten Projektionsdatensatzes mittels der Korrektureinheit und das Bereitstellen des korrigierten Projektionsdatensatzes mittels der Korrigierte-Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit ausgeführt werden. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Streustrahlungskorrekturverteilung Korrektur-Intensitätswerte umfasst. Ein korrigierter Projektionsdatensatz kann z. B. ermittelt werden, indem pixelweise die Korrektur-Intensitätswerte der Streustrahlungskorrekturverteilung von den Intensitätswerten des Projektionsdatensatzes subtrahiert werden. Auf diese Weise ist ein bezüglich der Streustrahlung korrigierter Projektionsdatensatz ermittelbar.
Die erfindungsgemäße Bildgebungsvorrichtung weist die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung auf. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Bildgebungsvorrichtung eine Projektionsdatenakquisitionseinrichtung, eine Steuerungsvorrichtung und eine Bildrekonstruktionseinrichtung aufweist. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung als Teil einer Steuerungsvorrichtung einer Bildgebungsvorrichtung ausgebildet sein.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung und/oder eine oder mehrere Komponenten der erfindungsgemäßen Streustrahlungskorrektureinrichtung zumindest teilweise in Form von Software auf einem Prozessorsystem realisiert sind. Dies betrifft insbesondere die Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit, die Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit, die Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit, die Primärstreustrahlungsverteilungs-Ermittlungseinheit, die Streustrahlungskorrekturwert-Ermittlungseinheit, die Korrektureinheit, die Korrigierte-Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit, die Unterschieds-Schwellwert-Festlegungseinheit, die Abschwächungs-Schwellwert-Festlegungseinheit, die Unterschiedsinformations-Vergleichseinheit, die Abschwächungswert-Vergleichseinheit, die erste Wichtungswert-Festlegungseinheit und die zweite Wichtungswert-Festlegungseinheit.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung und/oder eine oder mehrere Komponenten der erfindungsgemäßen Streustrahlungskorrektureinrichtung zumindest teilweise in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sind. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Projektionsdatensatz mit Hilfe eines Datentransfers des Projektionsdatensatzes von einer Steuerungsvorrichtung und/oder einer Projektionsdatenakquisitionsvorrichtung einer Bildgebungsvorrichtung an die Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit bereitgestellt wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit und/oder die Korrigierte-Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit Zugriffsmöglichkeiten auf einen Speicherbereich einer Steuerungsvorrichtung einer Bildgebungsvorrichtung und/oder auf einen Speicherbereich eines Datenspeichersystems, insbesondere eines radiologischen Informationssystem (RIS), in dem der Projektionsdatensatz hinterlegt und/oder der korrigierte Projektionsdatensatz hinterlegbar ist, aufweisen. Der korrigierte Projektionsdatensatz kann z. B. mit Hilfe eines Datentransfers von der Korrigierte-Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit an die Steuerungsvorrichtung der Bildgebungsvorrichtung und/oder das Datenspeichersystem, insbesondere das radiologische Informationssystem (RIS) derart bereitgestellt werden, dass der korrigierte Projektionsdatensatz gespeichert und/oder weiterverarbeitet werden kann. Der Datentransfer kann z. B. mittels einer geeigneten Schnittstelle erfolgen.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Schnittstellen zum Datentransfer an und/oder von Komponenten der erfindungsgemäßen Streustrahlungskorrektureinrichtung zumindest teilweise in Form von Software realisiert sind. Insbesondere können die Schnittstellen Zugriffsmöglichkeiten auf geeignete Speicherbereiche, in denen die Daten geeignet zwischengelagert, aufgerufen und aktualisiert werden können, aufweisen. Die Schnittstellen können auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuerungsvorrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuerungsvorrichtung einer Bildgebungsvorrichtung ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungsvorrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm zusätzliche Software-Komponenten, z. B. eine Dokumentation, und/oder Hardware-Komponenten, z. B. einen Hardware-Schlüssel (Dongle etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport des Computerprogramms zur Steuerungsvorrichtung und/oder zur Speicherung des Computerprogramms an oder in der Steuerungsvorrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Datenverarbeitungseinrichtung der Steuerungsvorrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Datenverarbeitungseinrichtung ein Prozessorsystem aufweist. Das Prozessorsystem kann z. B. von einem oder mehreren zusammenarbeitenden Mikroprozessoren gebildet sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Bildgebungsvorrichtung aus der Gruppe gewählt, welche aus einem Computertomographiegerät, einem Einzelphotonen-Emissions-Computertomographiegerät (SPECT-Gerät), einem Positronen-Emissions-Tomographiegerät (PET-Gerät), einem Magnetresonanztomographiegerät und Kombinationen davon besteht, wobei die Bildgebungsvorrichtung eine Strahlungsquelle und einen Detektor aufweist. Insbesondere kann die medizinische Bildgebungsvorrichtung ein Röntgengerät, ein C-Bogen-Röntgengerät, ein Ultraschallgerät und ähnliches aufweisen. Die Bildgebungsvorrichtung kann ferner eine Kombination von mehreren Bildgebungs- und/oder Bestrahlungsmodalitäten, z. B. ein PET-CT-Gerät oder ein SPECT-CT-Gerät, sein. Dabei kann eine Bestrahlungsmodalität beispielsweise ein Bestrahlungsgerät zur therapeutischen Bestrahlung aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung können Merkmale, welche in Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen und/oder unterschiedliche Anspruchskategorien (Verfahren, Einheit usw.) beschrieben sind, zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Insbesondere sind die in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen auch auf die erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung, die erfindungsgemäße Bildgebungsvorrichtung, das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt und das erfindungsgemäße computerlesbare Medium zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Funktionale Merkmale des Verfahrens können dabei durch entsprechend ausgebildete Komponenten der Streustrahlungskorrektureinrichtung ausgeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch und stark vereinfacht sowie nicht zwingend maßstabsgetreu.
Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer Streustrahlungskorrektureinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
4 eine schematische Darstellung einer Streustrahlungskorrektureinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
5 eine schematische Darstellung einer Bildgebungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
6 ein Computertomographie-Bild, welches aus einem nicht erfindungsgemäß korrigierten Projektionsdatensatz rekonstruiert ist,
7 ein Computertomographie-Bild, welches aus einem erfindungsgemäß korrigierten Projektionsdatensatz rekonstruiert ist.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Bei dem Schritt DC wird eine Unterschiedsinformation bestimmt, wobei die Unterschiedsinformation einen Unterschied eines Werts eines Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu einem oder mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes betrifft. Bei dem Schritt DW wird ein Wichtungsdatensatz ermittelt, wobei ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird. Bei dem Schritt DP wird eine Primärstreustrahlungsverteilung basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz ermittelt, wobei ein Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gewichtet wird. Bei dem Schritt DS wird eine Streustrahlungskorrekturverteilung basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern ermittelt.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Streustrahlungskorrektureinrichtung 35 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit 51 ist zum Bestimmen einer Unterschiedsinformation ausgebildet, wobei die Unterschiedsinformation einen Unterschied eines Werts eines Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu einem oder mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes betrifft. Die Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit 52 ist zum Ermitteln eines Wichtungsdatensatzes ausgebildet, wobei ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird. Die Primärstreustrahlungsverteilungs-Ermittlungseinheit 53 ist zum Ermitteln einer Primärstreustrahlungsverteilung basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz ausgebildet, wobei ein Abschwächungswert des Pixels der Projektionsdaten mit dem Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gewichtet wird. Die Streustrahlungskorrekturverteilungs-Ermittlungseinheit 54 ist zum Ermitteln einer Streustrahlungskorrekturverteilung basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern ausgebildet.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Streustrahlungskorrektureinrichtung 35 insbesondere zum Ausführen des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist. Insbesondere können der Schritt DC mittels der Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit 51, der Schritt DW mittels der Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit 52, der Schritt DP mittels der Primärstreustrahlungsverteilungs-Ermittlungseinheit 53 und der Schritt DS mittels der Streustrahlungskorrekturverteilungs-Ermittlungseinheit 54 ausgeführt werden.
Bei den nachfolgend gezeigten Ausführungsformen werden insbesondere weiterbildende Merkmale mit Bezug auf die jeweils zuvor erläuterten Ausführungsformen beschrieben. Im Wesentlichen gleich bleibende Merkmale, insbesondere Schritte und Einheiten, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Bei dem Schritt PI wird ein Projektionsdatensatz bereitgestellt. Die dritte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Projektionsdatensatz ein Computertomographie-Projektionsdatensatz ist und mehrere Projektionsprofile umfasst. Die dritte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Projektionsdatensatz ein Sinogramm bildet, wobei jede Zeile des Sinogramms jeweils von einem Projektionsprofil gebildet ist.
Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt DC den Schritt DD und den Schritt DC1. Bei dem Schritt DD wird eine Ableitung basierend auf dem Projektionsdatensatz bestimmt, wobei die Ableitung basierend auf einem Projektionsprofil des Projektionsdatensatzes und/oder basierend auf einer Zeile des Sinogramms bestimmt wird. Bei dem Schritt DC1 wird basierend auf der Ableitung eine Unterschiedsinformation bestimmt, wobei die Unterschiedsinformation einen Wert umfasst, den eine Faltung der Ableitung mit einem Rauschunterdrückungs-Faltungskern am Ort des Pixels des Projektionsdatensatzes aufweist.
Bei dem Schritt T1 wird ein Unterschieds-Schwellwert festgelegt. Bei dem Schritt T2 wird ein Abschwächungs-Schwellwert festgelegt. Bei dem Schritt C1 wird der Wert der Unterschiedsinformation mit dem Unterschieds-Schwellwert verglichen. Bei dem Schritt C2 wird ein Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Abschwächungs-Schwellwert verglichen. Bei dem Schritt V1 werden ein erster Wichtungswert und ein zweiter Wichtungswert festgelegt. Bei dem Schritt V2 wird ein dritter Wichtungswert festgelegt.
Die dritte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Schritt DW ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird, wenn der Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes den Abschwächungs-Schwellwert überschreitet.
Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt DW die Schritte DW1, DW2 und DW3. Bei dem Schritt DW1 wird der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gleich dem ersten Wichtungswert ausgewählt, wenn der Wert der Unterschiedsinformation des gegebenen Pixels den Unterschieds-Schwellwert überschreitet. Bei dem Schritt DW2 wird der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gleich dem zweiten Wichtungswert ausgewählt, wenn der Wert der Unterschiedsinformation des gegebenen Pixels den Unterschieds-Schwellwert unterschreitet. Bei dem Schritt DW3 wird der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes unabhängig von der Unterschiedsinformation gleich dem dritten Wichtungswert ausgewählt, wenn der Abschwächungswert des gegebenen Pixels des Projektionsdatensatzes den Abschwächungs-Schwellwert unterschreitet.
Die dritte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Schritt DP eine Primärstreustrahlungsverteilung basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz gemäß der Formel (3) berechnet wird und dass bei dem Schritt DS eine Streustrahlungskorrekturverteilung, welche Korrektur-Intensitätswerte umfasst, basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern gemäß der Formel (6) berechnet wird.
Bei dem Schritt CP wird ein korrigierter Projektionsdatensatz basierend auf dem Projektionsdatensatz und der Streustrahlungskorrekturverteilung ermittelt. Die dritte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Schritt CP pixelweise die Korrektur-Intensitätswerte der Streustrahlungskorrekturverteilung von den Intensitätswerten des Projektionsdatensatzes subtrahiert werden. Bei dem Schritt PF wird der korrigierte Projektionsdatensatz bereitgestellt.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Streustrahlungskorrektureinrichtung 35 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Die Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit 50 ist zum Bereitstellen des Projektionsdatensatzes ausgebildet. Die Korrektureinheit 55 ist zum Ermitteln eines korrigierten Projektionsdatensatzes basierend auf dem Projektionsdatensatz und der Streustrahlungskorrekturverteilung ausgebildet. Die Korrigierte-Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit 56 ist zum Bereitstellen des korrigierten Projektionsdatensatzes ausgebildet.
Die Unterschieds-Schwellwert-Festlegungseinheit 61 ist zum Festlegen eines Unterschieds-Schwellwertes ausgebildet. Die Abschwächungs-Schwellwert-Festlegungseinheit 62 ist zum Festlegen eines Abschwächungs-Schwellwerts ausgebildet. Die Unterschiedsinformations-Vergleichseinheit 63 ist zum Vergleichen des Wertes der Unterschiedsinformation mit dem Unterschieds-Schwellwert ausgebildet. Die Abschwächungswert-Vergleichseinheit 64 ist zum Vergleichen des Abschwächungswerts des Pixels der Projektionsdaten mit dem Abschwächungs-Schwellwert ausgebildet. Die erste Wichtungswert-Festlegungseinheit 65 ist zum Festlegen eines ersten Wichtungswertes und eines zweiten Wichtungswertes ausgebildet. Die zweite Wichtungswert-Festlegungseinheit 66 ist zum Festlegen eines dritten Wichtungswertes ausgebildet.
Die vierte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Streustrahlungskorrektureinrichtung 35 insbesondere zum Ausführen des Verfahrens gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist.
Insbesondere können der Schritt PI mittels der Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit 50, der Schritt CP mittels der Korrektureinheit 55 und der Schritt PF mittels der Korrigierte-Projektionsdaten-Bereitstellungseinheit 56 ausgeführt werden.
Insbesondere können der Schritt T1 mittels der Unterschieds-Schwellwert-Festlegungseinheit 61, der Schritt T2 mittels der Abschwächungs-Schwellwert-Festlegungseinheit 62, der Schritt C1 mittels der Unterschiedsinformations-Vergleichseinheit 63, der Schritt C2 mittels der Abschwächungswert-Vergleichseinheit 64, der Schritt V1 mittels der ersten Wichtungswert-Festlegungseinheit und der Schritt V2 mittels der zweiten Wichtungswert-Festlegungseinheit 66 ausgeführt werden.
Die vierte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schritte DD und DC1 mittels der Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit 51 ausgeführt werden können und dass die Schritte DW1, DW2 und DW3 mittels der Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit 52 ausgeführt werden können.
5 zeigt eine Bildgebungsvorrichtung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens ist für die Bildgebungsvorrichtung 1 beispielhaft ein Computertomographiegerät gezeigt.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 weist eine Gantry 20, einen Bildaufnahmebereich 4, eine Patientenlagerungsvorrichtung 10 und eine Projektionsdatenakquisitionsvorrichtung 26, 28 auf.
Die Gantry 20 weist einen stationären Tragrahmen 21 und einen Rotor 24 auf. Der Rotor 24 ist über eine Drehlagerungsvorrichtung um die Systemachse der Bildgebungsvorrichtung 1 drehbar gelagert. Der Bildaufnahmebereich 4 wird von einer tunnelförmigen Öffnung in der Gantry 20 gebildet. In dem Bildaufnahmebereich 4 ist ein abzubildender Bereich eines Objekts, insbesondere des Patienten 13, anordenbar. Die Patientenlagerungsvorrichtung 10 weist einen Lagerungstisch 11 und eine Transferplatte 12 zur Lagerung des Patienten 13 auf. Dabei ist die Transferplatte 12 derart relativ zu dem Lagerungstisch 11 bewegbar an dem Lagerungstisch 11 angeordnet, dass die Transferplatte 12 in einer Längsrichtung der Transferplatte 12 in den Bildaufnahmebereich 4 einführbar ist.
Die Projektionsdatenakquisitionsvorrichtung 26, 28 ist zum Akquirieren des Projektionsdatensatzes ausgebildet. Die Projektionsdatenakquisitionsvorrichtung 26, 28 weist eine Strahlungsquelle 26, die zur Emission von Strahlungsquanten ausgebildet ist, und einen Detektor 28, der zur Detektion von Strahlungsquanten ausgebildet ist, auf. Die Strahlungsquanten 27 können von der Strahlungsquelle 26 zu dem abzubildenden Bereich gelangen und nach einer Wechselwirkung mit dem abzubildenden Bereich auf den Detektor 28 auftreffen. Auf diese Weise kann ein Projektionsprofil des abzubildenden Bereichs erfasst werden. Die von der Projektionsdatenakquisitionsvorrichtung akquirierten Projektionsdaten werden an die Steuerungsvorrichtung 30 weitergegeben.
Durch Rotation der Projektionsdatenakquisitionsvorrichtung 26, 28 um den Bildaufnahmebereich kann für unterschiedliche Anordnungen der Strahlungsquelle 26 und des Detektors 28 bezüglich des abzubildenden Bereichs des Objekts jeweils zumindest ein Projektionsprofil erfasst werden. Mehrere Projektionsprofile können einen Projektionsdatensatz bilden. Die Steuerungsvorrichtung 30 ist insbesondere dazu ausgebildet, Projektionsdaten in Form von Projektionsprofilen und/oder in Form eines Projektionsdatensatzes abzuspeichern und aufzurufen. Basierend auf einem Projektionsdatensatz kann eine Rekonstruktion eines tomographischen Bildes des abzubildenden Bereichs mittels einer Bildrekonstruktionseinrichtung erfolgen.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 weist eine Steuerungsvorrichtung 30, eine Eingabevorrichtung 38 und eine Ausgabevorrichtung 39 auf. Die Steuerungsvorrichtung 30 ist zum Steuern der Bildgebungsvorrichtung 1 ausgebildet. Die Eingabevorrichtung 38 ist zum Eingeben von Steuerungsinformationen, z. B. Bildrekonstruktionsparametern und/oder Untersuchungsparametern, ausgebildet. Die Ausgabeeinheit 39 ist zum Ausgeben von Steuerungsinformationen und/oder rekonstruierten Bildern ausgebildet.
Die Steuerungsvorrichtung 30 weist eine Speichereinrichtung 31 und eine Datenverarbeitungseinrichtung 33 auf. Die Speichereinrichtung 31 ist zum Laden eines Computerprogramms eines Computerprogrammprodukts ausgebildet, wobei das Computerprogramm Programmabschnitte derart aufweist, dass alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm in der Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt wird. Die Datenverarbeitungseinrichtung 33 ist zum Einlesen und Ausführen der Programmabschnitte von einem computerlesbaren Medium 32 derart ausgebildet, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn die Programmabschnitte von der Datenverarbeitungseinrichtung 33 ausgeführt werden.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 weist eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 und eine erfindungsgemäße Streustrahlungskorrektureinrichtung 35 auf. Die fünfte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bildgebungsvorrichtung 1 insbesondere die Streustrahlungskorrektureinrichtung 35 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung aufweist und dass sowohl die Bildrekonstruktionseinrichtung 34 als auch die Streustrahlungskorrektureinrichtung 35 in Form von Software auf einem Prozessorsystem der Datenverarbeitungseinrichtung 33 realisiert sind.
In den 6 und 7 ist jeweils ein Computertomographie-Bild 41 bzw. 42 eines Phantoms 43 gezeigt, wobei das Phantom 43 Knochenstrukturen 44 und Wasser 45 aufweist. Beiden Computertomographie-Bildern 41, 42 liegt derselbe Projektionsdatensatz zu Grunde.
6 zeigt das Computertomographie-Bild 41, welches aus einem korrigierten Projektionsdatensatz rekonstruiert ist, der mit Hilfe eines herkömmlichen Verfahrens zur Streustrahlungskorrektur korrigiert ist. In dem Computertomographie-Bild 41 sind Streifen 46, die von den länglichen Kanten der Knochenstrukturen ausgehen, deutlich sichtbar. Die Erfinder haben erkannt, dass diese Streifen 46 durch Streustrahlung verursachte Artefakte sind. Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass diese Artefakte durch eine Ungleichförmigkeit des abzubildenden Bereichs bedingt sind. Unter der Ungleichförmigkeit des abzubildenden Bereichs können im Falle des Phantoms 43 insbesondere signifikante Unterschiede in den Materialeigenschaften, z. B. Dichte, Abschwächung und/oder Streuungsverhalten, der Knochenstrukturen 44 einerseits und des Wassers 45 andererseits, verstanden werden.
7 zeigt das Computertomographie-Bild 42, welches aus einem korrigierten Projektionsdatensatz rekonstruiert ist, der mit Hilfe des Verfahrens gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung korrigiert ist. Die von den Kanten der Knochenstrukturen 44 ausgehenden streifenförmigen Artefakte 47 sind gegenüber dem in 6 gezeigten Computertomographie-Bild 42 signifikant reduziert.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Die Formulierung, dass ein erster Wert in Abhängigkeit von einem zweiten Wert ausgewählt wird, schließt nicht aus, dass der erste Wert in Abhängigkeit von dem zweiten Wert und in Abhängigkeit von einem oder mehreren weiteren Werten ausgewählt wird. Der Begriff „Einheit“ schließt nicht aus, dass die „Einheit“ aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Streustrahlungskorrektureinrichtung sowie der beschriebenen Bildgebungsvorrichtung lediglich um Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist.
Literaturangaben

[OFK99] B. Ohnesorge, T. Flohr, K. Klingenbeck-Regn: "Efficient Object Scatter Correction Algorithm for Third and Fourth Generation CT Scanners". European Radiology. 9(3), 1999, Seiten 563–569.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006045722 B4 [0005, 0025]

Claims

Verfahren zur Streustrahlungskorrektur eines Projektionsdatensatzes, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bestimmen (DC) einer Unterschiedsinformation, wobei die Unterschiedsinformation einen Unterschied eines Werts eines Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu einem oder mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes betrifft, – Ermitteln (DW) eines Wichtungsdatensatzes, wobei ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird, – Ermitteln (DP) einer Primärstreustrahlungsverteilung basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz, wobei ein Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gewichtet wird, – Ermitteln (DS) einer Streustrahlungskorrekturverteilung basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern.
Verfahren nach Anspruch 1, – wobei eine Ableitung basierend auf dem Projektionsdatensatz bestimmt wird (DD), – wobei die Unterschiedsinformation basierend auf der Ableitung bestimmt wird (DC1).
Verfahren nach Anspruch 2, – wobei die Unterschiedsinformation basierend auf einer Faltung der Ableitung mit einem Rauschunterdrückungs-Faltungskern bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, – wobei die Ableitung basierend auf einem Projektionsprofil des Projektionsdatensatzes bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, – wobei der Projektionsdatensatz ein Sinogramm bildet, – wobei die Ableitung basierend auf einer Zeile des Sinogramms bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – wobei der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation und in Abhängigkeit von dem Wert des Pixels des Projektionsdatensatzes ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, – wobei ein Abschwächungs-Schwellwert festgelegt wird (T2), – wobei der Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Abschwächungs-Schwellwert verglichen wird (C2), – wobei der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird, wenn der Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes den Abschwächungs-Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – wobei ein Unterschieds-Schwellwert festgelegt wird (T1), – wobei ein erster Wichtungswert und ein zweiter Wichtungswert festgelegt werden (V1), – wobei ein Wert der Unterschiedsinformation mit dem Unterschieds-Schwellwert verglichen wird (C1), – wobei der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gleich dem ersten Wichtungswert ausgewählt wird, wenn der Wert der Unterschiedsinformation den Unterschieds-Schwellwert überschreitet (DW1), – wobei der Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gleich dem zweiten Wichtungswert ausgewählt wird, wenn der Wert der Unterschiedsinformation den Unterschieds-Schwellwert unterschreitet (DW2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, – wobei der Projektionsdatensatz ein Computertomographie-Projektionsdatensatz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen (PI) des Projektionsdatensatzes, – Ermitteln (CP) eines korrigierten Projektionsdatensatzes basierend auf dem Projektionsdatensatz und der Streustrahlungskorrekturverteilung, – Bereitstellen (PF) des korrigierten Projektionsdatensatzes.
Streustrahlungskorrektureinrichtung (35), aufweisend: – eine Unterschiedsinformations-Bestimmungseinheit (51), welche zum Bestimmen (DC) einer Unterschiedsinformation ausgebildet ist, wobei die Unterschiedsinformation einen Unterschied eines Werts eines Pixels des Projektionsdatensatzes relativ zu einem oder mehreren weiteren Pixeln des Projektionsdatensatzes betrifft, – eine Wichtungsdatensatz-Ermittlungseinheit (52), welche zum Ermitteln (DW) eines Wichtungsdatensatzes ausgebildet ist, wobei ein Wert eines Pixels des Wichtungsdatensatzes in Abhängigkeit von der Unterschiedsinformation ausgewählt wird, – eine Primärstreustrahlungsverteilungs-Ermittlungseinheit (53), welche zum Ermitteln (DP) einer Primärstreustrahlungsverteilung basierend auf dem Projektionsdatensatz und dem Wichtungsdatensatz ausgebildet ist, wobei ein Abschwächungswert des Pixels des Projektionsdatensatzes mit dem Wert des Pixels des Wichtungsdatensatzes gewichtet wird, – eine Streustrahlungskorrekturverteilungs-Ermittlungseinheit (54), welche zum Ermitteln (DS) eines Streustrahlungskorrekturwertes basierend auf einer Faltung der Primärstreustrahlungsverteilung mit einem Streustrahlungskorrektur-Faltungskern ausgebildet ist.
Streustrahlungskorrektureinrichtung (35) nach Anspruch 11, welche zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Bildgebungsvorrichtung (1), aufweisend eine Streustrahlungskorrektureinrichtung (35) nach Anspruch 11 oder 12.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung (31) einer Steuerungsvorrichtung (30) einer Bildgebungsvorrichtung (1) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungsvorrichtung (35) der Bildgebungsvorrichtung (1) ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium (32), auf welchem von einer Datenverarbeitungseinrichtung (33) einlesbare und ausführbare Programmabschnitte eines Computerprogramms gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Datenverarbeitungseinrichtung (33) ausgeführt werden.