DE102018221691A1

DE102018221691A1 - Individuell angepasstes Erzeugen von virtuellen Bilddaten auf Basis einer Multi-Energie-Röntgenbildgebung

Info

Publication number: DE102018221691A1
Application number: DE102018221691.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Flohr; Bernhard Schmidt
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18
Also published as: CN111317493A; US11058370B2; US20200187872A1

Abstract

Es wird ein Röntgenbildgebungsverfahren, vorzugsweise ein CT-Röntgenbildgebungsverfahren, zum Erzeugen von Bilddaten (BD) von einem Untersuchungsbereich (FOV) eines zu untersuchenden Objekts (O) beschrieben. Bei dem Verfahren wird zunächst ein individuelles Bildgebungsprotokoll (IPD) für eine Bildgebung des zu untersuchenden Objekts (O) ermittelt. Weiterhin werden erste Röntgenprojektionsmessdaten (PMD1) mit einem ersten Röntgenenergiespektrum (R) und mindestens ein Satz zweiter kontrastmittelbeeinflusster Röntgenprojektionmessdaten (PMD2) mit einem zweiten Röntgenenergiespektrum (R) von dem Untersuchungsbereich (FOV) erfasst. Dann wird ein drittes Röntgenenergiespektrum mit einer dritten mittleren Energie (E), vorzugsweise einem einzelnen dritten Energiewert, auf Basis des ermittelten individuellen Bildgebungsprotokolls (IPD) ermittelt. Anschließend werden vorzugsweise pseudo-monoenergetische Bilddaten (BD), welche dem dritten Röntgenenergiespektrum (R), vorzugsweise einem einzelnen dritten Röntgenenergiewert (E), zugeordnet sind, auf Basis der erfassten ersten und mindestens zweiten Röntgenprojektionsmessdaten (PMD1, PMD2) sowie des ermittelten Bildgebungsprotokolls (IPD) rekonstruiert. Es wird auch eine Bilddatenerzeugungseinrichtung (20) beschrieben. Weiterhin wird ein Computertomographiesystem (1) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenbildgebungsverfahren zum Erzeugen von Bilddaten. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bilddatenerzeugungseinrichtung. Überdies betrifft die Erfindung ein Computertomographiesystem.
Mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren werden häufig zwei- oder dreidimensionale Bilddaten erzeugt, die zur Visualisierung eines abgebildeten Untersuchungsobjekts und darüber hinaus auch für weitere Anwendungen genutzt werden können.
In vielen Fällen basieren die bildgebenden Verfahren auf der Erfassung von Röntgenstrahlung, wobei sogenannte Projektionsmessdaten erzeugt werden. Beispielsweise können Projektionsmessdaten mit Hilfe eines Computertomographie-Systems (CT-Systems) akquiriert werden. Bei CT-Systemen läuft gewöhnlich eine an einer Gantry angeordnete Kombination aus Röntgenquelle und gegenüberliegend angeordnetem Röntgendetektor um einen Messraum um, in dem sich das Untersuchungsobjekt (das im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit meist als Patient bezeichnet wird) befindet. Das Drehzentrum (auch „Isozentrum“ genannt) fällt dabei mit einer sogenannten Systemachse z zusammen. Bei einem oder mehreren Umläufen wird der Patient mit Röntgenstrahlung der Röntgenquelle durchstrahlt, wobei mit Hilfe des gegenüberliegenden Röntgendetektors Projektionsmessdaten bzw. Röntgenprojektionsmessdaten erfasst werden.
Die erzeugten Projektionsmessdaten sind insbesondere von der Bauart des Röntgendetektors abhängig. Röntgendetektoren weisen gewöhnlich eine Mehrzahl an Detektionseinheiten auf, die meist in Form eines regelmäßigen Pixelarrays angeordnet sind. Die Detektionseinheiten erzeugen jeweils für auf die Detektionseinheiten auftreffende Röntgenstrahlung ein Detektionssignal, welches zu bestimmten Zeitpunkten hinsichtlich Intensität und spektraler Verteilung der Röntgenstrahlung analysiert wird, um Rückschlüsse auf das Untersuchungsobjekt zu erhalten und Projektionsmessdaten zu erzeugen.
Bei CT-Untersuchungen wird häufig die Röhrenspannung an Patientenparameter, wie zum Beispiel dessen Größe und Gestalt, sowie an die Art einer geplanten Untersuchung angepasst. Beispielsweise kann eine native Bildgebung ohne Kontrastmittel oder eine Untersuchung eines Parenchymorgans, wie der Leber, mit Kontrastmittel oder ein CT-Angiographieverfahren mit Kontrastmittel durchgeführt werden.
Vor allem bei Untersuchungen mit jodhaltigem Kontrastmittel kann durch die Verwendung niedriger Röhrenspannungen (wie zum Beispiel 80 kV oder 100 kV) statt der üblichen 120 kV durch den höheren Jodkontrast und das höhere Kontrast-Rauschverhältnis (CNR) für Jod die Strahlendosis reduziert werden. Das Kontrast-Rauschverhältnis welches normalerweise bei einer Spannung von 120 kV erreicht wird, wird bei einer niedrigeren Röhrenspannung mit einer niedrigeren Strahlendosis erzielt. Wie stark die Strahlendosis verringert werden kann, hängt von der Art der Untersuchung ab: bei CT-angiographischen Untersuchungen, bei denen nur das Kontrast-Rauschverhältnis relevant ist, lässt sich deutlich mehr Strahlendosis einsparen als beispielsweise bei portalvenösen Untersuchungen der Leber, bei denen auch ein bestimmtes Bildrauschen nicht überschritten werden darf. Um diese für den Benutzer komplexen Zusammenhänge automatisch zu berücksichtigen, gibt es Programme zur automatischen Einstellung der Röhrenspannung, wie zum Beispiel „CAREkV“, die patientenabhängig und in Abhängigkeit von der Art der geplanten Untersuchung sowie von den technischen Möglichkeiten des CT-Geräts automatisch die jeweils optimale Röhrenspannung ermitteln. Alternativ können ähnliche Verfahren auch zur Reduktion der Kontrastmitteldosis genutzt werden oder für eine Kombination aus Strahlendosisreduktion und Anpassung der Kontrastmittelmenge.
Nachteilig bei einer Anpassung der Röhrenspannung an die Patientengeometrie und die geplante Untersuchung ist die hohe Röhrenleistung, die bei niedrigen Röhrenspannungen zur Erzielung eines adäquaten Kontrast-Rauschverhältnisses, insbesondere bei dickeren Patienten, erforderlich ist. Eine CT-Bildgebung bei niedrigen Röhrenspannungen erfordert daher speziell entwickelte und kostenintensive Röntgenstrahler mit entsprechend starker Leistung. Außerdem ist durch die Wahl der Röhrenspannung bei der Aufnahme der CT-Daten der CT-Datensatz festgelegt. Die bildliche Darstellung kann retrospektiv nicht geändert werden. Insbesondere können durch die Wahl der Röhrenspannung festgelegte Bildkontraste (z. B. zwischen Organbereichen, die Kontrastmittel aufnehmen, und deren Umgebung) retrospektiv nicht mehr verändert werden.
Es besteht mithin das Problem, ein Röntgenbildgebungsverfahren sowie eine entsprechende Bilddatenerzeugungseinrichtung anzugeben, welche eine gute Bildqualität bei möglichst niedrigerer Belastung für den Patienten, sei es durch Röntgenstrahlen oder durch Kontrastmittel, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Röntgenbildgebungsverfahren zum Erzeugen von Bilddaten gemäß Patentanspruch 1, eine Bilddatenerzeugungseinrichtung gemäß Patentanspruch 10 und ein Computertomographiesystem gemäß Anspruch 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsverfahren, vorzugsweise einem CT-Röntgenbildgebungsverfahren, zum Erzeugen von Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines zu untersuchenden Objekts wird zunächst ein individuelles Bildgebungsprotokoll für eine Bildgebung des zu untersuchenden Objekts ermittelt. Bei der Ermittlung des Bildgebungsprotokolls werden das Untersuchungsobjekt sowie den Bildgebungsvorgang spezifizierende Informationen berücksichtigt. Weiterhin werden erste Röntgenprojektionsmessdaten mit einem ersten Röntgenenergiespektrum und mindestens zweite Röntgenprojektionmessdaten mit einem zweiten Röntgenenergiespektrum von dem Untersuchungsbereich auf Basis des individuellen Bildgebungsprotokolls erfasst. Zur Erfassung der Röntgenprojektionsmessdaten kann zum Beispiel ein sogenanntes Dual-Energie-Messverfahren eingesetzt werden, bei dem Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren in Richtung eines zu untersuchenden Bereichs emittiert werden, von diesem teilweise absorbiert werden und der transmittierte Anteil der Röntgenstrahlung anschließend von unterschiedlichen Detektoren erfasst wird. Die Detektoren müssen nicht spektral sein. Im Fall der Dual Source, einem Verfahren, bei dem zwei separate Röntgenquellen mit unterschiedlichen Röntgenenergien verwendet werden, oder des kV-Switchings, bei dem die elektrische Spannung der Röntgenquelle zwischen verschiedenen Werten umgeschaltet wird, werden auch heute konventionelle Detektoren verwendet. Hier erfolgt die Aufnahme mit unterschiedlichen Spektren. Alternativ können die spektralen Daten auch mit einem spektral auflösenden Detektor aufgenommen werden. Hier reicht dann die Aufnahme mit nur einem Spektrum. Die Energieseparation erzielt man in diesem Fall am Detektor (im Gegensatz zu den Verfahren oben, bei denen man unterschiedliche Spektren verwendet). Generell ist es jedoch auch möglich, die obigen Verfahren mit einem spektralen Detektor zu kombinieren.
Im Rahmen der Auswertung der erfassten Messdaten erfolgt ein automatisiertes Ermitteln eines dritten Röntgenenergiespektrums mit einer dritten mittleren Energie, vorzugsweise einem einzelnen dritten Energiewert, auf Basis des individuellen Bildgebungsprotokolls. Dieser Vorgang kann zum Beispiel analog zu bekannten Berechnungen zur Einstellung von Röntgenröhrenspannungen erfolgen, wobei gewisse Parameter des Bildgebungsvorgang, wie zum Beispiel das Kontrast-Rauschverhältnis, die Kontrastmittelmenge und die Röntgendosis festgelegt werden können. Beispielsweise kann die dritte mittlere Energie analog zu bekannten Berechnungen zur Anpassung von Röntgenröhrenspannungen an den Patientenhabitus (Größe und Gewicht) und an die geplante Untersuchung ermittelt werden (CT-Untersuchung ohne Kontrastmittel, CT-Untersuchung eines Parenchymorgans mit Kontrastmittel, CT-Angiographie). Anschließend werden vorzugsweise pseudo-monoenergetische Bilddaten, welche dem dritten Röntgenenergiespektrum mit der dritten mittleren Energie, vorzugsweise einem einzelnen dritten Energiewert, zugeordnet sind, auf Basis der erfassten ersten und mindestens zweiten Röntgenprojektionsmessdaten sowie der ermittelten Bildrekonstruktionsparameter rekonstruiert.
Wenn im Folgenden von einem dritten Röntgenenergiespektrum mit einer dritten mittleren Energie gesprochen wird, soll darin besonders bevorzugt auch immer die spezielle Ausführungsform enthalten sein, bei der pseudo-monoenergetische Röntgenbilder nach bekannten Materialzerlegungsverfahren auf Basis einer Einzelenergie erzeugt werden, die „mittlere“ Energie entspricht dann diesem Einzelenergiewert.
Es wird also auf der Basis der erfassten multispektralen Röntgenprojektionsmessdaten ein Röntgenbild mit einem Röntgenspektrum bzw. einer dritten mittleren Energie, vorzugsweise einem einzelnen Energiewert, als eine Art Mischbild, im Fall des einzelnen Energiewerts auch pseudo-monoenergetisches Mischbild genannt, berechnet. Vorteilhafterweise wird diese dritte mittlere Energie bzw. der einzelne dritte Energiewert in Abhängigkeit von dem individuellen Bildgebungsprotokoll so gewählt, dass bestimmte vorbestimmte Parameter des Bildgebungsvorgangs sowie des Ergebnisses der Bildgebung erfüllt werden. Dies kann zum Beispiel die Vorgabe beinhalten, dass das Bildkontrast-/Rauschverhältnis der Bildaufnahme bei dieser dritten Energie besonders günstig ist.
Die erfindungsgemäße Bilddatenerzeugungseinrichtung weist eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines individuellen Bildgebungsprotokolls für eine Bildgebung des zu untersuchenden Objekts auf. Eine solche Ermittlungseinheit kann zum Beispiel eine Eingabeschnittstelle bzw. eine Datenakquisitionsschnittstelle umfassen, mit der entweder von einer Bedienperson oder aus einer Datenbank dem Untersuchungsobjekt, beispielsweise ein Patient, zugeordnete Daten und auch Daten über die Art der anzuwendenden Bildgebung empfangen werden. Diese Daten werden dann von der Ermittlungseinheit zur Erstellung eines individuellen Bildgebungsprotokolls genutzt.
Überdies umfasst die erfindungsgemäße Bilddatenerzeugungseinrichtung eine Ansteuerungseinheit zum Ansteuern einer oder mehrerer Röntgenquellen eines CT-Systems derart, dass Röntgenstrahlen mit einer mittleren Energie eines ersten Röntgenstrahlenenergiespektrums und einer mittleren Energie eines zweiten Röntgenstrahlenenergiespektrums erzeugt werden.
Teil der erfindungsgemäßen Bilddatenerzeugungseinrichtung ist zudem eine Steuerungseinheit zum Ansteuern einer oder mehrerer Röntgenquellen eines CT-Systems derart, dass Röntgenstrahlen mit dem ersten Röntgenenergiespektrum und dem zweiten Röntgenenergiespektrum jeweils mit einer ersten und zweiten mittleren Energie erzeugt werden. Die beiden Energiewerte können voreingestellte Standardwerte sein.
Die erfindungsgemäße Bilddatenerzeugungseinrichtung umfasst überdies eine Projektionsmessdatenerfassungseinheit zum Erfassen von ersten Röntgenprojektionsmessdaten mit dem ersten Röntgenenergiespektrum und von zweiten Röntgenprojektionsmessdaten mit dem zweiten Röntgenenergiespektrum von einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjekts.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Bilddatenerzeugungseinrichtung eine Energiespektrum-Ermittlungseinheit zum automatisierten Ermitteln eines dritten Energiespektrums auf Basis des von der Ermittlungseinheit ermittelten individuellen Bildgebungsprotokolls.
Teil der erfindungsgemäßen Bilddatenerzeugungseinrichtung ist auch eine Bilddatenrekonstruktionseinheit zum Rekonstruieren von pseudo-monoenergetischen Bilddaten, welche dem dritten Röntgenenergiespektrum, vorzugsweise dem einzelnen dritten Röntgenenergiewert, zugeordnet sind, auf Basis der erfassten ersten und mindestens zweiten Röntgenprojektionsmessdaten.
Ein Verfahren zur Rekonstruktion bzw. Berechnung von pseudo-monoenergetischen Bilddaten ist aus Alvarez R.E. and Macovski A. „Energy-selective reconstructions in x-ray computed tomography", Phys. Med. Biol. 21, 733-744 (1976) bekannt.
Ein besonders geeignetes Verfahren zur Rekonstruktion bzw. Berechnung von pseudo-monoenergetischen Bilddaten ist in K.L. Grant et al. „Assessment of an Advanced Image-Based Technique to Calculate Virtual Monoenergetic Computed Tomographie Images From a Dual-Energy Examination to Improve Contrast-To-Noise Ratio in Examinations Using Iodinated Contrast Media", Investigative Radiology 2014; 00: 00-00, beschrieben.
Bei der Erzeugung von pseudo-monoergetischen Bilddaten erfolgt eine Zerlegung der erfassten Projektionsmessdaten im Rohdatenraum oder der daraus rekonstruierten Bilddaten im Bilddatenraum. Beispielsweise wird bei der Anwendung eines Iod-Kontrastmittels in eine Jod/Kalk-Komponente und in eine Wasser/Weichgewebe-Komponente zerlegt und dann mit Hilfe von tabellierten Werten für einen vom Benutzer gewählten Röntgenenergiewert (keV-Wert) basierend auf Dichtewerten ein Abschwächungswert (HU-Wert) für das jeweilige Voxel berechnet. Vorzugsweise handelt es sich bei den erfassten ersten und/oder zweiten Projektionsmessdaten um Projektionsmessdaten, welche bei Anwesenheit eines Kontrastmittels erzeugt werden. Beispielsweise kann mit einem Kontrastmittel eine Wasser- oder eine Gewebekomponente besonders gut sichtbar gemacht werden.
Die erfindungsgemäße Bilddatenerzeugungseinrichtung teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsverfahrens.
Das erfindungsgemäße Computertomographiesystem weist eine erfindungsgemäße Bilddatenerzeugungseinrichtung auf. Die erfindungsgemäße Bilddatenerzeugungseinrichtung kann insbesondere Teil einer Steuereinrichtung des Computertomographiesystems sein. Das erfindungsgemäße Computertomographiesystem teilt die Vorteile der erfindungsgemäßen Bilddatenerzeugungseinrichtung.
Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Bilddatenerzeugungseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Ermittlungseinheit, die Steuerungseinheit, die Energiespektrum-Ermittlungseinheit und die Bilddatenrekonstruktionseinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber 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 Bilddatenerzeugungseinrichtungen bzw. Steuereinrichtungen von Computertomographiesystemen 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 erfindungsgemäßen Bilddatenerzeugungseinrichtung bzw. einer Speichereinrichtung einer Steuerungseinrichtung eines Computertomographiesystems ladbar ist und Programmabschnitte umfasst, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Bilddatenerzeugungseinrichtung bzw. von der Steuerungseinrichtung des Computertomographiesystems ausgeführt wird.
Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport zur Speichereinrichtung der Bilddatenerzeugungseinrichtung bzw. Steuereinrichtung des Computertomographiesystems und/oder zur Speicherung an der Bilddatenerzeugungseinrichtung bzw. der Steuereinrichtung des Computertomographiesystems kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Bilddatenerzeugungseinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsverfahrens wird ein niedrigerer dritter mittlerer Energiewert im Vergleich zu dem ersten und dem zweiten Energiewert gewählt. Die Wahl eines niedrigeren dritten mittleren Energiewerts ermöglicht ein verbessertes Kontrast-Rauschverhältnis der bei dieser Energie rekonstruierten Bilddaten oder alternativ bei dem gleichen Kontrast-Rauschverhältnis eine geringere Röntgendosis bei der Akquisition der Projektionsmessdaten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsverfahrens wird der dritte mittlere Energiewert derart gewählt wird, dass im Vergleich zu einer Bilddarstellung mit dem ersten oder zweiten Energiewert ein verbessertes Kontrast-Rauschverhältnis erreicht wird. Üblicherweise wird der dritte mittlere Energiewert dafür im Vergleich zu dem ersten und zweiten mittleren Energiewert niedriger gewählt. Dabei kann bei konstanter Röntgendosis ein verbessertes Kontrast-Rauschverhältnis der rekonstruierten Bilddaten erreicht werden.
Für eine Rauschreduktion kann zusätzlich bei der Berechnung der pseudo-monoenergetischen Bilddaten ein Algorithmus zur Rauschreduktion genutzt werden, welcher zum Beispiel auf einem sogenannten Frequency-Split-Verfahren basiert. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel das Mono+-Verfahren von Siemens.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsverfahrens umfasst das Bildgebungsprotokoll mindestens einen der folgenden wählbaren Parameter:

- die Patientengeometrie,
- die Art der geplanten Untersuchung,
- eine vorbestimmte Bildqualität,
- eine maximale Strahlendosis.

Die Patientengeometrie beeinflusst zum Beispiel die notwendige Röhrenleistung zur Akquisition der benötigten Projektionsmessdaten, insbesondere bei niedrigen Röhrenspannungen. Um trotzdem die Vorteile von niedrigen Röhrenspannungen, nämlich ein verbessertes Kontrast-Rauschverhältnis bzw. eine niedrigere benötigte Röntgendosis zu erreichen, aber die Röhrenleistung im Rahmen der technischen Möglichkeiten eines CT-Bildgebungssystems zu halten, wird nun vorteilhaft die Akquisition selbst bei höheren Röntgenspannungen, beispielsweise einer vorgegebenen Standardröntgenspannung, wie zum Beispiel 120 keV, durchgeführt und die Rekonstruktion bei einer niedrigeren Energie über den Umweg pseudo-monoenergetischer Bilddaten realisiert.
Die Art der geplanten Untersuchung kann zum Beispiel relevant dafür sein, wie stark eine Strahlendosis verringert werden kann. Bei CT-angiographischen Untersuchungen, bei denen nur das Kontrast-Rauschverhältnis relevant ist, lässt sich die Strahlendosis deutlich stärker reduzieren als bei portalvenösen Untersuchungen der Leber, bei denen auch ein bestimmtes Bildrauschen nicht überschritten werden sollte.
Die Art der geplanten Untersuchung kann eine der folgenden Untersuchungsarten umfassen:

- eine Aufnahme von kontrastverstärkten Bilddaten,
- eine Bildaufnahme ohne Kontrastmittel,
- eine Untersuchung eines Parenchymorgans mit Kontrastmittel,
- eine Untersuchung unter Anwendung der CT-Angiographie.

Daneben lassen sich auch andere Untersuchungsarten definieren, die von der Berechnung einer dritten Energie profitieren: beispielsweise eine Bildaufnahme eines Organs mit Metallimplantaten (z. B. künstliches Hüftgelenk).
Der gewählte dritte mittlere Energiewert ist von der Art der Bildaufnahme abhängig. Beispielsweise werden für Standard-Abdomenuntersuchungen höhere Energiewerte benötigt als bei Bildaufnahme im Rahmen der CT-Angiographie.
Besonders bei Bildaufnahmen von Organen mit Metallimplantaten (z. B. künstliches Hüftgelenk) können durch die Berechnung von Bildern bei einem dritten mittleren Energiewert, der höher im Vergleich zu einer Bilddarstellung mit dem ersten oder zweiten Energiewert ist, durch das Metall hervorgerufene Bildartefakte wirksam reduziert werden.
Besonders gesundheitsförderlich ist es, wenn der dritte mittlere Energiewert derart gewählt wird, dass die bei der Aufnahme benötigte Strahlungsdosis reduziert werden kann. Dies ist üblicherweise bei einem möglichst niedrigen Energiewert der Fall.
Der dritte mittlere Energiewert kann auch derart gewählt werden, dass die bei der Aufnahme benötigte Kontrastmitteldosis reduzierbar ist. Auch dieser Effekt ergibt sich bei der Wahl eines niedrigeren dritten mittleren Energiewerts. Eine geringere Kontrastmittelkonzentration reduziert ebenfalls die Belastung bzw. die Risiken für den Patienten.
Das automatisierte Ermitteln des dritten mittleren Energiewerts erfolgt vorzugsweise durch einen Auto-keV-Algorithmus, welcher auf einem Auto-kV-Algorithmus basiert. Auto-kV-Algorithmen sind im Stand der Technik bekannt. Die automatische Einstellung der Röhrenspannung kann zum Beispiel mit Programmen, welche unter dem Namen „CAREkV“ bekannt sind, patientenabhängig und in Abhängigkeit von der geplanten Untersuchung sowie den technischen Parametern des Röntgenbildgebungsgeräts erfolgen. Derartige Programme können auch zur Reduktion der Kontrastmitteldosis genutzt werden und zur Einstellung einer reduzierten Strahlendosis und einer reduzierten Kontrastmittelmenge. Wie bereits erwähnt, ist im Stand der Technik nachteilig, dass für niedrige Röhrenspannungen benötigte Röhrenleistungen, welche zur Erzielung eines adäquaten Kontrast-Rauschverhältnisses, insbesondere bei dickeren Patienten erforderlich sind, aufgrund technischer Beschränkungen oft nicht erreichbar sind. Vorteilhaft werden erfindungsgemäß die standardmäßig genutzten Röhrenspannungen bei der Akquisition der Projektionsmessdaten in Abhängigkeit von individuellen Parametern des Untersuchungsobjekts und der der Untersuchungsart nicht geändert, sondern es erfolgt eine automatisierte Ermittlung einer virtuellen dritten mittleren Energie bei der Erzeugung monoenergetischer Bilddaten mit Hilfe eines Auto-keV-Verfahrens, bei dem anstatt einer geeigneten Röhrenspannung eine geeignete Energie eines virtuellen Röntgenspektrums pseudo-monoenergetischer Bilddaten ermittelt wird.
Diese Vorgehensweise hat denselben positiven Effekt, wie die Wahl von niedrigeren Röhrenspannungen, allerdings hat sie den Vorteil gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise, dass es nicht zu Einschränkungen aufgrund der technischen Möglichkeiten der Röntgenröhren kommt.
Mit einem Auto-kV-Verfahren wird im Hintergrund für alle verfügbaren Röhrenspannungen jeweils eine Bildoptimierungsgröße berechnet. Die Bildoptimierungsgröße hängt von der geplanten Untersuchungsart ab. Beispielsweise ist bei CT-angiographischen Untersuchungen das bei einer gegebenen Strahlendosis erzielbare Jod-Kontrast-Rauschverhältnis die zu optimierende Größe, bei CT-Untersuchungen eines Parenchymorgans wird das Kontrast-Rauschverhältnis optimiert, wobei gleichzeitig ein bestimmtes Bildrauschen nicht überschritten werden darf.
Bei CT-Untersuchungen ohne Kontrastmittel wiederum wird das Bildrauschen minimiert. Der Wert der Bildoptimierungsgröße bei einer bestimmten Röhrenspannung hängt vom Patientenhabitus ab, also z. B. dessen Größe, Gewicht, und dessen Röntgenschwächung, die aus einer Übersichtsaufnahme (Topogramm) bekannt ist. Mit dem Auto-kV-Verfahren wird nun für die CT-Aufnahme diejenige Röhrenspannung ausgewählt, bei der die Bildoptimierungsgröße für die gewünschte Untersuchungsart beim gegebenen Patientenhabitus den bestmöglichen Wert erreicht. Ob diese Röhrenspannung dann tatsächlich verwendet werden kann, hängt herkömmlich von den aktuellen Leistungsbegrenzungen des Röntgenstrahlers des betreffenden CT-Gerätes ab. Kann die Röhrenspannung nicht verwendet werden, wird beispielsweise die nächsthöhere mögliche Röhrenspannung verwendet, auch wenn die Bildoptimierungsgröße dann nicht ihren bestmöglichen Wert erreicht.
Beim Auto-keV-Verfahren werden von vornherein CT-Daten zu zwei Energiewerten mit einer oder zwei Röhrenspannungen aufgenommen, die hoch genug sind, dass für den betreffenden Patientenhabitus der CT-Scan durchgeführt werden kann. Die Bestimmung der dritten mittleren Energie des anzuzeigenden Bilddatensatzes erfolgt dann ähnlich dem Auto-kV-Verfahren. Beispielsweise wird für alle möglichen dritten mittleren Energien (alle möglichen keV-Werte) eine Bildoptimierungsgröße bestimmt, deren Wert bei den einzelnen Energiewerten von der Untersuchungsart und vom Patientenhabitus abhängt. Das Auto-keV Verfahren wählt nun diejenige dritte Energie, bei der die Bildoptimierungsgröße den bestmöglichen Wert erreicht.
In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsverfahrens wird für den Fall, dass eine Aufnahme ohne Kontrastmittel erfolgt, als dritter mittlerer Energiewert ein möglichst hoher Energiewert gewählt. Vorteilhaft können bei dieser Vorgehensweise Aufhärtungsartefakte und Metallartefakte reduziert werden. Da in diesem Fall kein Kontrastmittel genutzt wird, führt eine Wahl einer niedrigeren mittleren Energie auch nicht zu einem besseren Kontrast-Rauschverhältnis. Mithin ist es in diesem Fall vorteilhaft, einen höheren dritten mittleren Energiewert für die Erzeugung pseudo-monoenergetischer Bilddaten zu verwenden, bei dem die genannten Artefakte reduziert sind und so eine verbesserte Bildqualität erreicht wird.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Erzeugen von Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines zu untersuchenden Objekts veranschaulicht,
2 ein Blockdiagramm, mit dem ein Bilddatenerzeugungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt wird,
3 eine schematische Darstellung eines Computertomographiesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In 1 ist ein Flussdiagramm 100 gezeigt, welches ein CT-Bildgebungsverfahren mit Hilfe der sogenannten Dual-Energie-Technik, bei dem kontrastverstärke Bilddaten von einem Patienten erzeugt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Bei einem Bildgebungsverfahren mit Hilfe der Dual-Energie-Technik erfolgt eine Aufnahme von zwei Projektionsmessdatensätzen PMD1, PMD2, welche jeweils durch Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren R_E1 , R_E2 mit unterschiedlichen mittleren Energien E₁ , E₂ erzeugt werden. Zur Erzeugung der Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren R_E1 , R_E2 können beispielsweise zwei Röntgenquellen 15a, 15b (siehe 3) genutzt werden, welche Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Röntgenenergien E₁ , E₂ bzw. Röntgenenergiespektren R_E1 , R_E2 emittieren.
Im Rahmen des Bildgebungsverfahrens werden bei dem Schritt 1.1 zunächst individuelle Protokolldaten IPD für eine Bildaufnahme von einem zu untersuchenden Objekt, in diesem Fall von einem Patienten O, ermittelt. Die Protokolldaten können zum Beispiel die Abmessungen A des Patienten O sowie die Art der Bildgebung AB, in diesem Fall eine kontrastmittelverstärkte Bildgebung in Form einer Angiographie, umfassen. Durch die Abmessungen A können zum Beispiel die Dicke des Patienten, dessen Größe, sein BMI, seine Körpermasse, eine Dichteverteilung im Inneren des Körpers des Patienten oder andere Informationen umfasst sein.
Weiterhin werden auch Informationen über die Art eines vor dem Start des Bildgebungsverfahrens vorab verabreichten Kontrastmittels KM erfasst. Unterschiedliche Kontrastmittel können unterschiedliche Röntgenabsorptionskanten, kurz auch als Röntgenkante bezeichnet, umfassen. Die Lage der Röntgenkante relativ zu der Energie E₃ eines später zu ermittelnden pseudo-monoenergetischen Röntgenbilds wirkt sich auf den Bildkontrast dieses Röntgenbilds aus, so dass die Kenntnis des Energiewerts der Röntgenabsorptionskante des Kontrastmittels KM entscheidend für die Bildqualität des mit Hilfe des erfindungsgemäßen Bildgebungsverfahrens zu rekonstruierenden Röntgenbildes ist.
Bei dem Schritt 1.II werden anschließend von zwei unterschiedlichen Röntgenröhren Röntgenstrahlen mit hochenergetischen ersten und zweiten Röntgenenergiespektren R_E1 , R_E2 erzeugt. Diese Röntgenenergiespektren R_E1 , R_E2 werden mit Hilfe von hohen ersten und zweiten Röhrenspannungen HU_RE1 , HU_RE2 erzeugt. Mit Hilfe der ersten und zweiten Röhrenspannungen HU_RE1 und HU_RE2 werden die Röntgenröhren dazu angeregt, Röntgenstrahlen mit vorbestimmten ersten und zweiten mittleren Energien E₁ , E₂ zu erzeugen. Insbesondere bei der Anwendung von Iod als Kontrastmittel liegen die ersten und zweiten Röhrenspannungen HU_RE1 , HU_RE2 beispielsweise bevorzugt bei 120 kV und 140 kV.
Bei dem Schritt 1.III werden die von den beiden Röntgenquellen erzeugten Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen ersten und zweiten Röntgenspektren bzw. Röntgenenergiespektren mit hohen mittleren Energien E₁ , E₂ von zwei den jeweiligen Röntgenquellen gegenüberliegend angeordneten Röntgendetektoren 16a, 16b (siehe 3) erfasst. Diese auch als Dual-Energie-Verfahren bekannte Bildgebungsmethode wird bei dem in 1 angewandten Verfahren zur Erzeugung von ersten und zweiten Projektionsmessdatensätzen PMD1, PMD2 verwendet, welche den jeweiligen unterschiedlichen Röntgenenergiespektren R_E1 , R_E2 zugeordnet sind.
Bei dem Schritt 1.IV wird dann auf Basis der individuellen Bildgebungsparameter A, KM automatisiert ein niedrigerer Energiewert E₃ ermittelt, welcher ein verbessertes Kontrast-Rauschverhältnis erwarten lässt. Dieser Energiewert E₃ kann zum Beispiel für ein Angiographieverfahren bei 50 keV und für eine Standard-Abdomenuntersuchung bei 70 keV liegen. Die Berechnung kann durch ein Ermittlungsverfahren erfolgen, das auf einem Auto-kV-Algorithmus basiert, allerdings werden anstatt Röhrenspannungen nun virtuelle Energien berechnet. Deshalb wird in diesem Zusammenhang von einem Auto-keV-Algorithmus gesprochen.
Bei dem Schritt 1.V werden weiterhin aus den erfassten Röntgenprojektionsmessdaten PMD1, PMD2 pseudo-monoenergetische Bilddaten BD(E₃) rekonstruiert, deren zugeordnete virtuelle Röntgenenergie im Vergleich zu den mittleren Energien E₁ , E₂ der ersten und zweiten Röntgenenergiespektren einen niedrigen Energiewert E₃ aufweist.
Anschließend wird bei dem Schritt 1.VI auf die gewonnenen monoenergetischen Bilddaten BD(E₃) ein Filterverfahren angewandt, mit dem das Bildrauschen der gewonnenen pseudo-monoenergetischen Bilddaten BD(E3) reduziert wird. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in DE 10 2011 083 727 A1 beschrieben, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Patentanmeldung mit einbezogen ist. Die so erhaltenen gefilterten monoenergetischen Bilddaten FBD(E₃) bei niedrigen Energien E₃ haben bei gängigen Dual-Source-CT-Geräten wie dem SOMATOM Definition Flash ein höheres Kontrast-Rauschverhältnis als Bilder, die direkt durch Einzel-Energie-Aufnahmetechniken bei niedrigen Röhrenspannungen gewonnen wurden. Dabei erhöht sich im Vergleich zu Einzel-Energie-Bildaufnahmen in Abhängigkeit von der Phantomgröße das Kontrast-Rauschverhältnis um 20-50 %, was direkt in eine entsprechende Reduktion der Strahlendosis umgesetzt werden kann.
Bei dem Schritt 1.VII erfolgt eine Ausgabe der gefilterten Bilddaten FBD(E₃) zum Beispiel an eine Datenbank oder auf einem Ausgabebildschirm.
Bei dem CT-Bildgebungsverfahren, wie es im Zusammenhang mit der 1 beschrieben wurde, erfolgt eine individuell abgestimmte Ermittlung eines virtuellen Röntgenspektrums, welches an Bildgebungsparameter und Patientenparameter angepasst ist. Die dadurch erzeugte Bilddarstellung kann im Vergleich zu den bei Standardenergien E₁ , E₂ aufgenommenen Bildinformationen hinsichtlich unterschiedlicher Parameter verbessert sein.
Beispielsweise kann ein verbesserter Bildkontrast erreicht werden und/oder die benötigte Kontrastmittelmenge reduziert sein. Auch die benötigte Strahlungsdosis kann unter ein vorbestimmtes Maß reduziert werden. Dabei werden anstatt der Einstellung der Röhrenspannung der Röntgenquelle auf niederenergetische Werte erst bei der Berechnung der Bildinformation die individuellen Bildgebungsparameter berücksichtigt, so dass eine Anpassung auf der Hardwareebene nicht nötig ist.
Weiterhin lässt sich auch das Problem der beschränkten Röntgenröhrenleistung, insbesondere bei niedrigen Energien umgehen, da die Adaption an die individuellen Bildgebungsparameter erst bei der Auswertung der erfassten Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 erfolgt und nicht im Zuge einer Vorbereitung eines Bildgebungsprozesses durch Änderungen von Einstellparametern des CT-Bildgebungssystems selbst. Mithin wird eine größere Freiheit bei der Wahl der Energie des einer Bilddarstellung letztlich zugrundeliegenden virtuellen Röntgenspektrums R_E3 erzielt, was zu einer verbesserten Bildqualität beiträgt.
In 2 ist eine Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Die Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 umfasst eine Eingabeschnittstelle 25, mit der Informationen, welche Auskunft über das Absorptionsverhalten eines zu untersuchenden Bereichs FOV eines Patienten geben, insbesondere Abmessungsparameterwerte A, sowie Informationen hinsichtlich der Art AB des angewendeten Bildgebungsverfahrens und des vor einem Bildgebungsverfahren vorab dem Patienten verabreichten Kontrastmittels KM erfasst werden. Von der Eingabeschnittstelle 25 werden die erfassten Daten A, AB, KM an eine Energiespektrum-Ermittlungseinheit 26 übermittelt.
Die Energiespektrum-Ermittlungseinheit 26 ermittelt mit Hilfe eines Auto-keV-Algorithmus auf Basis von voreingestellten Werten E1, E2 für mittlere Energien E₁ eines ersten Röntgenenergiespektrums R_E1 und einer zweiten mittleren Energie E₂ eines zweiten Röntgenenergiespektrums R_E2 sowie der eingegebenen Daten A, AB, KM einen dritten Röntgenenergiewert E₃ , zu dem mit Hilfe der Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 sogenannte pseudo-monoenergetische Bilddaten BD(E₃) ermittelt werden sollen.
Der Energiewert E₃ kann zum Beispiel derart gewählt werden, dass für ein gewünschtes Bildkontrast/Rauschverhältnis eine reduzierte benötigte Strahlendosis bei der Bildaufnahme erreicht wird. D.h., es ist nun möglich, bei den standardmäßig gewählten Werten der ersten und zweiten mittleren Energien E₁ , E₂ eine geringere Strahlendosis zu verwenden, weil die dritte mittlere Energie E₃ entsprechend niedriger gewählt wird.
Eine Steuerungseinheit 27 erzeugt nun auf Basis der ersten und zweiten Energiewerte E₁ , E₂ Ansteuerungssignale AS, die an eine Steuerschnittstelle 34 (siehe 3) des zugehörigen CT-Systems übermittelt werden. Weiterhin werden die ermittelten Werte der ersten und zweiten mittleren Energien E₁ , E₂ sowie der dritten Energie E₃ an eine noch zu erläuternde Rekonstruktionseinheit 22 sowie eine noch zu erläuternde Filtereinheit 23 übermittelt.
Die in 2 gezeigte Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 umfasst außerdem eine Projektionsmessdatenerfassungseinheit 21. Die Projektionsmessdatenerfassungseinheit 21 dient dem Erfassen von Röntgenprojektionsmessdaten PMD1, PMD2 mit unterschiedlichen Energiespektren E₁ , E₂ von einem Untersuchungsbereich FOV eines Untersuchungsobjekts O während des eigentlichen Bildgebungsprozesses oder auch aus einer Datenbank, in der die Röntgenprojektionsmessdaten PMD1, PMD2 abgespeichert wurden. Die Röntgenprojektionsmessdaten PMD1, PMD2 werden bei dem Bildgebungsprozess dadurch erzeugt, dass der Untersuchungsbereich FOV mit Röntgenstrahlen mit ersten und zweiten Röntgenenergiespektren R_E1 , R_E2 beaufschlagt wird und die transmittierten Röntgenstrahlen von voneinander getrennten Detektoren (siehe Detektoren 16a, 16b in 3) erfasst werden. Die von den Detektoren erzeugten und von der Projektionsmessdatenerfassungseinheit 21 erfassten Röntgenprojektionsmessdaten PMD1, PMD2 werden anschließend an eine Bilddatenrekonstruktionseinheit 22 weitergeleitet, welche daraus pseudo-monoenergetische Bilddaten BD (E₃) rekonstruiert.
Die Bilddatenrekonstruktionseinheit 22 umfasst eine Einzelbilddatenrekonstruktionseinheit 22a. Mit Hilfe der Einzelbilddatenrekonstruktionseinheit 22a werden zunächst Einzelbilder BD(E₁), BD(E₂) für das erste Röntgenenergiespektrum R_E1 und das zweite Röntgenenergiespektrum R_E1 bzw. die dazugehörigen ersten Röntgenprojektionsmessdaten PMD1 und die zweiten Röntgenprojektionsmessdaten PMD2 rekonstruiert. Anschließend werden diese Einzelbilder BD(E₁), BD(E₂) an eine Bildmischeinheit 22b übermittelt, welche auf Basis der Einzelbilder BD(E₁), BD(E₂) ein erstes pseudo-monoenergetisches Mischbild BDM₁ = BD(E₃) nach der folgenden Formel erzeugt: $BD (E_{3}) = w (E_{3}) \cdot BD (E_{1}) + (1 - w (E_{3})) \cdot BD (E_{2}) .$
Dabei ist die Komposition w (E₃ ) eine Funktion einer virtuellen Energie E₃ . Die pseudo-monoenergetischen Bilddaten BDM₁ = BD(E₃) sind dieser dritten virtuellen Röntgenenergie E₃ zugeordnet.
Anschließend werden die erzeugten gemischten pseudo-monoenergetischen Bilddaten BDM₁ an eine Filtereinheit 23 übermittelt, welche das Bildrauschen in den erzeugten gemischten Bilddaten BDM₁ reduziert. Die Filterung wird dadurch erreicht, dass mindestens ein weiteres Mischbild BDM₂ bzw. im allgemeinen Fall (m-1) zusätzliche Mischbilder BDM₂ ... BDM_m auf Basis der Einzelbilder BD(E₁), BD(E₂) mit Koeffizienten c₁ , c₂ erzeugt werden, welche sich von den beiden Koeffizienten w(E₃) und (1-w(E₃)) und auch untereinander zumindest in einem Koeffizienten unterscheiden. Anschließend erfolgt eine Erzeugung von gefilterten Bilddaten FBD(E₃) gemäß: $FBD (E_{3}) = {FBDM}_{1} = \sum_{j < = m} g_{j} (r) F_{j} {BDM}_{j} .$
Dabei ist FBDM₁ das gefilterte erste Mischbild BDM₁ . Die Skalierungsfunktion g₁ (r) hat den Wert 1 und die übrigen Skalierungsfunktionen g_j(r) sind derart definiert, dass am Ort r ein Bild bzw. ein Intensitätswert entsteht, der dem des ersten Mischbildes BDM₁ , abgesehen vom Rauschen, entspricht. Die Filter F_j sind Spektralfilter und sind wie folgt definiert: $\sum_{j < = m} F_{j} = 1,$
wobei die einzelnen Spektralfilter F_j die Mischbilder jeweils in Frequenzbänder bzw. Energieanteile zerlegen und dem ersten Spektralfilter F₁ ein Tiefpassfilter entspricht, der die Frequenz f = 0 bzw. die zugehörige Energie E = 0 in voller Stärke enthält.
Wie bereits erwähnt, wird ein solches Filterverfahren in DE 10 2011 083 727 A1 beschrieben. Auch in den Anmeldungen mit den Anmeldenummern 10 2015 223 601.4 und in 10 2015 223 606.4 beim Deutschen Patent- und Markenamt sind Filterverfahren zur Reduktion des Rauschens in Röntgenbildern beschrieben.
Die gefilterten, vom Rauschen weitgehend befreiten Bilddaten FBD(E₃) werden anschließend an eine Ausgabeschnittstellte 24 übermittelt, von der die gefilterten Bilddaten FBD(E₃) beispielsweise an eine Datenspeichereinheit (siehe 3, Datenspeichereinheit 32) ausgegeben werden oder an eine Anzeigeeinheit übermittelt werden, auf der sie bildlich dargestellt werden.
In 3 ist ein Computertomographiesystem 1 gezeigt, welches die in 2 gezeigte Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 umfasst. Das CT-System 1, welches als Dual-Energie-CT-System ausgebildet ist, besteht dabei im Wesentlichen aus einem üblichen Scanner 10, in welchem an einer Gantry 11 eine Projektionsmessdatenakquisitionseinheit 5 mit zwei Detektoren 16a, 16b und zwei den Detektoren 16a, 16b gegenüberliegenden Röntgenquellen 15a, 15b um einen Messraum 12 umläuft. Vor dem Scanner 10 befindet sich eine Patientenlagerungseinrichtung 3 bzw. ein Patiententisch 3, dessen oberer Teil 2 mit einem darauf befindlichen Patienten O zum Scanner 10 verschoben werden kann, um den Patienten O durch den Messraum 12 hindurch relativ zum Detektorsystem 16a, 16b zu bewegen. Angesteuert werden der Scanner 10 und der Patiententisch 3 durch eine Steuereinrichtung 30, von der aus über eine übliche Steuerschnittstelle 34 Akquisitionssteuersignale AS kommen, um das gesamte System gemäß vorgegebener Messprotokolle in der herkömmlichen Weise anzusteuern. Im Fall einer Spiralakquisition ergibt sich durch eine Bewegung des Patienten O entlang der z-Richtung, welche der Systemachse z längs durch den Messraum 12 entspricht, und den gleichzeitigen Umlauf der Röntgenquellen 15a, 15b für die Röntgenquellen 15a, 15b relativ zum Patienten O während der Messung eine Helixbahn. Parallel laufen dabei immer gegenüber den Röntgenquellen 15a, 15b die Detektoren 16a, 16b mit, um Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 zu erfassen, die dann zur Rekonstruktion von Volumen- und/oder Schicht-Bilddaten genutzt werden. Ebenso kann auch ein sequentielles Messverfahren durchgeführt werden, bei dem eine feste Position in z-Richtung angefahren wird und dann während eines Umlaufs, eines Teilumlaufs oder mehrerer Umläufe an der betreffenden z-Position die erforderlichen Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 erfasst werden, um ein Schnittbild an dieser z-Position zu rekonstruieren oder um aus den Projektionsmessdaten mehrerer z-Positionen Bilddaten zu rekonstruieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auch an anderen CT-Systemen, z.B. mit nur einer Röntgenquelle oder einem einen vollständigen Ring bildenden Detektor, einsetzbar. Beispielsweise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf ein System mit unbewegtem Patiententisch und in z-Richtung bewegter Gantry (einer sogenannten Sliding Gantry) anwenden.
Die von den Detektoren 16a, 16b akquirierten Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 (im Folgenden auch Rohdaten genannt) werden über eine Rohdatenschnittstelle 33 an die Steuereinrichtung 30 übergeben. Diese Rohdaten werden dann, gegebenenfalls nach einer geeigneten Vorverarbeitung in einer Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 weiterverarbeitet, die in diesem Ausführungsbeispiel in der Steuereinrichtung 30 in Form von Software auf einem Prozessor realisiert ist. Diese Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 rekonstruiert auf Basis der Rohdaten PMD1, PMD2 pseudo-monoenergetische Bilddaten FBD (E₃) mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der genaue Aufbau einer solchen Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 ist in 2 ausführlich dargestellt.
Die von der Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 erzeugten pseudo-monoenergetischen Bilddaten FBD(E₃) werden dann in einem Speicher 32 der Steuereinrichtung 30 hinterlegt und/oder in üblicher Weise auf dem Bildschirm der Steuereinrichtung 30 ausgegeben. Sie können auch über eine in 3 nicht dargestellte Schnittstelle in ein an das Computertomographiesystem 1 angeschlossenes Netz, beispielsweise ein radiologisches Informationssystem (RIS), eingespeist und in einem dort zugänglichen Massenspeicher hinterlegt oder auf dort angeschlossenen Druckern oder Filming-Stationen als Bilder ausgegeben werden. Die Daten können so in beliebiger Weise weiterverarbeitet und dann gespeichert oder ausgegeben werden. Über die Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 erfolgt auch eine Ermittlung von geeigneten Ansteuerparametern bzw. Ansteuersignalen AS auf der Basis von vorab eingegebenen Daten, insbesondere von Abmessungsparameterwerten A und Informationen AB über die Art der Bildgebung. Die Ansteuersignale AS werden anschließend an die genannte Steuerschnittstelle 34 übermittelt. Von dort werden dann die direkt an der Bildgebung beteiligten Einheiten, wie zum Beispiel die Röntgenquellen 15a, 15b, die Detektoren 16a, 16b, die Patientenliege 3 usw. angesteuert
Zusätzlich ist in der 3 auch eine Kontrastmittel-Injektionseinrichtung 35 eingezeichnet, mit der dem Patienten O ein Kontrastmittel vorab, d.h. vor dem Start des CT-Bildgebungsverfahrens injiziert wird. Die Menge des genutzten Kontrastmittels kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Bildgebungsverfahrens minimiert werden, so dass Belastungen des Patienten durch Nebenwirkungen von Kontrastmitteln ebenfalls reduziert sind.
Die Komponenten der Bilddatenerzeugungseinrichtung 20 können überwiegend oder vollständig in Form von Softwareelementen auf einem geeigneten Prozessor realisiert sein. Insbesondere können auch die Schnittstellen zwischen diesen Komponenten rein softwaremäßig ausgebildet sein. Erforderlich ist lediglich, dass Zugriffsmöglichkeiten auf geeignete Speicherbereiche bestehen, in denen die Daten geeignet zwischengelagert und jederzeit wieder aufgerufen und aktualisiert werden können.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte 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. So wurden das Verfahren und die Bilddatenerzeugungseinrichtung in erster Linie anhand eines Systems zur Aufnahme von medizinischen Bilddaten erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Anwendung im medizinischen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung kann auch grundsätzlich auf die Aufnahme von Bildern für andere Zwecke angewandt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011083727 A1 [0057, 0072]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Alvarez R.E. and Macovski A. „Energy-selective reconstructions in x-ray computed tomography“, Phys. Med. Biol. 21, 733-744 (1976) [0020]
K.L. Grant et al. „Assessment of an Advanced Image-Based Technique to Calculate Virtual Monoenergetic Computed Tomographie Images From a Dual-Energy Examination to Improve Contrast-To-Noise Ratio in Examinations Using Iodinated Contrast Media“, Investigative Radiology 2014 [0021]

Claims

Röntgenbildgebungsverfahren, vorzugsweise CT-Röntgenbildgebungsverfahren, zum Erzeugen von Bilddaten (FBD(E₃)) von einem Untersuchungsbereich (FOV) eines zu untersuchenden Objekts (O), aufweisend die Schritte: - Ermitteln eines individuellen Bildgebungsprotokolls (IPD) für eine Bildgebung des zu untersuchenden Objekts (O), - Erfassen von ersten Röntgenprojektionsmessdaten (PMD1) mit einem ersten Röntgenenergiespektrum (R_E1) und von mindestens zweiten Röntgenprojektionmessdaten (PMD2) mit einem zweiten Röntgenenergiespektrum (R_E2) von dem Untersuchungsbereich (FOV), - Automatisiertes Ermitteln eines dritten Röntgenenergiespektrums (R_E3) mit einer dritten mittleren Energie (E₃), vorzugsweise einem einzelnen dritten Energiewert, auf Basis des individuellen Bildgebungsprotokolls, - Rekonstruieren von vorzugsweise pseudo-monoenergetischen Bilddaten (BD(E₃), FBD(E₃)), welche dem dritten Röntgenenergiespektrum (R_E3) mit der dritten mittleren Energie (E₃), vorzugsweise einem einzelnen dritten Energiewert (E₃), zugeordnet sind, auf Basis der erfassten ersten und mindestens zweiten Röntgenprojektionsmessdaten (PMD1, PMD2) sowie des ermittelten Bildgebungsprotokolls.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein niedrigerer dritter mittlerer Energiewert (E₃) im Vergleich zu dem ersten (E₁) und dem zweiten Energiewert (E₂) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der dritte mittlere Energiewert (E₃) derart gewählt wird, dass im Vergleich zu einer Bilddarstellung mit dem ersten (E₁) oder zweiten Energiewert (E₂) ein verbessertes Kontrast-Rauschverhältnis erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bildgebungsprotokoll (IPD) mindestens einen der folgenden wählbaren Parameter umfassen: - die Patientengeometrie (A), - die Art (AB) der geplanten Untersuchung, - eine vorbestimmte Bildqualität, - eine maximale Strahlendosis.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Art (AB) der geplanten Untersuchung eine der folgenden Untersuchungsarten umfasst: - die Aufnahme von kontrastverstärkten Bilddaten, - eine Bildaufnahme ohne Kontrastmittel (KM), - eine Untersuchung eines Parenchymorgans mit Kontrastmittel (KM), - CT-Angiographie.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der dritte mittlere Energiewert (E₃) derart gewählt wird, dass die bei der Aufnahme benötigte Strahlungsdosis reduziert werden kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der dritte mittlere Energiewert (E₃) derart gewählt wird, dass die bei der Aufnahme benötigte Kontrastmitteldosis reduzierbar ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das automatisierte Ermitteln des dritten mittleren Energiewerts (E₃) durch einen Auto-keV-Algorithmus erfolgt, welcher auf einem Auto-kV-Algorithmus basiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für den Fall, dass eine Aufnahme ohne Kontrastmittel erfolgt, als dritter Energiewert (E₃) ein möglichst hoher Energiewert gewählt wird.
Bilddatenerzeugungseinrichtung (20), aufweisend: - eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines individuellen Bildgebungsprotokolls (IPD) für eine Bildgebung eines zu untersuchenden Objekts (O), - eine Steuerungseinheit (27) zum Ansteuern einer oder mehrerer Röntgenquellen (15a, 15b) eines CT-Systems (1) derart, dass Röntgenstrahlen mit einem ersten Röntgenenergiespektrum (R_E1) und einem zweiten Röntgenenergiespektrum (R_E2) jeweils mit einer ersten und einer zweiten mittleren Energie (E₁, E₂) erzeugt werden, - eine Projektionsmessdatenerfassungseinheit (21) zum Erfassen von ersten Röntgenprojektionsmessdaten (PMD1) mit dem ersten Röntgenenergiespektrum (R_E1) und von zweiten Projektionsmessdaten (PMD2) mit dem zweiten Röntgenenergiespektrum (R_E2) von einem Untersuchungsbereich (FOV) eines Untersuchungsobjekts (O), - eine Energiespektrum-Ermittlungseinheit (26) zum automatisierten Ermitteln eines dritten Röntgenenergiespektrums (R_E3), mit einem dritten mittleren Energiewert (E₃), auf Basis des ermittelten individuellen Bildgebungsprotokolls (IPD), - eine Bilddatenrekonstruktionseinheit (22) zum Rekonstruieren von vorzugsweise pseudo-monoenergetischen Bilddaten (BD(E₃), BDM₁), welche dem dritten Röntgenenergiespektrum (R_E3), vorzugsweise einem einzelnen dritten Röntgenenergiewert (E₃), zugeordnet sind, auf Basis der erfassten ersten und mindestens zweiten Röntgenprojektionsmessdaten (PMD1, PMD2).
Computertomographiesystem (1), aufweisend eine Bilddatenerzeugungseinrichtung (20) nach Anspruch 10.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinheit einer Bilddatenerzeugungseinrichtung (20) nach Anspruch 10 ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Bilddatenerzeugungseinrichtung (20) ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Prozesseinheit einer Bilddatenerzeugungseinrichtung (20) nach Anspruch 10 einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Prozesseinheit der Bilddatenerzeugungseinrichtung (20) ausgeführt werden.