DE102016219694A1

DE102016219694A1 - Verfahren zur Ermittlung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes durch eine Röntgeneinrichtung

Info

Publication number: DE102016219694A1
Application number: DE102016219694.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Brunner; Bernd Schreiber
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-12
Also published as: US10357208B2; CN107913077B; CN107913077A; US20180098740A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes durch eine Röntgeneinrichtung (1), wobei Projektionsbilder (9, 11, 12) eines Untersuchungsobjekts (2) aus mehreren Aufnahmewinkeln aufgenommen werden, wonach aus den Projektionsbildern (9, 11, 12) der Bilddatensatz rekonstruiert wird, wobei für ein untersuchtes Projektionsbild (9, 11, 12) oder mehrere untersuchte Projektionsbilder (9, 11, 12) jeweils eine Störbedingung ausgewertet wird, deren Erfüllung von zumindest Teilen der Bilddaten des oder des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes (9, 11, 12) und/oder von wenigstens einem Parameter der Strahlenquelle (3) bei der Aufnahme des oder des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes (9, 11, 12) abhängt und anzeigt, dass es sich bei dem oder dem jeweiligen untersuchten Projektionsbild (9, 11, 12) um ein gestörtes Projektionsbild (11) handelt, bei dessen Aufnahme eine Lichtbogenbildung in der Strahlenquelle (3) aufgetreten ist, wonach das gestörte Projektionsbild (11) oder die gestörten Projektionsbilder (11) entweder bei der Ermittlung des Bilddatensatzes unberücksichtigt bleibt oder bleiben oder geringer gewichtet wird oder werden als alle ungestörten Projektionsbilder (12) oder durch ein oder ein jeweiliges synthetisches Projektionsbild (16, 20) ersetzt wird oder werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes durch eine Röntgeneinrichtung, wobei Projektionsbilder eines Untersuchungsobjekts aus mehreren Aufnahmewinkeln aufgenommen werden, deren Bilddaten erfasste Strahlungsintensitäten oder hieraus ermittelte Abschwächungen einer durch eine Strahlenquelle der Röntgeneinrichtung eingestrahlten Röntgenstrahlung für mehrere Bildpunkte beschreiben, wonach aus den Projektionsbildern der Bilddatensatz rekonstruiert wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Röntgeneinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
Es ist bekannt, eine Mehrzahl von durch eine Röntgeneinrichtung aufgenommenen Projektionsbildern zu nutzen, um hieraus einen dreidimensionalen Bilddatensatz zu rekonstruieren. Dieser Ansatz wird beispielsweise in Computertomographen genutzt, in denen eine Strahlenquelle und ein Strahlendetektor mithilfe einer Gantry um ein Untersuchungsobjekt rotiert werden können, um dieses aus mehreren Aufnahmewinkeln zu erfassen. Es werden, insbesondere im Bereich der medizinischen Bildgebung, auch sogenannte C-Bogen-Röntgeneinrichtungen genutzt, bei denen der Röntgendetektor und die Röntgenquelle durch einen C-förmigen Träger gehaltert sind, der rotiert und/oder bewegt werden kann, um eine Aufnahmeperspektive zu ändern.
Zur Bereitstellung der Röntgenstrahlung wird üblicherweise eine Röntgenröhre als Strahlenquelle genutzt. Hierbei ist es möglich, dass in der Röntgenröhre eine vorübergehende Lichtbogenbildung auftritt, das heißt, dass die Röntgenröhre für einen kurzen Moment kurzgeschlossen wird. Während dieses Kurschlusses bricht die Intensität der bereitgestellten Röntgenstrahlung vorübergehend ein. Dies führt bei einer zweidimensionalen Röntgenaufnahme typischerweise zu einer Unterbelichtung der Aufnahme. Sollen dreidimensionale Bilddatensätze aus mehreren Projektionsbildern generiert werden, ist diese Lichtbogenbildung aus zwei Gründen besonders problematisch. Einerseits werden hierbei eine Vielzahl von Projektionsbildern mit üblicherweise relativ kurzen Belichtungszeiten aufgenommen. Hierdurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass im Rahmen der Datenerfassung eine Lichtbogenbildung auftritt und der Einfluss dieser Lichtbogenbildung auf das einzelne Projektionsbild ist relativ stark. Andererseits werden im Rahmen der Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes die Daten der Projektionsbilder kombiniert. Dies führt dazu, dass Über- oder Unterbelichtungen einzelner Projektionsbilder nicht zu einer homogenen, den Gesamtdatensatz betreffenden Kontraständerung führen, sondern typischerweise zu einer Streifenbildung, das heißt zu Kontrastsprüngen innerhalb des Bilddatensatzes. Diese können die Interpretation des Bilddatensatzes erheblich erschweren.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Bildartefakte in dreidimensionalen, mithilfe einer Röntgeneinrichtung erfassten Bilddatensätzen aufgrund einer Lichtbogenbildung zu reduzieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei für ein untersuchtes Projektionsbild oder mehrere untersuchte Projektionsbilder jeweils eine Störbedingung ausgewertet wird, deren Erfüllung von zumindest Teilen der Bilddaten des oder des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes und/oder von wenigstens einem Parameter der Strahlenquelle bei der Aufnahme des oder des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes abhängt und anzeigt, dass es sich bei dem oder dem jeweiligen untersuchten Projektionsbild um ein gestörtes Projektionsbild handelt, bei dessen Aufnahme eine Lichtbogenbildung in der Strahlenquelle aufgetreten ist, wonach das gestörte Projektionsbild oder die gestörten Projektionsbilder entweder bei der Ermittlung des Bilddatensatzes unberücksichtigt bleibt oder bleiben oder geringer gewichtet wird oder werden als alle ungestörten Projektionsbilder, für die die Störbedingung nicht erfüllt wird, oder durch ein oder ein jeweiliges synthetisches Projektionsbild ersetzt wird oder werden, das in Abhängigkeit von zumindest Teilen der Bilddaten des oder des jeweiligen gestörten Projektionsbildes und wenigstens eines weiteren der Projektionsbilder generiert wird.
Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, zu überprüfen, ob die Bilddaten bzw. die Parameter der Strahlenquelle bei der Aufnahme eines Projektionsbildes darauf hinweisen, dass während der Aufnahme dieses Projektionsbildes eine Lichtbogenbildung in der Strahlenquelle aufgetreten ist. In diesem Fall sollen die resultierenden Artefakte verringert werden. Dies kann im erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht werden, dass ein derart gestörtes Projektionsbild im Rahmen der Rekonstruktion nicht berücksichtigt oder geringer gewichtet wird. Alternativ können entsprechende Artefakte auch verringert werden, in dem statt dem gestörten Projektionsbild ein synthetisches Projektionsbild verwendet wird, das sowohl von dem gestörten Projektionsbild als auch von wenigstens einem weiteren der Projektionsbilder abhängt. Dies ist, wie später detailliert erläutert wird, insbesondere im Rahmen einer iterativen Rekonstruktion möglich, bei der zunächst ein Hilfsdatensatz unter Berücksichtigung der gestörten Projektionsbilder rekonstruiert wird, wonach die gestörten Projektionsbilder bei der endgültigen Rekonstruktion durch aus diesem Hilfsdatensatz gewonnene synthetische Projektionsbilder ersetzt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Artefakte aufgrund einer Lichtbogenbildung während der Aufnahme wenigstens eines der Projektionsbilder erheblich reduziert und unter Umständen sogar vollständig eliminiert werden. Insbesondere wird eine Bildung von streifenartigen Störungen verringert oder verhindert, was die Auswertung des Bilddatensatzes erheblich erleichtern kann.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Störbedingung vorzugsweise für jedes der Projektionsbilder ausgewertet. Es ist jedoch auch möglich, dass sie nur für eine Untergruppe der Projektionsbilder ausgewertet wird. Als Röntgeneinrichtung können insbesondere eine C-Bogen-Röntgeneinrichtung oder ein Computertomograph genutzt werden.
Typische Rekonstruktionsverfahren zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes aus den Projektionsbildern beruhen darauf, dass für jeden Bildpunkt oder für Gruppen von Bildpunkten der Projektionsbilder jeweils eine Abschwächung der durch die Strahlenquelle eingestrahlten Röntgenstrahlung durch das Untersuchungsobjekt bzw. weitere im Strahl befindliche Objekte ermittelt wird. Diese Abschwächung hängt von einem Verhältnis der eingestrahlten Intensität I₀ zu der erfassten Intensität I ab. Die eingestrahlte Intensität I₀ kann durch einen separaten Detektor erfasst werden, was beispielsweise bei Computertomographen üblich ist. Es ist jedoch auch möglich, diese Größe abzuschätzen, indem elektrische Parameter der Strahlenquelle und/oder erfasste Intensitäten von Bildpunkten, bei denen erwartet wird, dass sich kein Objekt im Strahlengang befindet, ausgewertet werden. Die Abschwächung kann insbesondere auf einer logarithmischen Skala ermittelt werden und beispielsweise als Logarithmus des Verhältnisses von I₀ zu I ermittelt werden. Diese Darstellung ist im Rahmen der Rekonstruktion vorteilhaft, da eine so beschriebene Abschwächung als Linienintegral über eine differentielle Abschwächung entlang des Pfades der Röntgenstrahlung betrachtet werden kann. Somit können die Abschwächungen für die einzelnen Bildpunkte als Radon-Transformation des dreidimensionalen Bilddatensatzes betrachtet werden. Dieses Vorgehen ist aus dem Stand der Technik bekannt und soll nicht detailliert erläutert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders einfach implementierbar, wenn die Strahlenquelle selbst eine Lichtbogenbildung erkennt. Eine entsprechende Information kann dann beispielsweise über eine separate Signalleitung oder als Nachricht im Rahmen eines Kommunikationsprotokolls an eine Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung bereitgestellt werden. Das Auftreten eines entsprechenden Signals kann als der Parameter der Strahlenquelle berücksichtigt werden. Im einfachsten Fall kann die Störbedingung für ein Projektionsbild genau dann erfüllt sein, wenn während der Aufnahme dieses Projektionsbilds eine Lichtbogenbildung durch die Strahlenquelle erkannt und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung bereitgestellt wurde. Eine Erkennung einer Lichtbogenbildung innerhalb der Strahlenquelle kann beispielsweise durch eine Überwachung der Impedanz der Strahlenquelle erreicht werden.
Ist keine Erkennung der Lichtbogenbildung durch die Strahlenquelle selbst vorgesehen, oder soll diese validiert werden, ist es zweckmäßig, eine Lichtbogenbildung wie im Folgenden erläutert dadurch zu erkennen, dass die einzelnen Projektionsbilder und/oder wenigstens ein anderer Parameter der Strahlenquelle ausgewertet werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, dass gemäß einer vorgegebenen Rechenvorschrift eine jeweilige Vergleichsgröße für die Projektionsbilder berechnet wird, wonach die Erfüllung der Störbedingung für das oder das jeweilige untersuchte Projektionsbild von einer oder einer jeweiligen Differenz zwischen der Vergleichsgröße dieses untersuchten Projektionsbildes und der Vergleichsgröße wenigstens eines anderen der Projektionsbilder abhängt. Die Störbedingung kann in diesem Fall insbesondere die Differenz mit einem Grenzwert vergleichen und die Störbedingung oder eine Teilbedingung der Störbedingung kann erfüllt sein, wenn die Differenz den Grenzwert überschreitet. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass sich bestimmte Vergleichsgrößen der Projektionsbilder, die im Folgenden noch detailliert erläutert werden, voraussichtlich insbesondere zwischen zeitlich und/oder bezüglich ihres Aufnahmewinkels benachbarten Projektionsbildern nur geringfügig ändern. Weicht eine Vergleichsgröße für ein Projektionsbild stark von den entsprechenden Vergleichsgrößen des oder der benachbarten Projektionsbilder ab, weist dies auf eine Störung der Aufnahme des Projektionsbildes durch eine Lichtbogenbildung hin.
Die jeweilige Vergleichsgröße kann von einer Summe der Bilddaten aller Bildpunkte oder einer Untergruppe der Bildpunkte des jeweiligen Projektionsbildes und/oder von einer Summe von für jeden dieser Bildpunkte in Abhängigkeit der Bilddaten des jeweiligen Bildpunktes ermittelten abgeleiteten Größen abhängen. Eine Auswertung der Summe aller Bildpunkte entspricht beispielsweise, abgesehen von einem Skalierungsfaktor, einem Vergleich der durchschnittlichen Strahlungsintensitäten bzw. Abschwächungen für die Projektionsbilder.
Wie eingangs erläutert führt eine Lichtbogenbildung zu einer reduzierten Strahlungsintensität während der Aufnahme des jeweiligen Projektionsbildes. Somit wird ein geringerer Durchschnittswert der Strahlungsintensitäten und somit der Summe der Strahlungsintensitäten der einzelnen Bildpunkte erwartet, wenn eine Lichtbogenbildung auftritt. Sowohl im Falle einer Auswertung der Abschwächung als auch in dem Fall, dass die Strahlungsintensität der Röntgenstrahlung durch eine Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung gesteuert oder geregelt wird, können sich komplexere Zusammenhänge ergeben.
Wird beispielsweise, wie eingangs erläutert, eine Abschwächung ermittelt, so hängt diese von dem Verhältnis der eingestrahlten Strahlungsintensität und der erfassten Strahlungsintensität ab. Werden beide dieser Größen korrekt erfasst, so bleibt dieses Verhältnis bei einer Reduzierung der eingestrahlten Strahlungsintensität aufgrund einer Lichtbogenbildung bei einem idealen Detektor im Wesentlichen konstant. Aufgrund eines Rauschsignals eines realen Detektors resultiert jedoch typischerweise ein deutlich geringerer Kontrast. Dies kann dazu führen, dass zu niedrige Abschwächungen ermittelt werden. In diesem Fall kann die Summation auf jene Bildpunkte eingeschränkt werden, für die starke Änderungen erwartet werden, das heißt auf Bildpunkte, für die eine starke Abschwächung erwartet wird.
Daher ist es im erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, die erläuterte Summe nur über eine Untergruppe der Bildpunkte zu berechnen, die nahe an der Mitte des jeweiligen Projektionsbildes liegen. Insbesondere kann eine Summation über einen zentralen rechteckigen Bereich mit einer Seitenlänge von beispielsweise einigen 10 oder einigen 100 Bildpunkten erfolgen.
Um eine Steuerung oder Regelung der Strahlungsintensität zu berücksichtigen, ist es möglich, dass entsprechende Steuer- bzw. Regelgrößen erfasst werden, wonach die Summe und/oder die Bilddaten der einzelnen Bildpunkte in Abhängigkeit dieser Größen skaliert werden können. Zudem ist es möglich, dass die Bilddaten vor der Summenbildung vorverarbeitet werden, beispielsweise indem Abschwächungen aus Strahlungsintensitäten ermittelt werden oder umgekehrt.
Ergänzend oder alternativ zu den Bilddaten können Parameter der Strahlenquelle ausgewertet werden. Als Parameter der Strahlenquelle können eine Beschleunigungsspannung und/oder ein Betriebsstrom und/oder eine Pulsdauer und/oder eine abgestrahlte Strahlungsintensität der Strahlenquelle während der Erfassung des jeweiligen Projektionsbildes erfasst werden. Die abgestrahlte Strahlungsintensität kann, wie bereits erläutert, vorzugsweise durch einen separaten Strahlungsdetektor erfasst werden. Prinzipiell wäre es auch möglich, bei bestimmten Bildpunkten davon auszugehen, dass in keinem der Projektionsbilder eine Abschwächung der Röntgenstrahlung für diese Bildpunkte erfolgte, womit die Strahlungsintensität auch aus den Projektionsbildern selbst ermittelt werden könnte.
Im einfachsten Fall kann jeweils ein Parameter der Strahlenquelle separat mit einem jeweiligen Grenzwert verglichen werden, um zu ermitteln, ob die Störbedingung oder eine Teilbedingung der Störbedingung erfüllt ist. Die einzelnen Teilbedingungen der Störbedingung können logisch verknüpft sein, so dass die Störbedingung beispielsweise immer erfüllt sein kann, wenn wenigstens eine der Teilbedingungen erfüllt ist, oder nur dann erfüllt ist, wenn alle Teilbedingungen erfüllt sind. Selbstverständlich sind auch komplexere Verknüpfungen möglich.
Die genannten Parameter der Strahlenquelle können auch dadurch beeinflusst werden, dass die Strahlungsintensität der Strahlenquelle gesteuert oder geregelt wird, beispielsweise um stets einen bestimmten Mindestkontrast zu erreichen. Vorzugsweise wird eine entsprechende Steuerung oder Regelung im Rahmen der Auswertung der Parameter berücksichtigt, indem die Parameter beispielsweise vor einem Grenzwertvergleich skaliert oder mit einem Offset versehen werden. Es ist auch möglich, dass die Störbedingung bzw. eine Teilbedingung der Störbedingung von einer insbesondere gewichteten Summe der Parameter abhängt.
Die Erfüllung der Störbedingung für das oder das jeweilige untersuchte Projektionsbild kann auch von einer Differenz zwischen dem Parameter der Strahlenquelle zur Aufnahme des oder des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes und zur Aufnahme wenigstens eines anderen der Projektionsbilder abhängen. Anders ausgedrückt können nicht nur die Werte der Parameter bei der Aufnahme eines jeweiligen untersuchten Projektionsbildes für sich betrachtet berücksichtigt werden, sondern ergänzend oder alternativ auch die Veränderung dieser Parameter zwischen einzelnen Projektionsbildern. Hierdurch können plötzliche Sprünge von Parameterwerten erkannt werden. Die Störbedingung bzw. eine Teilbedingung der Störbedingung kann dann erfüllt sein, wenn eine entsprechende Differenz einen vorgegebenen Grenzwert für die Differenz überschreitet. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, gewichtete Summen der Differenzen für verschiedene der Parameter auszuwerten.
Als das andere Projektionsbild, das zur Bestimmung der Differenz zwischen den Parametern der Strahlungsquelle bzw. zum Vergleich der Vergleichsgrößen herangezogen wird, oder als wenigstens eines dieser anderen Projektionsbilder kann ein Projektionsbild verwendet werden, das bezüglich des Aufnahmewinkels und/oder der Aufnahmezeit zu dem oder dem jeweiligen untersuchten Projektionsbild benachbart ist. Eine Auswertung von zeitlich aufeinander folgenden, also bezüglich ihrer Aufnahmezeit benachbarten Projektionsbildern ermöglich es, Sprünge im zeitlichen Verlauf des wenigstens einen Parameters bzw. des Vergleichswerts leicht zu erkennen. Andererseits sind Projektionsbilder, die in zueinander benachbarten Aufnahmewinkeln aufgenommen wurden, typischerweise besonders ähnlich, wodurch Abweichungen aufgrund einer Lichtbogenbildung besonders leicht erkennbar sind. Werden die Projektionsbilder, wie dies im Rahmen der Computertomographie häufig der Fall ist, derart aufgenommen, dass Projektionsbilder zu benachbarten Aufnahmewinkeln zu benachbarten Aufnahmezeiten erfasst werden, können leicht beide genannten Bedingungen erfüllt werden. Insbesondere können als andere Projektionsbilder wenigstens ein bezüglich der Aufnahmezeit und/oder des Aufnahmewinkels unmittelbar vor und ein unmittelbar nach dem untersuchten Projektionsbild aufgenommenes Projektionsbild verwendet werden.
Wie bereits erwähnt kann es in dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Umständen schwierig sein, zwischen einem Intensitätseinbruch der Röntgenstrahlung aufgrund einer Lichtbogenbildung und aufgrund einer automatischen Regelung der Intensität, beispielsweise um eine Intensität in Abhängigkeit von Eigenschaften eines Untersuchungsobjekts anzupassen, zu unterscheiden. Es ist daher möglich, dass wenigstens ein Steuerparameter einer automatisierten Intensitätssteuerung der Strahlenquelle erfasst wird, wobei die Erfüllung der Störbedingung von dem Steuerparameter für das oder das jeweilige untersuchte Projektionsbild abhängt. Bei der Steuerung kann es sich insbesondere um eine Regelung handeln. Hierdurch können die aufgrund der Intensitätssteuerung zu erwartenden Änderungen der Bilddaten bzw. der Parameter der Strahlenquelle im Rahmen der Auswertung der Störbedingung zumindest teilweise kompensiert werden, wodurch es leichter ist, Änderungen der entsprechenden Größen aufgrund einer Lichtbogenbildung zu erkennen. Können derartige Steuerparameter einer genutzten automatisierten Intensitätssteuerung nicht ausgewertet werden, kann das erfindungsgemäße Verfahren dennoch genutzt werden, indem ausreichend große Grenzwerte für Veränderungen der Parameter bzw. der Bilddaten genutzt werden, wodurch die Störbedingung durch normale Intensitätssteuerreingriffe nicht ausgelöst wird.
Nach der obig erläuterten Erkennung von gestörten Projektionsbildern kann auf diese Störungen verschieden reagiert werden, um Artefakte im dreidimensionalen Bilddatensatz zu reduzieren. Eine Möglichkeit hierfür ist es, dass zunächst in Abhängigkeit aller Projektionsbilder oder ausschließlich der ungestörten Projektionsbilder ein dreidimensionaler Hilfsdatensatz rekonstruiert wird, wonach aus dem Hilfsdatensatz ein oder ein jeweiliges synthetisches Projektionsbild berechnet wird, dass das oder das jeweilige gestörte Projektionsbild im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes ersetzt. Es wird somit ein iterativer Ansatz genutzt, bei dem zunächst eine Rekonstruktion durchgeführt wird, das Rekonstruktionsergebnis zur Bereitstellung des synthetischen Projektionsbildes genutzt wird und anschließend erneut rekonstruiert wird. Dieser iterative Vorgang kann auch mehrfach durchgeführt werden.
Durch dieses Vorgehen wird letztlich der Einfluss der gestörten Projektionsbilder auf den rekonstruierten Bilddatensatz reduziert, wodurch auch aus der Störung des Projektionsbildes resultierende Artefakte reduziert werden können. Werden zur Rekonstruktion alle Projektionsbilder genutzt, so ist das synthetische Projektionsbild von den Bilddaten des gestörten Projektionsbildes sowie von zumindest Teilen der Bilddaten weiterer Projektionsbilder abhängig. Werden ausschließlich jener Projektionsbilder zur Rekonstruktion des Hilfsdatensatzes genutzt, für die die Störbedingung nicht erfüllt ist, so bleiben die gestörten Projektionsbilder bei der Ermittlung des Bilddatensatzes unberücksichtigt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes oder des Hilfsdatensatzes Bilddaten der verschiedenen Projektionsbilder unterschiedlich gewichtet werden, wobei die Gewichtung der Bilddaten wenigstens eines der Projektionsbilder davon abhängt, ob ein bezüglich des Aufnahmewinkels und/oder der Aufnahmezeit zu diesem Projektionsbild benachbartes Projektionsbild das gestörte Projektionsbild oder eines der gestörten Projektionsbilder ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn dieses gestörte Projektionsbild bei der Ermittlung des Bilddatensatzes unberücksichtigt bleibt oder geringer gewichtet wird als die ungestörten Projektionsbilder. Dieser Ansatz zur Artefaktreduzierung kann häufig besonders einfach implementierbar sein, da in vielen Rekonstruktionsverfahren die einzelnen Projektionsbilder ohnehin, insbesondere in Abhängigkeit des Aufnahmewinkels, unterschiedlich gewichtet werden. Eine zusätzliche Änderung der Gewichtung von zu gestörten Projektionsbildern benachbarten Projektionsbildern bzw. der gestörten Projektionsbilder selbst ist somit leicht zu ergänzen.
Anstelle des oder des jeweiligen gestörten Projektionsbilds kann im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes oder des Hilfsdatensatzes ein oder ein jeweiliges synthetisches Projektionsbild genutzt werden, das in Abhängigkeit der Bilddaten wenigstens eines bezüglich des Aufnahmewinkels und/oder der Aufnahmezeit zu diesem gestörten Projektionsbild nächstbenachbarten ungestörten Projektionsbildes berechnet wird. Insbesondere können die beiden nächstbenachbarten ungestörten Projektionsbilder, die zeitlich bzw. bezüglich des Aufnahmewinkels vor und nach dem gestörten Projektionsbild erfasst werden, genutzt werden, um das synthetische Projektionsbild zu generieren. Insbesondere kann bildpunktweise eine insbesondere gewichtete Summe der Bildpunkte der ungestörten Projektionsbilder berechnet werden, um das synthetische Projektionsbild zu generieren. Sind die ungestörten Projektionsbilder bezüglich des Aufnahmewinkels bzw. der Aufnahmezeit gleichweit von dem gestörten Projektionsbild entfernt, kann für jeden Bildpunkt der Durchschnittswert der Bilddaten der entsprechenden Bildpunkte in den ungestörten Projektionsbildern berechnet werden. Es ist auch möglich, die Bildpunkte der benachbarten ungestörten Projektionsbilder in Abhängigkeit davon zu gewichten, wie stark sich der Aufnahmewinkel bzw. die Aufnahmezeit des ungestörten jeweiligen Projektionsbildes von den entsprechenden Größen des gestörten Projektionsbildes unterscheiden. Das synthetische Projektionsbild kann als Interpolation der ungestörten nächstbenachbarten Projektionsbilder betrachtet werden, die das gestörte Projektionsbild ersetzt.
Eine entsprechende Interpolation kann auch für einzelne Bildpunkte im dreidimensionalen Radon-Raum erfolgen. Im Gegensatz zu dem vorangehenden Vorgehen, bei dem die Interpolation auf Basis der Projektionsbilder durchgeführt wird, können bei einer Interpolation im Radon-Raum je nach zu ersetzendem Bildpunkt Bildpunkte aus verschiedenen Projektionsbildern bzw. von verschiedenen Position in den einzelnen Projektionsbildern gewählt werden, um die Bilddaten zu ersetzen bzw. um im Rahmen einer gewichteten Summe berücksichtigt zu werden, die die Bilddaten des Bildpunktes ersetzt. Werden entsprechende Summen berechnet, ist es auch möglich, dass sich die genutzten Gewichtungsfaktoren für unterschiedliche Bildpunkte im gestörten Projektionsbild voneinander unterscheiden.
Es ist möglich, dass ein Maß für den Abstand zweier jeweiliger Bildpunkte der verschiedenen Projektionsbilder vorgegeben wird, dass von der jeweiligen Position der Bildpunkte in den jeweiligen Projektionsbildern und von den Aufnahmewinkeln der jeweiligen Projektionsbilder abhängt, wobei im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes oder des Hilfsdatensatzes anstatt der Bilddaten eines jeweiligen zu ersetzenden Bildpunktes des gestörten Projektionsbildes oder der gestörten Projektionsbilder ein ausgewählter Bildpunkt oder eine gewichtete Summe mehrerer ausgewählter Bildpunkte verwendet wird, wobei die Auswahl der ausgewählten Bildpunkte derart erfolgt, dass sie ungestörten Projektionsbildern angehören und dass das Maß für den Abstand zu dem zu ersetzenden Bildpunkt unter dieser Bedingung minimal ist. Das Maß kann insbesondere den Abstand dieser Bildpunkte im Radon-Raum beschreiben. Es kann sich hierbei um ein euklidisches Maß mit einer vorgegebenen Gewichtung des Winkels und der Position des Bildpunktes in dem jeweiligen Projektionsbild handeln. Dieses Maß kann ein Maß dafür darstellen, wie ähnlich die Integrationsgeraden, über die eine differentielle Abschwächung integriert wird, für die einzelnen Punkte sind. Für eine derartige Berechnung kann die Integrationsgerade als näherungsweise senkrecht auf dem Strahlendetektor stehend angenommen werden. Alternativ kann jedoch auch die Strahlengeometrie der Strahlenquelle berücksichtigt werden, beispielsweise wenn eine Strahlenquelle mit einem Fächerstrahl und ein ebener Detektor genutzt werden.
Werden mehrere ausgewählte Bildpunkte genutzt, können diese insbesondere unter der zusätzlichen Randbedingung ausgewählt werden, dass wenigstens einer dieser Bildpunkte einem bezüglich des Aufnahmewinkels oder des Aufnahmezeitpunkts vor und wenigstens einer der Bildpunkte einem bezüglich des Aufnahmewinkels oder des Aufnahmezeitpunkts nach dem gestörten Projektionsbild aufgenommenen ungestörten Projektionsbild angehören.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung eine Röntgeneinrichtung mit einer Strahlenquelle und einem Strahlendetektor, die durch eine Bewegungseinrichtung zur Einstellung eines Aufnahmewinkels bewegbar sind, sowie einer Steuereinrichtung, durch die die Strahlenquelle, der Strahlendetektor und die Bewegungseinrichtung zur Erfassung von Projektionsbildern eines Untersuchungsobjekts steuerbar sind, wobei durch die Steuereinrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung einer Röntgeneinrichtung ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung ausgeführt wird.
Ergänzend betrifft die Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Röntgeneinrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung,
2 ein Ablaufdiagramm zur Erfassung der Projektionsbilder und zur Erkennung gestörter Projektionsbilder in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 bis 5 Ablaufdiagramme zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus den erfassten Projektionsbildern für verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
6 einen Vergleich von Rekonstruktionsergebnissen eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Rekonstruktionsverfahrens gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 1, durch die Projektionsbilder eines Untersuchungsobjekts 2 aus mehreren Aufnahmewinkeln aufgenommen werden können. Eine Strahlenquelle 3 und ein Strahlendetektor 4 sind hierzu an einer Bewegungseinrichtung 5, die im Beispiel als C-Bogen dargestellt ist, befestigt. Alternativ könnte als Bewegungseinrichtung 5 beispielsweise auch eine Gantry eines Computertomographen dienen.
Durch eine Steuereinrichtung 6 ist die Bewegungseinrichtung 5 ansteuerbar, um die Strahlenquelle 3 und den Strahlendetektor 4 um eine Zentralachse 7 und somit um das Untersuchungsobjekt 2 zu rotieren und somit unterschiedliche Aufnahmewinkel zur Erfassung von Projektionsbildern einzustellen. Hierbei ist es möglich, dass bei einigen der Projektionsbilder in der Strahlenquelle 3, insbesondere in einer Röntgenröhre der Strahlenquelle, eine Lichtbogenbildung auftritt. Während dieser Lichtbogenbildung ist die Intensität der bereitgestellten Röntgenstrahlung reduziert. Dies führt für das einzelne Projektionsbild typischerweise zu einer Unterbelichtung und somit zu einer Kontrastreduktion.
Wird ein entsprechendes Projektionsbild im Rahmen einer Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes genutzt, führt dies bei der Nutzung üblicher Rekonstruktionsverfahren zu einer Streifenbildung, was die Auswertung der dreidimensionalen Bilddaten erheblich erschweren kann. Daher ist die Steuereinrichtung 6 dazu eingerichtet, die Bilddaten eines jeweiligen Projektionsbilds bzw. wenigstens einen Parameter der Strahlenquelle bei der Aufnahme des jeweiligen Projektionsbildes auszuwerten, um gestörte Projektionsbilder, bei denen eine Lichtbogenbildung auftrat, zu erkennen. Anschließend kann die Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes derart erfolgen, dass die gestörten Projektionsbilder bei der Ermittlung des dreidimensionalen Bilddatensatzes unberücksichtigt bleiben oder geringer gewichtet werden als alle ungestörten Projektionsbilder oder durch ein synthetisches Projektionsbild ersetzt werden, das in Abhängigkeit von zumindest Teilen der Bilddaten des jeweiligen gestörten Projektionsbildes und wenigstens eines weiteren der Projektionsbilder generiert wird.
Verschiedene Beispiele für eine Implementation eines derartigen durch die Steuereinrichtung 6 durchgeführten Verfahrens werden im Folgenden mit Bezug auf die 2 bis 5 erläutert, wobei 2 die Erfassung der Projektionsbilder und die Erkennung der gestörten Projektionsbilder betrifft und die 3 bis 5 verschiedene Möglichkeiten zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes betreffen.
Wie in 2 dargestellt werden in dem Verarbeitungsblock 8 zunächst eine Vielzahl von Projektionsbildern 9 des Untersuchungsobjekts 2 aus mehreren Aufnahmewinkeln aufgenommen. Hierzu steuert die Steuereinrichtung 6 jeweils die Bewegungseinrichtung 5 an, um den entsprechenden Aufnahmewinkel bezüglich der Zentralachse 7 einzustellen, wonach die Strahlenquelle 3 zur Aussendung eines oder mehrerer Röntgenpulse angesteuert wird und die Bilddaten des jeweiligen Projektionsbildes 9 über den Strahlendetektor 4, der ein Pixeldetektor ist, erfasst werden.
Nach der Erfassung der Projektionsbilder 9 wird im Verarbeitungsblock 10 für jedes der Projektionsbilder 9 überprüft, ob jeweils eine Störbedingung erfüllt ist. Diese Störbedingung wertet, wie später detailliert erläutert, zumindest Teile der Bilddaten des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes und/oder wenigstens einen Parameter der Strahlenquelle bei der Aufnahme des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes aus. Durch Auswertung der Störbedingung werden die Projektionsbilder 9 klassifiziert, wobei jene Projektionsbilder 9, für die Störbedingung erfüllt ist, als gestörte Projektionsbilder 11 klassifiziert werden, bei denen davon ausgegangen wird, dass während der Erfassung des jeweiligen Projektionsbildes eine Lichtbogenbildung in der Strahlenquelle 3 aufgetreten ist. Die verbleibenden Projektionsbilder 9 werden als ungestörte Projektionsbilder 12 klassifiziert.
Eine Erkennung der gestörten Projektionsbilder 11 in dem Verarbeitungsblock 10 kann auf vielfältige Weise erfolgen. Die im Folgenden erläuterten Erkennungsmethoden können jeweils separat voneinander genutzt werden, oder auch miteinander kombiniert werden, so dass die Störbedingung mehrere Teilbedingungen aufweisen kann, die logisch verknüpft sind. Es ist beispielsweise auch möglich, dass einige der im Folgenden erläuterten Grenzwertvergleiche kombiniert werden, indem aus einzelnen Größen, die auf eine Störung hinweisen könnten, eine gewichtete Summe gebildet wird, die mit einem gemeinsamen Grenzwert verglichen wird.
Eine Störbedingung kann besonders einfach ausgewertet werden, wenn die Strahlenquelle 3 selbst derart eingerichtet ist, dass sie eine Lichtbogenbildung in der Strahlenquelle erkennen kann. Beispielsweise können in der Strahlenquelle zur Erzeugung der Röntgenstrahlung genutzte Spannungen und Ströme ausgewertet werden, um eine Impedanz der Strahlenquelle bzw. einer genutzten Röntgenröhre zu erfassen. Wird beispielsweise erfasst, dass eine entsprechende Impedanz bzw. der Realteil dieser Impedanz einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, kann dies als Indiz für eine Lichtbogenbildung gewertet werden. Selbstverständlich können auch andere Erfassungsmöglichkeiten innerhalb der Strahlenquelle genutzt werden. Beispielsweise kann eine Lichtemission der Röntgenröhre erkannt werden oder Ähnliches. Liegt eine entsprechende Erkennung vor, kann die Strahlenquelle 3 über eine Signalleitung eine entsprechende Information an die Steuereinrichtung 6 bereitstellen, wobei die Störbedingung oder eine Teilbedingung der Störbedingung erfüllt ist, wenn ein entsprechendes Signal während der Aufnahme des Projektionsbildes vorliegt.
Ergänzend oder alternativ können durch die Steuereinrichtung 6 Parameter der Strahlenquelle, beispielsweise eine Beschleunigungsspannung, ein Betriebsstrom, eine Pulsdauer und/oder eine abgestrahlte Strahlungsintensität erfasst und ausgewertet werden. Da diese Parameter typischerweise von einer automatischen Intensitätsregelung für die Strahlungsintensität der Röntgenstrahlung abhängen, ist es zweckmäßig, auch wenigstens einen Parameter dieser Intensitätsregelung zu erfassen und im Rahmen der Auswertung der Störbedingung zu berücksichtigen. Beispielsweise können Grenzwerte angepasst werden und/oder die Parameter der Strahlenquelle können skaliert und/oder mit Offsets versehen werden.
Im einfachsten Fall ist es möglich, ausschließlich die Parameter der Strahlenquelle für genau das untersuchte Projektionsbild im Rahmen der Störbedingung auszuwerten, das heißt beispielsweise mit Grenzwerten zu vergleichen. Eine zuverlässigere Erkennung von Lichtbogenbildungen ist jedoch typischerweise möglich, wenn eine Differenz zwischen dem jeweiligen Parameter der Strahlenquelle zur Aufnahme des jeweilig untersuchten Projektionsbildes und zur Aufnahme wenigstens eines anderen der Projektionsbilder, das insbesondere bezüglich des Aufnahmewinkels und/oder der Aufnahmezeit zu dem untersuchten Projektionsbild benachbart ist, ausgewertet wird. Hierdurch können Sprünge in den Parametern der Strahlenquelle erkannt werden, die auf eine Lichtbogenbildung hindeuten.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Bilddaten des jeweils untersuchten Projektionsbildes selbst zu untersuchen. Hierbei ist es möglich, dass unmittelbar erfasste Strahlungsintensitäten ausgewertet werden. Vorzugsweise werden jedoch aus diesen Strahlungsintensitäten ermittelte Abschwächungen ausgewertet. Entsprechende Abschwächungen können vorzugsweise als Logarithmus des Quotienten der von der Strahlenquelle abgestrahlten Strahlungsintensität und der im jeweiligen Bildpunkt erfassten Strahlungsintensität berechnet werden. Entsprechende Abschwächungen sind im Rahmen der Rekonstruktion besonders einfach weiterzuverarbeiten, da sie einem Linienintegral entlang des Strahlengangs der Röntgenstrahlung über jeweilige differentielle Abschwächungen durch das Untersuchungsobjekt bzw. durch andere Objekte im Strahlgang entsprechen.
Werden Strahlungsintensitäten ausgewertet, so führt eine reduzierte eingestrahlte Strahlungsintensität notwendigerweise dazu, dass die erfassten Strahlungsintensitäten für alle Bildpunkte des jeweiligen Projektionsbildes reduziert werden. Die Störbedingung kann somit von einer insbesondere gewichteten Summe der erfassten Strahlungsintensitäten aller Bildpunkte des Projektionsbildes oder von zumindest Teilen der Bildpunkte abhängen. Diese gewichtete Summe kann direkt mit einem Grenzwert verglichen werden, vorzugsweise wird jedoch eine Differenz aus dieser Summe und einer entsprechenden Summe, also einer Vergleichsgröße, eines oder mehrerer bezüglich des Aufnahmewinkels oder der Aufnahmezeit benachbarter Projektionsbilder berechnet und mit einem Grenzwert verglichen, um Sprünge in der erfassten Intensität zu erkennen.
Werden Abschwächungen erfasst, so würde eine Reduzierung der eingestrahlten Strahlungsintensität aufgrund eines Lichtbogens im Idealfall zu keiner Veränderung der Messdaten führen. In realen Röntgeneinrichtungen führt eine Verringerung der Strahlungsintensität, jedoch insbesondere aufgrund eines Detektorrauschens und/oder einer Minimalempfindlichkeit des Detektors, zu einer Verringerung des Bildkontrastes der Projektionsbilder. Hieraus resultiert typischerweise, dass für stark abgeschwächte Röntgenstrahlen eine zu geringe Abschwächung ermittelt wird.
Es ist somit wiederum möglich, eine insbesondere gewichtete Summe über alle Bildpunkte oder zumindest Teile der Bildpunkte des untersuchten Projektionsbildes zu berechnen und im Rahmen der Störbedingung auszuwerten. Wie vorangehend erläutert ist ein direkter Vergleich mit einem Grenzwert möglich, vorzugsweise wird jedoch eine Differenz zu einer entsprechenden Summe benachbarter Projektionsbilder berechnet.
Da sich die erfassten Abschwächungen bei einer Lichtbogenbildung insbesondere in jenen Bereichen ändern, in denen eine starke Abschwächung erwartet wird, ist es vorteilhaft, in einer derartigen Summe insbesondere oder ausschließlich jene Bildpunkte zu berücksichtigen, an denen eine starke Abschwächung erwartet wird, beispielsweise Bildpunkte im Zentrum des jeweiligen Projektionsbildes.
Auch die Bilddaten der Projektionsbilder können im Falle einer automatischen Intensitätsregelung für die Strahlenquelle von dieser beeinflusst werden, weshalb es, wie zur Auswertung der Parameter der Strahlenquelle erläutert, auch zweckmäßig ist, Parameter dieser automatischen Regelung bei der Auswertung der Bilddaten im Rahmen der Störbedingung zu berücksichtigen.
Nach der mit Bezug auf 2 erläuterten Erkennung der gestörten Projektionsbilder soll nun der dreidimensionale Bilddatensatz rekonstruiert werden, wobei eine Artefaktbildung aufgrund der gestörten Projektionsbilder 11 soweit möglich vermieden werden soll. Verschiedene Möglichkeiten hierfür werden in den 3 bis 5 dargestellt.
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes im Verarbeitungsblock 13 ausschließlich in Abhängigkeit der ungestörten Projektionsbilder 12, das heißt unabhängig von den Bilddaten der gestörten Projektionsbilder 11. Um die Nichtberücksichtigung der gestörten Projektionsbilder 11 im Rahmen der Rekonstruktion zu kompensieren, werden die Gewichtungsfaktoren g₁, g₂, usw., mit denen die Bilddaten der ungestörten Projektionsbilder 12 im Rahmen der Rekonstruktion gewichtet werden, in dem Verarbeitungsblock 14 in Abhängigkeit davon ermittelt, ob ein bezüglich des Aufnahmewinkels bzw. der Aufnahmezeit zu dem jeweiligen ungestörten Projektionsbild 12 benachbartes Projektionsbild ein gestörtes Projektionsbild 11 ist. Demnach können die Gewichtungsfaktoren der Bilddaten jener ungestörten Projektionsbilder 12 erhöht werden, die benachbart zu gestörten Projektionsbildern 11 liegen, womit das Nichtberücksichtigen der gestörten Projektionsbilder 11 weitgehend kompensiert werden kann.
Das beschriebene Vorgehen ist besonders leicht in übliche Rekonstruktionsmethoden integrierbar, da in diesen häufig ohnehin eine insbesondere aufnahmewinkelabhängige Gewichtung der Bilddaten einzelner Projektionsbilder vorgesehen ist. Dieses Vorgehen kann leicht wie oben erläutert modifiziert werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die gestörten Projektionsbilder im Rahmen der Rekonstruktion nicht vollständig unberücksichtigt zu lassen, sondern nur die ihnen zugeordneten Gewichtungsfaktoren gegenüber der Gewichtungsfaktoren der ungestörten Projektionsbilder zu reduzieren.
Einen alternativen Ansatz zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Bilddaten zeigt 4. Hierbei werden alle gestörten Projektionsbilder 11 in dem Verarbeitungsblock 15 durch synthetische Projektionsbilder 16 ersetzt. Vorzugsweise werden die synthetischen Projektionsbilder 16 vollständig unabhängig von den gestörten Projektionsbildern 11 generiert, indem Bilddaten für die einzelnen Bildpunkte der synthetischen Projektionsbilder 16 jeweils aus Bilddaten zeitlich oder bezüglich des Aufnahmewinkels zu dem jeweiligen gestörten Projektionsbild benachbarter ungestörter Projektionsbilder 12 berechnet werden.
Sind beide Projektionsbilder, die zu einem gestörten Projektionsbild 11 benachbart sind, ungestörte Projektionsbilder 12, so kann für jeden Bildpunkt des synthetischen Projektionsbilds 16 ein Durchschnitt aus den Bilddaten der entsprechenden Bildpunkte der benachbarten ungestörten Projektionsbilder berechnet werden. Wird für mehrere benachbarte Projektionsbilder ermittelt, dass es sich um gestörte Projektionsbilder 11 handelt, ist es auch möglich, dass ein gestörtes Projektionsbild 11, das durch ein synthetisches Projektionsbild 16 ersetzt werden soll, von seinen bezüglich des Aufnahmewinkels bzw. der Aufnahmezeit nächst benachbarten ungestörten Projektionsbildern 12 unterschiedlich weit beabstandet ist. Dies kann dadurch berücksichtigt werden, dass die Bildpunkte des synthetischen Projektionsbildes 16 als eine gewichtete Summe der entsprechenden Bilddaten der benachbarten ungestörten Projektionsbilder 12 berechnet werden, wobei die Gewichtung der einzelnen Projektionsbilder insbesondere umgekehrt proportional zu dem zeitlichen Abstand bzw. zu dem Winkelabstand ist.
Die Rekonstruktion der dreidimensionalen Bilddaten im Verarbeitungsblock 17 kann erfolgen, wie dies im Stand der Technik üblich ist, wobei jedoch statt der gestörten Projektionsbilder 11 ein jeweiliges synthetisches Projektionsbild 16 genutzt wird.
In einer Ausführungsvariante des zu 4 beschriebenen Vorgehen wäre es auch möglich, dass die einzelnen synthetischen Projektionsbilder 16 nicht vollständig unabhängig von dem jeweilig gestörten Projektionsbild 11 berechnet werden, sondern dass die Bilddaten des entsprechenden Projektionsbildes 11 beispielsweise im Rahmen einer gewichteten Summe für die einzelnen Bildpunkte des synthetischen Projektionsbildes 16 mitberücksichtigt werden.
In dem mit Bezug auf 4 erläuterten Verfahren erfolgt die Berechnung der einzelnen Bildpunkte der synthetischen Projektionsbilder 16 auf der Basis benachbarter ungestörter Projektionsbilder 12. In einigen Fällen kann die Qualität der Rekonstruktion weiter verbessert werden, wenn stattdessen eine Interpolation im Radon-Raum durchgeführt wird. Die Bilddaten der einzelnen Projektionsbilder bzw. eine hieraus für die einzelnen Bildpunkte berechnete Abschwächung können als Bildpunkte in einem dreidimensionalen Radon-Raum betrachtet werden, aus denen durch eine Radon-Transformation der dreidimensionale Bilddatensatz ermittelt wird. Bildpunkte im dreidimensionalen Radon-Raum, die gestörten Projektionsbildern 11 zugeordnet sind, können durch synthetische Bildpunkte ersetzt werden, die aus benachbarten Bildpunkten im Radon-Raum interpoliert werden. Anders ausgedrückt kann für jeden Bildpunkt eines gestörten Projektionsbildes 11 wenigstens ein benachbarter Bildpunkt im Radon-Raum ermittelt werden, der einem ungestörten Projektionsbild 12 angehört und ein nächster Nachbar des zu ersetzenden Punktes ist. Hierzu kann ein Maß für den Abstand zweier jeweiliger Bildpunkte der verschiedenen Projektionsbilder vorgegeben werden, dass von der jeweiligen Position der Bildpunkte in den jeweiligen Projektionsbildern und von den Aufnahmewinkeln der jeweiligen Projektionsbilder abhängt. Anschließend wird wenigstens ein ausgewählter Bildpunkt ausgewählt, der bezüglich dieses Maßes einen nächsten Nachbarn zu dem zu ersetzenden Bildpunkt bildet und der einem ungestörten Projektionsbild 12 zugeordnet ist. Selbstverständlich können auch mehrere ausgewählte Bildpunkte bestimmt werden und die Bilddaten des zu ersetzenden Bildpunktes können als gewichtete Summe der Bilddaten dieser ausgewählten Bildpunkte berechnet werden.
5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, um Artefakte aufgrund der gestörten Projektionsbilder 11 in den rekonstruierten dreidimensionalen Bilddaten zu reduzieren. Hierbei wird ein iteratives Verfahren genutzt, bei dem in dem Verarbeitungsblock 18 zunächst ein Hilfsdatensatz rekonstruiert wird. Hierbei erfolgt die Rekonstruktion wie im Stand der Technik üblich sowohl in Abhängigkeit der ungestörten Projektionsbilder 12 als auch in Abhängigkeit der gestörten Projektionsbilder 11. Aus diesem Hilfsdatensatz wird im Verarbeitungsblock 19 für jedes der gestörten Projektionsbilder 11 ein synthetisches Projektionsbild 20 ermittelt, indem eine Projektion des Hilfsdatensatzes gemäß der Aufnahmegeometrie des entsprechenden gestörten Projektionsbildes 11 durchgeführt wird. Somit resultieren synthetische Projektionsbilder, die sowohl von dem gestörten Projektionsbild 11 als auch von weiteren ungestörten Projektionsbildern 12 abhängen. Die endgültige Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes in Verarbeitungsblock 21 erfolgt sowohl in Abhängigkeit der ungestörten Projektionsbilder 12 als auch in Abhängigkeit der synthetischen Projektionsbilder 20. Durch das Ersetzen der gestörten Projektionsbilder 11 durch die synthetischen Projektionsbilder 20 wird somit die Abhängigkeit dieses dreidimensionalen Bilddatensatzes von den gestörten Projektionsbildern 11 reduziert.
Eine weitere Verbesserung der Qualität der resultierenden dreidimensionalen Bilddaten bei dem geschilderten iterativen Vorgehen kann potentiell dadurch erreicht werden, dass bereits die Rekonstruktion des Hilfsdatensatzes in dem Verarbeitungsblock 18 unabhängig von den gestörten Projektionsbildern 11 erfolgt. Beispielsweise könnte die Rekonstruktion des Hilfsdatensatzes in dem Verarbeitungsblock 18 erfolgen, wie es zu den Verarbeitungsblöcken 13 bzw. 17 zu den 3 und 4 bezüglich des Bilddatensatzes erläutert wurde.
6 zeigt ein Beispiel der Anwendung eines Ausführungsbeispiels des geschilderten Verfahrens auf reale Messdaten. In der linken Spalte 22 ist eine axiale und sagittale Schicht eines gemäß eines üblichen Verfahrens rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatzes gezeigt. Im Rahmen dieser Erfassung trat mehrfach eine Lichtbogenbildung auf, woraus eine Vielzahl von Streifen in den Bildern resultiert, von dem beispielhaft die Streifen 23 und 24 bezeichnet sind.
In der rechten Spalte 25 wurde diese Streifenbildung ersichtlich reduziert. Um dies zu erreichen, wurde eine Rekonstruktion genutzt, bei der die gestörten Projektionsbilder bei der Ermittlung des dreidimensionalen Bilddatensatzes unberücksichtigt bleiben. Hierbei wurde der mit Bezug zu 4 erläuterte Ansatz genutzt, bei dem gestörte Projektionsbilder 11 durch aus den ungestörten Projektionsbildern 12 interpolierte synthetische Projektionsbilder 16 ersetzt werden. Um die Qualität des dreidimensionalen Bilddatensatzes weiter zu verbessern, wurde zudem ein iteratives Verfahren genutzt, wie es zu 5 erläutert wurde. Der Hilfsdatensatz im Verarbeitungsblock 18 wurde hierbei in Abhängigkeit der ungestörten Projektionsbilder 12 und der wie vorangehend erläutert ermittelten synthetischen Projektionsbilder 16 ermittelt. Dieser Hilfsdatensatz wurde genutzt, um weitere synthetische Projektionsbilder 20 zu ermitteln, die die gestörten Projektionsbilder 11 im Rahmen der endgültigen Rekonstruktion ersetzen.
Die hierin beschriebenen Verfahren können auch in Form eines Computerprogramms vorliegen, das wenigstens ein jeweiliges Verfahren auf der Steuereinrichtung 6 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 14 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger (nicht dargestellt) mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein beschriebenes Computerprogramm umfassen, und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung 6 einer Röntgeneinrichtung 1 ein beschriebenes Verfahren durchführen.
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.

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes durch eine Röntgeneinrichtung (1), wobei Projektionsbilder (9, 11, 12) eines Untersuchungsobjekts (2) aus mehreren Aufnahmewinkeln aufgenommen werden, deren Bilddaten erfasste Strahlungsintensitäten oder hieraus ermittelte Abschwächungen einer durch eine Strahlenquelle (3) der Röntgeneinrichtung eingestrahlten Röntgenstrahlung für mehrere Bildpunkte beschreiben, wonach aus den Projektionsbildern (9, 11, 12) der Bilddatensatz rekonstruiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass für ein untersuchtes Projektionsbild (9, 11, 12) oder mehrere untersuchte Projektionsbilder (9, 11, 12) jeweils eine Störbedingung ausgewertet wird, deren Erfüllung von zumindest Teilen der Bilddaten des oder des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes (9, 11, 12) und/oder von wenigstens einem Parameter der Strahlenquelle (3) bei der Aufnahme des oder des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes (9, 11, 12) abhängt und anzeigt, dass es sich bei dem oder dem jeweiligen untersuchten Projektionsbild (9, 11, 12) um ein gestörtes Projektionsbild (11) handelt, bei dessen Aufnahme eine Lichtbogenbildung in der Strahlenquelle (3) aufgetreten ist, wonach das gestörte Projektionsbild (11) oder die gestörten Projektionsbilder (12) entweder bei der Ermittlung des Bilddatensatzes unberücksichtigt bleibt oder bleiben oder geringer gewichtet wird oder werden als alle ungestörten Projektionsbilder (12), für die die Störbedingung nicht erfüllt wird, oder durch ein oder ein jeweiliges synthetisches Projektionsbild (16, 20) ersetzt wird oder werden, das in Abhängigkeit von zumindest Teilen der Bilddaten des oder des jeweiligen gestörten Projektionsbildes (11) und wenigstens eines weiteren der Projektionsbilder (9, 11, 12) generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß einer vorgegebenen Rechenvorschrift eine jeweilige Vergleichsgröße für die Projektionsbilder (9, 11, 12) berechnet wird, wonach die Erfüllung der Störbedingung für das oder das jeweilige untersuchte Projektionsbild (9, 11, 12) von einer oder einer jeweiligen Differenz zwischen der Vergleichsgröße dieses untersuchten Projektionsbildes (9) und der Vergleichsgröße wenigstens eines anderen der Projektionsbilder (9, 11, 12) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Vergleichsgröße von einer Summe der Bilddaten aller Bildpunkte oder einer Untergruppe der Bildpunkte des jeweiligen Projektionsbildes (9, 11, 12) und/oder von einer Summe von für jeden dieser Bildpunkte in Abhängigkeit der Bilddaten des jeweiligen Bildpunktes ermittelten abgeleiteten Größen abhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter der Strahlenquelle (3) eine Beschleunigungsspannung und/oder ein Betriebsstrom und/oder eine Pulsdauer und/oder eine abgestrahlte Strahlungsintensität der Strahlenquelle während der Erfassung des jeweiligen Projektionsbildes (9, 11, 12) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfüllung der Störbedingung für das oder das jeweilige untersuchte Projektionsbild (9, 11, 12) von einer Differenz zwischen dem Parameter der Strahlenquelle (3) zur Aufnahme des oder des jeweiligen untersuchten Projektionsbildes (9, 11, 12) und zur Aufnahme wenigstens eines anderen der Projektionsbilder (9, 11, 12) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als das andere Projektionsbild (9, 11, 12) ein Projektionsbild verwendet wird, das bezüglich des Aufnahmewinkels und/oder der Aufnahmezeit zu dem oder dem jeweiligen untersuchten Projektionsbild (9, 11, 12) benachbart ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Steuerparameter einer automatisierten Intensitätssteuerung der Strahlenquelle (3) erfasst wird, wobei die Erfüllung der Störbedingung von dem Steuerparameter für das oder das jeweilige untersuchte Projektionsbild (9, 11, 12) abhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in Abhängigkeit aller Projektionsbilder (9, 11, 12) oder ausschließlich der ungestörten Projektionsbilder (12) ein dreidimensionaler Hilfsdatensatz rekonstruiert wird, wonach aus dem Hilfsdatensatz ein oder ein jeweiliges synthetisches Projektionsbild (20) berechnet wird, das das oder das jeweilige gestörte Projektionsbild (11) im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes ersetzt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes oder des Hilfsdatensatzes Bilddaten der verschiedenen Projektionsbilder (9, 11, 12) unterschiedlich gewichtet werden, wobei die Gewichtung der Bilddaten wenigstens eines der Projektionsbilder (9, 11, 12) davon abhängt, ob ein bezüglich des Aufnahmewinkels und/oder der Aufnahmezeit zu diesem Projektionsbild (9, 11, 12) benachbartes Projektionsbild (9, 11, 12) das gestörte Projektionsbild (11) oder eines der gestörten Projektionsbilder (11) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle des oder des jeweiligen gestörten Projektionsbilds (11) im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes oder des Hilfsdatensatzes ein oder ein jeweiliges synthetisches Projektionsbild (16) genutzt wird, das in Abhängigkeit der Bilddaten wenigstens eines bezüglich des Aufnahmewinkels und/oder der Aufnahmezeit zu diesem gestörten Projektionsbild (11) nächst benachbarten ungestörten Projektionsbildes (12) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maß für den jeweiligen Abstand zweier jeweiliger Bildpunkte der verschiedenen Projektionsbilder (9, 11, 12) vorgegeben wird, das von der jeweiligen Position der Bildpunkte in den jeweiligen Projektionsbildern (9, 11, 12) und von den Aufnahmewinkeln der jeweiligen Projektionsbilder (9, 11, 12) abhängt, wobei im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes oder des Hilfsdatensatzes anstatt der Bilddaten eines jeweiligen zu ersetzenden Bildpunkts des gestörten Projektionsbildes (11) oder der gestörten Projektionsbilder (11) ein ausgewählter Bildpunkt oder eine gewichtete Summe mehrerer ausgewählter Bildpunkte verwendet wird, wobei die Auswahl der ausgewählten Bildpunkte derart erfolgt, dass sie ungestörten Projektionsbildern (12) angehören und dass das Maß für den Abstand zu dem zu ersetzenden Bildpunkt unter dieser Bedingung minimal ist.
Röntgeneinrichtung mit einer Strahlenquelle (3) und einem Strahlendetektor (4), die durch eine Bewegungseinrichtung (5) zur Einstellung eines Aufnahmewinkels bewegbar sind, sowie einer Steuereinrichtung (6), durch die die Strahlenquelle (3), der Strahlendetektor (4) und die Bewegungseinrichtung (5) zur Erfassung von Projektionsbildern (9, 11, 12) eines Untersuchungsobjekts (2) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinrichtung (6) das Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche durchführbar ist.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung (6) einer Röntgeneinrichtung (1) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (6) der Röntgeneinrichtung (1) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 13 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung (6) einer Röntgeneinrichtung (1) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführen.