DE102019210204A1

DE102019210204A1 - Verfahren zum Korrigieren von Streustrahlung in einem Computertomographen und Computertomograph

Info

Publication number: DE102019210204A1
Application number: DE102019210204.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Erler
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-01-14
Also published as: US20210007692A1; US11253215B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren von Streustrahlung in einem Computertomographen (1), wobei eine von einer Röntgenstrahlungsquelle (2) ausgehende Röntgenstrahlung (9) mittels einer Gitterstruktur (4) in mehrere Teilstrahlen (20) aufgeteilt wird, sodass sich bestrahlte Bereiche (21) und unbestrahlte Bereiche (22) abwechseln, wobei eine Gitterposition (10) der Gitterstruktur (4) parallel zu einer Detektoroberfläche (11) in Richtung einer Gitterperiode (35) verändert wird, sodass in einer geänderten Gitterposition (10) vorher unbestrahlte Bereiche (22) zumindest teilweise bestrahlt und vorher bestrahlte Bereiche (21) zumindest teilweise nicht bestrahlt werden, wobei für die Gitterpositionen (10) jeweils mindestens ein Durchstrahlungsbild (12) des Messobjektes (7) erfasst wird, wobei aus den jeweils bei unterschiedlichen Gitterpositionen (10) erfassten Durchstrahlungsbildern (12) aus den jeweils bestrahlten Bereichen (21) mindestens ein Hellfelddurchstrahlungsbild (13) und aus den jeweils unbestrahlten Bereichen (22) mindestens ein Dunkelfelddurchstrahlungsbild (14) erzeugt werden, und wobei mindestens ein korrigiertes Durchstrahlungsbild (15) auf Grundlage des Hellfelddurchstrahlungsbildes (13) und des Dunkelfelddurchstrahlungsbildes (14) erzeugt und bereitgestellt wird.Ferner betrifft die Erfindung einen Computertomographen (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren von Streustrahlung in einem Computertomographen und einen Computertomographen.
Beim Vermessen von Objekten mittels der Computertomographie wird ein Messobjekt mit Röntgenstrahlung durchstrahlt. Die von einem Brennfleck einer Röntgenstrahlungsquelle ausgehende Röntgenstrahlung wird hierbei durch das Messobjekt hindurch auf einen Röntgendetektor gerichtet. Mit dem Röntgendetektor wird ortsaufgelöst eine Röntgenintensität der Röntgenstrahlung nach einem Durchtritt durch das Messobjekt in Form eines Durchstrahlungsbildes erfasst. Hierbei wird jedoch nicht nur Röntgenstrahlung, die auf geradlinigem Weg vom Brennfleck auf ein jeweiliges Detektorelement des Röntgendetektors trifft, sondern auch eine Streustrahlung erfasst, die in benachbarten Volumenelementen erzeugt wird und einen anderen Weg zum Detektorelement zurückgelegt hat. Hierdurch werden erfasste Durchstrahlungsbilder verfälscht, denn die Streustrahlung erhöht einen Signaluntergrund, ein Rauschen in einer Projektion bzw. einem Durchstrahlungsbild und erzeugt ferner unerwünschte Artefakte in einem rekonstruierten Objektvolumen. Insbesondere kann dies zu Abweichungen einer absoluten Materialdichte im rekonstruierten Objektvolumen führen. Besonders im Bereich der industriellen Computertomographie, wo Werkstücke präzise vermessen und geprüft werden sollen, stellt dies ein Problem dar. Daher wird versucht, Streustrahlungseffekte in erfassten Durchstrahlungsbildern zu minimieren bzw. zu korrigieren.
Aus der DE 10 2011 006 660 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erstellung von Röntgenbildern von Objekten bekannt, bei denen infolge von Streustrahlung bewirkte Artefakte korrigiert werden. Dazu wird ein Modulatorfeld verwendet, das von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist. Hierdurch wechseln sich Modulatorfeldbereiche mit kleinem und hierzu relativ großem Röntgenstrahlungs-Abschwächungskoeffizienten gegenseitig ab. In jeder der beiden Positionen wird jeweils eine ursprüngliche amplitudenmodulierte Projektion des Objekts erzeugt und jeweils ein der Projektion zugeordnetes Streubild berechnet.
Aus der DE 10 2011 087 806 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Röntgenbildgebung mit einem kegelförmigen Röntgenstrahlbündel bekannt, bei dem das Röntgenstrahlbündel vor dem Durchtritt durch das Untersuchungsvolumen in mehrere Teilstrahlen aufgerastert wird, sodass sich in einer ersten Aufnahmegeometrie bestrahlte Bereiche des Untersuchungsvolumens mit unbestrahlten Bereichen abwechseln. Anschließend werden eine oder mehrere weitere Aufnahmegeometrien eingestellt, in denen die vorher unbestrahlten Bereiche bestrahlt und die vorher bestrahlten Bereiche zumindest teilweise nicht bestrahlt werden. Das Röntgenbild wird dann aus den Messwerten bei der ersten und der einen oder den mehreren weiteren Aufnahmegeometrien erzeugt. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass ein Streuanteil eines bestrahlten Bereichs auf Grundlage einer Messung eines zur selben Zeit unbestrahlten Bereichs ermittelt wird.
Insbesondere bei großen Gradienten der Streustrahlung entlang eines Erfassungsbereichs eines Röntgendetektors liefern die bekannten Verfahren nur unbefriedigende Ergebnisse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Korrigieren von Streustrahlung in einem Computertomographen und einen Computertomographen zu schaffen, mit denen eine Streustrahlung, insbesondere im Hinblick auf eine sich örtlich stark ändernde Streustrahlung, verbessert korrigiert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Computertomographen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung sieht vor, eine von einer Röntgenstrahlungsquelle ausgehende Röntgenstrahlung vor einem Hindurchtreten durch ein Messobjekt mittels einer Gitterstruktur in mehrere Teilstrahlen aufzuteilen und hierdurch bestrahlte und unbestrahlte Bereiche des Messobjektes bzw. bestrahlte und unbestrahlte Bereiche in einem Erfassungsbereich einer Detektorfläche eines Röntgendetektors zu schaffen. Durch Verändern einer Gitterposition der Gitterstruktur in Richtung einer Gitterperiode parallel zu der Detektorfläche können die bestrahlten und unbestrahlten Bereiche verschoben werden. Dies erfolgt derart, dass nach Verändern der Gitterposition vorher bestrahlte Bereiche zumindest teilweise unbestrahlt sind und vorher unbestrahlte Bereiche zumindest teilweise bestrahlt werden. Für jede der Gitterpositionen wird mindestens ein Durchstrahlungsbild mittels des Röntgendetektors erfasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für jede Gitterposition ein vollständiger Satz an Durchstrahlungsbildern bei sich drehendem Objekt erfasst wird. In dem vollständigen Satz korrespondiert jeweils ein Durchstrahlungsbild mit einer bestimmten Drehwinkelposition eines Drehtisches bzw. des Messobjektes. Aus den jeweils bei unterschiedlichen Gitterpositionen erfassten Durchstrahlungsbildern wird aus den jeweils bestrahlten Bereichen mindestens ein Hellfelddurchstrahlungsbild erzeugt. Entsprechend wird aus den jeweils unbestrahlten Bereichen mindestens ein Dunkelfelddurchstrahlungsbild erzeugt. Das Hellfelddurchstrahlungsbild umfasst hierbei sowohl ein Signal einer Primärstrahlung der Röntgenstrahlungsquelle, welche auf geradlinigem Weg durch das Messobjekt hindurchgetreten ist, als auch ein Signal einer Streustrahlung bzw. Sekundärstrahlung, welche durch Streuung der Primärstrahlung entstanden ist. Das Signal der Streustrahlung bzw. Sekundärstrahlung ist hierbei reduziert um den Anteil, der von der Gitterstruktur abgedeckt wird. Das Dunkelfelddurchstrahlungsbild umfasst hingegen lediglich ein Signal der nicht auf geradlinigem Weg zum jeweiligen Detektorelement gelangenden Streustrahlung bzw. Sekundärstrahlung, wobei das Signal ebenfalls reduziert ist um den Anteil, der von der Gitterstruktur abgedeckt wird. Anschließend wird mindestens ein korrigiertes Durchstrahlungsbild auf Grundlage des erzeugten mindestens einen Hellfelddurchstrahlungsbildes und des erzeugten mindestens einen Dunkelfelddurchstrahlungsbildes erzeugt und bereitgestellt. Dies erfolgt insbesondere durch Subtraktion des Dunkelfelddurchstrahlungsbildes von dem zugehörigen Hellfelddurchstrahlungsbild. Das mindestens eine korrigierte Durchstrahlungsbild ist anschließend um die Streustrahlung korrigiert. Insbesondere ist vorgesehen, dass sämtliche von dem Messobjekt in unterschiedlichen Drehwinkelpositionen des Drehtisches bzw. des Messobjekts erfassten Durchstrahlungsbilder auf diese Weise korrigiert werden. Ein aus den korrigierten Durchstrahlungsbildern rekonstruiertes Objektvolumen ist in der Folge ebenfalls um die Streustrahlung korrigiert.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Streustrahlung für sämtliche Bereiche direkt erfasst und bestimmt werden kann. Eine Korrektur der Streustrahlung ist daher verbessert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass es nicht notwendig ist, ein Durchstrahlungsbild ohne Gitterstruktur zu erfassen. Sämtliche Durchstrahlungsbilder werden mit im Strahlengang angeordneter Gitterstruktur erfasst. Das Vermessen eines Messobjekts kann daher deutlich schneller erfolgen, da ein Bereitstellen bzw. ein Einbau und Ausbau des Gitters nicht notwendig sind. Besonders bei einer Anwendung in der Inlinekontrolle im Produktionsbereich führt dies zu einer Zeit- und Kostenersparnis.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Korrigieren von Streustrahlung in einem Computertomographen zur Verfügung gestellt, wobei eine von einer Röntgenstrahlungsquelle ausgehende Röntgenstrahlung vor einem Hindurchtreten durch ein Messobjekt mittels einer Gitterstruktur in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird, sodass sich bestrahlte Bereiche und unbestrahlte Bereiche des Messobjekts abwechseln, wobei eine Gitterposition der Gitterstruktur parallel zu einer Detektoroberfläche in Richtung einer Gitterperiode verändert wird, sodass in einer geänderten Gitterposition vorher unbestrahlte Bereiche zumindest teilweise bestrahlt und vorher bestrahlte Bereiche zumindest teilweise nicht bestrahlt werden, wobei für die Gitterpositionen jeweils mindestens ein Durchstrahlungsbild des Messobjektes erfasst wird,
wobei aus den jeweils bei unterschiedlichen Gitterpositionen erfassten Durchstrahlungsbildern aus den jeweils bestrahlten Bereichen mindestens ein Hellfelddurchstrahlungsbild und aus den jeweils unbestrahlten Bereichen mindestens ein Dunkelfelddurchstrahlungsbild erzeugt werden, und wobei mindestens ein korrigiertes Durchstrahlungsbild auf Grundlage des erzeugten mindestens einen Hellfelddurchstrahlungsbildes und des erzeugten mindestens einen Dunkelfelddurchstrahlungsbildes erzeugt und bereitgestellt wird.
Ferner wird insbesondere ein Computertomograph geschaffen, umfassend eine Röntgenstrahlungsquelle, einen Röntgendetektor, eine Gitterstruktur, und eine Steuereinrichtung, wobei die Gitterstruktur derart zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist, dass eine von der Röntgenstrahlungsquelle ausgehende Röntgenstrahlung vor einem Hindurchtreten durch ein Messobjekt mittels der Gitterstruktur in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird, sodass sich bestrahlte Bereiche und unbestrahlte Bereiche des Messobjekts abwechseln, und wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, eine Gitterposition der Gitterstruktur parallel zu einer Detektoroberfläche in Richtung einer Gitterperiode durch Ansteuern zu verändern, sodass in einer geänderten Gitterposition vorher unbestrahlte Bereiche zumindest teilweise bestrahlt und vorher bestrahlte Bereiche zumindest teilweise nicht bestrahlt werden, und aus jeweils bei unterschiedlichen Gitterpositionen erfassten Durchstrahlungsbildern aus den bestrahlten Bereichen mindestens ein Hellfelddurchstrahlungsbild und aus den unbestrahlten Bereichen mindestens ein Dunkelfelddurchstrahlungsbild zu erzeugen, und mindestens ein korrigiertes Durchstrahlungsbild auf Grundlage des erzeugten mindestens einen Hellfelddurchstrahlungsbildes und des erzeugten mindestens einen Dunkelfelddurchstrahlungsbildes zu erzeugen und bereitzustellen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest das mindestens eine Hellfelddurchstrahlungsbild einen gesamten Erfassungsbereich des Röntgendetektors abdeckt, sodass ein vollständiges Durchstrahlungsbild bereitgestellt werden kann.
Der Computertomograph ist insbesondere ein Computertomograph aus dem Bereich der industriellen Messtechnik, das heißt der Computertomograph ist insbesondere dazu eingerichtet, Werkstücke zu vermessen und zu prüfen.
Die Gitterstruktur weist eine ein- oder zweidimensionale Anordnung aus Gitterelementen auf. Bevorzugt weist die Gitterstruktur eine eindimensionale Anordnung von Gitterelementen auf. Einzelne Gitterelemente der Gitterstruktur können insbesondere aus Wolfram bestehen. Wolfram hat den Vorteil, dass es Röntgenstrahlung stark absorbiert, das heißt einen relativ großen Absorptionskoeffizienten aufweist. Hierdurch kann insbesondere eine Gitterstruktur mit einer möglichst kleinen Gitterperiode der Gitterelemente verwendet werden. Weitere Vorteile sind eine große Steifigkeit und relativ geringe Anschaffungskosten. Prinzipiell können jedoch auch andere geeignete Werkstoffe verwendet werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Computertomograph eine Positioniereinrichtung aufweist, wobei die Positioniereinrichtung derart ausgebildet ist, die Gitterstruktur in den Gitterpositionen gesteuert anordnen zu können. Die Steuereinrichtung steuert die Positioniereinrichtung beispielsweise durch Bereitstellen von Steuersignalen. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Positioniereinrichtung ferner derart ausgebildet ist, die Gitterstruktur aus einem Strahlengang des Computertomographen entfernen und wieder in diesem anordnen zu können. Auf diese Weise kann die Gitterstruktur, wenn diese nicht benötigt wird, in einer Parkposition angeordnet werden.
Teile der Steuereinrichtung können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Erfassen der Durchstrahlungsbilder unbestrahlte Bereiche und bestrahlte Bereiche jeweils teilweise maskiert werden. Maskiert bedeutet hierbei, dass nicht von allen Detektorelementen die erfassten Messwerte berücksichtigt werden. Auf Grund einer endlichen Ausdehnung des Brennflecks wird die Gitterstruktur unscharf auf den Erfassungsbereich einer Detektorfläche des Röntgendetektors abgebildet. Daher ist an Übergängen zwischen bestrahlten und unbestrahlten Bereichen eine scharfe Trennung zwischen bestrahltem und unbestrahltem Bereich nicht möglich. Vielmehr erfolgt ein stetig verlaufender Übergang zwischen bestrahltem und unbestrahlten Bereich. Um die Bereiche dennoch scharf trennen zu können, wird die Unschärfe beim Maskieren berücksichtigt, sodass nur Bereiche, die außerhalb des Unschärfebereichs liegen, verwendet werden. Das Maskieren erfolgt hierbei insbesondere nicht physisch, sondern lediglich logisch, beispielsweise indem erfasste Messwerte von Detektorelementen in maskierten Bereichen nach dem Auslesen verworfen werden und nur diejenigen Messwerte der nicht maskierten Detektorelemente verwendet werden. Es wird somit für die bestrahlten Bereiche eine Hellfeldmaske und für die unbestrahlten Bereiche eine Dunkelfeldmaske definiert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass jeweils nur die Hälfte der in einem bestrahlten oder unbestrahlten Bereich liegenden Detektorelemente berücksichtigt wird.
Durch das Maskieren im unbestrahlten Bereich kann darüber hinaus auch eine unerwünschte Berücksichtigung der Punktbildverwaschung (engl. Pointspreadfunction) welche detektorabhängig ist, zwischen erfassten Bildwerten einzelner Detektorelemente des Röntgendetektors reduziert werden. Ein Röntgenphoton erzeugt in einem Szintillationsmaterial des Röntgendetektors in der Regel eine Vielzahl von Photonen. Die Photonen werden hierbei in alle Raumrichtungen emittiert. Die emittierten Photonen werden daher von mehreren benachbarten Detektorelementen registriert. Hierdurch findet eine Verwaschung einer Ortsauflösung statt. Ist eine Dunkelfeldmaske derart gewählt, dass nur Bildwerte von Detektorelementen weit innerhalb des nicht bestrahlten Bereichs, das heißt in einem Abstand zu einem Rand eines angrenzenden bestrahlten Bereichs, verwendet werden, kann dieser Verwaschungseffekt vor allem in den Dunkelfelddurchstrahlungsbildern reduziert werden. Das Erfassen einer Streustrahlung ist daher hinsichtlich einer Ortsauflösung verbessert. In der Folge verbessert sich auch eine Korrektur der Streustrahlung in den Hellfelddurchstrahlungsbildern.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gitterpositionen derart gewählt sind oder gewählt werden, dass alle Bereiche eines Erfassungsbereichs des Röntgendetektors zumindest einmal einen bestrahlten Bereich und zumindest einmal einen unbestrahlten Bereich erfasst haben. Hierdurch können insbesondere für einen gesamten Erfassungsbereich des Röntgendetektors Messwerte für das Dunkelfelddurchstrahlungsbild bereitgestellt werden. Auf eine Interpolation aus erfassten Messwerten, um für Bereiche Werte zur Verfügung zu stellen, an denen kein Messwert erfasst wurde, kann daher verzichtet werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass für jedes Detektorelement ein Messwert für den unbestrahlten Fall zur Verfügung steht. Eine Auflösung eines zum Korrigieren verwendeten Dunkelfeldbildes ist daher maximal. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Streustrahlung einen großen Gradienten in Bezug auf benachbarte Detektorelemente aufweist. Gerade bei einem großen Gradienten kann eine Korrektur der Streustrahlung daher verbessert erfolgen.
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass Durchstrahlungsbilder, insbesondere bei Verwendung einer 50:50-Gitterstruktur mit einer eindimensionalen Anordnung von Gitterelementen, die gleich große offene und geschlossene Bereiche definieren, jeweils für mindestens drei Gitterpositionen erfasst werden. Die Gitterpositionen werden oder sind derart gewählt, dass alle Bereiche eines Erfassungsbereichs des Röntgendetektors mindestens einmal einen bestrahlten Bereich und mindestens einmal einen unbestrahlten Bereich erfassen. Obwohl es nicht möglich ist, die Gitterstruktur mit absoluter Genauigkeit anzuordnen, die Gitterstruktur darüber hinaus mit absoluter Genauigkeit herzustellen, eine Abbildung von Gitterelementen der Gitterstruktur exakt auf eine Grenze zwischen Detektorelementen bzw. eine Pixelgrenze auszurichten und die Gitterstruktur maximal scharf auf dem Detektor abzubilden, können trotz dieser Ungenauigkeiten auf diese Weise vollständige Hellfelddurchstrahlungsbilder und vollständige Dunkelfelddurchstrahlungsbilder erzeugt werden. Da beispielsweise bei einem durch die Gitterstruktur mit eindimensionaler Anordnung der Gitterelemente hervorgerufenen Verhältnis von 50:50 beim Erfassen in den mindestens drei Gitterpositionen bei aufeinanderfolgenden Messungen stets ein Überlapp von bestrahlten und unbestrahlten Bereichen besteht, können diese Ungenauigkeiten des Gitters vernachlässigt werden, da die Bereiche aufgrund des Überlapps unter Verwendung von scharfen Grenzen zwischen Detektorelementen bzw. Pixelgrenzen scharf unterteilt werden können. Prinzipiell können natürlich auch mehr als drei Gitterpositionen vorgesehen sein.
Werden für die mindestens drei Gitterpositionen jeweils Durchstrahlungsbilder ohne ein im Strahlengang angeordnetes Messobjekt erfasst, so können die Masken für bestrahlte und unbestrahlte Bereiche auf einfache Weise bestimmt werden. Hierzu wird beispielsweise eine Suche nach Maximal- und Minimalwerten bzw. Maximal- und Minimalbereichen in den ohne Messobjekt erfassten Durchstrahlungsbildern für die jeweiligen Gitterpositionen durchgeführt. Auf Grundlage der bestimmten Maximal- und Minimalwerte bzw. -bereiche können Übergangsbereiche, welche durch die oben beschriebenen Ungenauigkeiten hervorgerufen werden, beim Festlegen der Masken ausgeschlossen werden. Da für mindestens drei Gitterpositionen Durchstrahlungsbilder erfasst werden, ist ein Überlapp der bestrahlten und unbestrahlten Bereiche in den einzelnen Durchstrahlungsbildern jeweils so groß, dass jeweils zueinander trennscharfe Masken für die drei Gitterpositionen definiert werden können und die oben beschriebenen Ungenauigkeiten nach dem Maskieren der erfassten Durchstrahlungsbilder mittels der derart definierten Masken vernachlässigt werden können.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das korrigierte Durchstrahlungsbild unter Berücksichtigung mindestens einer Korrekturfunktion erzeugt wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass ein Wert eines Bildelements des korrigierten Durchstrahlungsbildes aufgrund von statistischem Rauschen in dem Dunkelfelddurchstrahlungsbild in Kombination mit sehr geringen Intensitäten im Hellfelddurchstrahlungsbild unterhalb des Dunkelrauschens des Detektors liegt. Dies würde aufgrund des Lambert-Beer'schen Gesetzes zu der Annahme von großen Materialdicken bzw. Materialdichten führen. Im rekonstruierten Objektvolumen würde dies zu Streifenartefakten führen, weil sich eine sehr hohe Materialdichte auf alle Voxel unter dem jeweils betrachteten Winkel auswirkt. Insbesondere sorgt die Korrekturfunktion dafür, dass große Werte von Bildelementen des Dunkelfeldbildes verringert werden, sodass nach dem Korrigieren des Hellfelddurchstrahlungsbildes um das Dunkelfelddurchstrahlungsbild keine Bildelemente mit sehr geringen Werten im Bereich des Dunkelrauschens auftreten. Mittels einer solchen Korrekturfunktion können Streifenartefakte im rekonstruierten Objektvolumen verringert werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Erfassen der Durchstrahlungsbilder des Messobjektes für die Gitterpositionen Durchstrahlungsbilder ohne Messobjekt erfasst werden, wobei die vom Messobjekt erfassten Durchstrahlungsbilder jeweils auf Grundlage der zugehörigen ohne Messobjekt erfassten Durchstrahlungsbilder korrigiert werden. Hierdurch können von dem Gitter und/oder dem Röntgendetektor hervorgerufene Effekte in den anschließend von dem Messobjekt erfassten Durchstrahlungsbildern herausgerechnet bzw. korrigiert werden. Insbesondere können hierdurch durch die Gitterstruktur hervorgerufene Inhomogenitäten und Einflüsse berücksichtigt werden. Dies erfolgt beispielsweise, indem in einem ersten Schritt eine Anzahl N1 von Durchstrahlungsbildern mit ausgeschalteter Röntgenquelle (Dunkelbilder) erfasst werden. In einem anschließenden Schritt wird die Röntgenquelle eingeschaltet und mit einer Röntgenleistung von 60-90 % einer später beim Vermessen des Messobjekts verwendeten Röntgenleistung (= Referenzintensität) werden ohne ein Messobjekt N2 Durchstrahlungsbilder (Hellbilder) erfasst. Aus den N1 erfassten Dunkelbildern und den N2 erfassten Hellbildern werden ein gemitteltes Dunkelbild und ein gemitteltes Hellbild erstellt. Dies erfolgt jeweils für alle vorgesehenen Gitterpositionen. Bildelemente von (mit einem im Strahlengang angeordneten Messobjekt) erfassten Durchstrahlungsbildern können anschließend bildelementweise wie folgt korrigiert werden: $\begin{array}{l} Durchstrahlunsbild_korrigiert= \\ ((Durchstrahlungsbild-Dunkelbil d) / (Hellbild- Dunkelbi ld)) *Referenzintensit \ddot{a} t \end{array}$
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gitterstruktur derart gewählt wird oder gewählt ist, dass bestrahlte Bereiche und unbestrahlte Bereiche zumindest in Richtung der Gitterperiode gleich groß sind. Hierdurch kann ein Ablauf des Verfahrens vereinfacht werden, da eine Schrittweite beim Verändern der Gitterposition zum Abdecken eines gesamten Erfassungsbereichs des Röntgendetektors sowohl für die bestrahlten als auch für die unbestrahlten Bereiche gleich groß ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gitterstruktur Zylinderstäbe umfasst, deren Zylinderachsen parallel zueinander verlaufend senkrecht zu einer Drehachse eines Drehtischs des Computertomographen angeordnet sind. Ein Durchmesser der Zylinderstäbe liegt insbesondere zwischen einem und wenigen Millimetern. Eine senkrechte Anordnung der Zylinderachse der Zylinderstäbe zu einer Drehachse hat den Vorteil, dass durch die Streustrahlungskorrektur bzw. die Gitterstruktur hervorgerufene Artefakte minimiert werden. Die horizontal und parallel zueinander angeordneten Zylinderstäbe bilden eine eindimensionale Gitterstruktur, wobei zugehörige Kanten der Gitterstruktur horizontal auf dem Röntgendetektor abgebildet werden. Mögliche orts- und zeitfeste Intensitätsänderungen in einem Korrekturergebnis führen daher zu horizontalen Strukturen in jedem Durchstrahlungsbild. Da mit einem Objektvolumenelement korrespondierende Bildelemente während einer Bewegung in einem mit einer Drehbewegung des Messobjekts um die Drehachse korrespondierenden Stapel aus Durchstrahlungsbildern horizontal von einer Seite zur anderen wandern und gegebenenfalls auch leicht in senkrechter Richtung, findet eine Mittelung bzw. ein Ausgleich möglicherweise durch die Streustrahlungskorrektur hervorgerufener Artefakte statt.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gitterstruktur Lamellen umfasst, welche parallel zueinander verlaufend, insbesondere in einer entlang einer Richtung einer Dicke der Lamellen verlaufenden Neigung auf einen Brennfleck ausgerichtet sind, und senkrecht zu einer Drehachse eines Drehtischs des Computertomographen angeordnet sind. Neben den bereits beschriebenen Vorteilen einer senkrechten Anordnung zur Drehachse des Drehtischs ist eine Verwendung von Lamellen insbesondere vorteilhaft, wenn aufgrund von Objekteigenschaften mit hohen Photonenenergien gearbeitet werden muss. Die Dicke der Lamellen in Strahlungsrichtung kann zum Absorbieren auf die Photonenenergie angepasst werden, ohne dass eine Breite bzw. eine Höhe der Lamellen und/oder ein Abstand der Lamellen zueinander angepasst werden muss. Um beispielsweise eine ausreichende Absorption einer Röntgenstrahlung bei einer Beschleunigungsspannung von 225 kVp zu erreichen, sind Zylinderstäbe aus Wolfram (siehe oben) mit einem Durchmesser von 2 mm ausreichend. Um jedoch auch bei einer Beschleunigungsspannung von 450 kVp eine ausreichende Absorption zu erreichen, wäre ein Durchmesser von 7-8 mm notwendig, sodass die Gitterstruktur mit Zylinderstäben eine sehr große Gitterperiode aufweisen müsste. In diesem Fall wären Lamellen als Gitterelemente besser geeignet, da eine Dicke in Strahlungsrichtung unabhängig von einer Höhe der Lamellen angepasst werden kann.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Position der Gitterstruktur zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor derart gewählt wird oder gewählt ist, dass eine Vergrößerung der Gitterstruktur bei Abbildung auf den Röntgendetektor im Bereich zwischen 1,8 und 3, bevorzugt bei 2, liegt. Dahinter steht die Überlegung, dass das Gitter so weit wie möglich vom Brennfleck entfernt positioniert werden sollte, um eine Unschärfe des Brennflecks der Röntgenstrahlungsquelle (auch als Spotunschärfe bezeichnet) so klein wie möglich zu halten. Die Unschärfe des Brennflecks ist hierbei der größte Fehlereinfluss beim Bestimmen der bestrahlten und unbestrahlten Bereiche. Außerdem werden Gitterelemente der Gitterstruktur bei großer Vergrößerung ebenfalls stark vergrößert, sodass dies in einer Abbildung auf dem Röntgendetektor zu großen unbestrahlten Bereichen führt. Bei sehr großen Vergrößerungen dominiert ein negativer Einfluss einer Streustrahlung des Röntgendetektors. Dies liegt daran, dass bei großen Vergrößerungen nur kleine Messobjekte vermessen werden können; diese liefern nur eine geringe Streustrahlung. Ferner wird ein Messobjekt bei großer Vergrößerung in großer Entfernung zum Röntgendetektor positioniert; dies führt dazu, dass nur ein geringer Anteil der Streustrahlung auf den Röntgendetektor trifft und die Streustrahlung dort weitgehend homogen ist und hierdurch wie ein Versatz (engl. Offset) wirkt. Da es ein Ziel ist, die in einem Messobjekt auftretende Streustrahlung bzw. Sekundärstrahlung mit großer Ortsauflösung zu bestimmen, darf die Vergrößerung daher weder zu groß, noch zu klein gewählt werden. Es hat sich daher als vorteilhaft herausgestellt, eine Vergrößerung der Gitterstruktur bei Abbildung auf den Röntgendetektor im Bereich von 1,8 bis 3 zu wählen. Dies ermöglicht eine Vergrößerung eines Messobjekts im Bereich von ungefähr 1,3 bis 2. Hierdurch kann ein Kompromiss zwischen einer abgebildeten Unschärfe des Brennflecks, einer Größe der unbestrahlten Bereiche und einer Vergrößerung des Messobjekts erreicht werden, sodass die am Messobjekt auftretende Streustrahlung bzw. Sekundärstrahlung mit einer optimalen Ortsauflösung erfasst werden kann.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Verändern der Gitterposition bei sich drehendem Messobjekt erfolgt. Hierdurch kann eine Messzeit beim Vermessen eines Messobjektes reduziert werden. Ein vollständiger Messdurchlauf zum Vermessen eines Messobjektes umfasst üblicherweise eine Vorlaufphase, in der von einem Drehtisch eine Startposition angefahren wird und in der alle bewegten Teile auf eine vorgesehene Drehgeschwindigkeit gebracht werden. Diese Vorlaufzeit kommt zur Messzeit, in der das Messobjekt durchstrahlt wird und Durchstrahlungsbilder aus unterschiedlichen Drehpositionen erfasst werden, hinzu. Für eine Rekonstruktion des Objektvolumens muss das Messobjekt für jede Gitterposition von allen Drehpositionen aus erfasst werden. Nach einem vollständigen Umlauf für eine Gitterposition, muss die Gitterstruktur in die nächste Gitterposition gebracht werden, wozu eine bestimmte Zeit benötigt wird. Um nach einer ersten Vorlaufzeit weitere Vorlaufzeiten einzusparen, wird das Messobjekt bzw. der Drehtisch während des Veränderns der Gitterposition weitergedreht. Während die Gitterstruktur in eine neue Gitterposition bewegt wird, werden erfasste Durchstrahlungsbilder entweder verworfen oder es werden während dieser Zeit keine Durchstrahlungsbilder erfasst. Dies kann kompensiert werden, indem ein Bereich von Drehpositionen, in denen das Messobjekt erfasst wird, entsprechend angepasst wird. Hierzu wird beispielsweise ein Drehwinkel, ab dem erfasste Durchstrahlungsbilder verwendet werden bzw. ab dem Durchstrahlungsbilder erfasst werden, bei aufeinanderfolgenden Durchläufen durch Addition eines Aufschlags angepasst.
Dies wird im nachfolgenden Beispiel erläutert, bei dem davon ausgegangen wird, dass insgesamt vier Gitterpositionen notwendig sind, um ein vollständiges Hellfelddurchstrahlungsbild und ein vollständiges Dunkelfelddurchstrahlungsbild zu erzeugen. Ein erster Messdurchlauf, bei dem die Gitterstruktur in einer ersten Gitterposition angeordnet ist, wird bei einem Drehwinkel von -5° gestartet. Bei sich drehendem Messobjekt bzw. bei sich drehendem Drehtisch werden bei Drehwinkeln zwischen 0° und 360°- n jeweils Durchstrahlungsbilder in geeigneter Anzahl erfasst, wobei n einen Drehwinkelbereich bezeichnet, der mit einem einzelnen Durchstrahlungsbild korrespondiert (= 360°/Gesamtanzahl der Durchstrahlungsbilder für einen Umlauf). Bei Erreichen eines Drehwinkels von 360° wird die Gitterstruktur in die nächste Gitterposition gefahren. Es wird ein Winkelbereich definiert, in dem das Verändern der Gitterposition mit Sicherheit beendet ist, z.B. 30°. Das Messobjekt bzw. der Drehtisch werden jedoch mit konstanter Drehwinkelgeschwindigkeit weitergedreht. Im zweiten Durchlauf, das heißt mit in einer zweiten Gitterposition angeordneter Gitterstruktur, werden jeweils Durchstrahlungsbilder bei Drehwinkeln zwischen 1*360°+30° und 2*360°+30°- n erfasst. Anschließend wird die Gitterstruktur in die dritte Gitterposition gebracht, wobei jeweils Durchstrahlungsbilder bei Drehwinkeln zwischen 2*360°+60° und 3*360°+60°- n erfasst werden. Für die vierte Gitterposition werden jeweils Durchstrahlungsbilder bei Drehwinkeln zwischen 3*360°+90° und 4*360°+90°- n erfasst. Eine Reihenfolge der erfassten Durchstrahlungsbilder bzw. die zugehörigen Drehwinkel der erfassten Durchstrahlungsbilder werden anschließend umsortiert bzw. korrigiert, sodass für jede Gitterposition ein kompletter Umlauf mit Drehwinkeln zwischen 0 und 360°-n bereitgestellt werden kann. Beim Erzeugen der Hellfelddurchstrahlungsbilder und der Dunkelfelddurchstrahlungsbilder verwendete Hellfeld- und Dunkelfeldmasken werden entsprechend diesem Ablauf definiert.
Alternativ kann eine Gitterposition auch kontinuierlich verändert werden, das heißt die Gitterstruktur wird kontinuierlich zwischen einer Startposition und einer Endposition bewegt. Eine Änderung der Gitterposition zwischen zwei erfassten Durchstrahlungsbildern ist in diesem Fall vernachlässigbar klein. Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass für jeden Drehwinkel des Drehtisches bzw. Messobjektes jeweils Durchstrahlungsbilder für eine vorgegebene Mindestanzahl an Gitterpositionen erfasst werden muss. Die vorgegebene Mindestanzahl bestimmt sich hierbei über die Anzahl an Gitterpositionen, die unter Berücksichtigung definierter Masken mindestens notwendig ist, damit für jeden vorgesehenen Drehwinkel ein vollständiges Hellfelddurchstrahlungsbild und ein vollständiges Dunkelfelddurchstrahlungsbild erzeugt werden können. Die Masken sind hierbei nicht fest, sondern ändern sich mit der jeweiligen Gitterposition. Hierbei ist daher wichtig, dass die Gitterposition und der Drehwinkel aufeinander abgestimmt sind.
Merkmale zur Ausgestaltung des Computertomographen ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile des Computertomographen sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Computertomographen;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Gitterstruktur zur Verdeutlichung der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Erzeugens eines Hellfelddurchstrahlungsbildes bzw. eines Dunkelfelddurchstrahlungsbildes;
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Computertomographen;
5 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens;
6a eine schematische Darstellung eines Histogramms von Volumengrauwerten in einem rekonstruierten Objektvolumen (unkorrigiert);
6b eine schematische Darstellung eines Histogramms von Volumengrauwerten in einem rekonstruierten Objektvolumen (korrigiert).

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Computertomographen 1 in einer Seitenansicht gezeigt. Der Computertomograph 1 umfasst eine Röntgenstrahlungsquelle 2, einen Röntgendetektor 3, eine Gitterstruktur 4 und eine Steuereinrichtung 5. Ferner umfasst der Computertomograph 1 einen drehbaren Drehtisch 6, auf dem ein Messobjekt 7 angeordnet werden kann und um eine Drehachse 8 herumgedreht werden kann.
Die Röntgenstrahlungsquelle 2 erzeugt eine kegelförmige Röntgenstrahlung 9, welche durch das Messobjekt 7 hindurchtritt und auf einen Erfassungsbereich des Röntgendetektors 3 auftrifft.
Die Gitterstruktur 4 ist derart zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 2 und dem Röntgendetektor 3 angeordnet, dass die von der Röntgenstrahlungsquelle 2 ausgehende Röntgenstrahlung 9 vor einem Hindurchtreten durch das Messobjekt 7 mittels der Gitterstruktur 4 in mehrere Teilstrahlen 20 aufgeteilt wird, sodass sich bestrahlte Bereiche 21 und unbestrahlte Bereiche 22 des Messobjekts 7 bzw. auf dem Röntgendetektor 3 abwechseln (für Details siehe auch 2).
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gitterstruktur 4 Zylinderstäbe umfasst, deren Zylinderachsen parallel zueinander verlaufend senkrecht zur Drehachse 8 des Drehtischs 6 des Computertomographen 1 angeordnet sind.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Gitterstruktur 4 rechteckige Lamellen umfasst, welche parallel zueinander verlaufend senkrecht zur Drehachse 8 des Drehtischs 6 des Computertomographen 1 angeordnet sind.
Die Steuereinrichtung 5 kann durch Ansteuern, beispielsweise eines Linearmotors (nicht gezeigt), eine Gitterposition 10 der Gitterstruktur 4 parallel zu einer Detektoroberfläche 11 in Richtung einer Gitterperiode verändern, sodass in einer geänderten Gitterposition 10 vorher unbestrahlte Bereiche 22 zumindest teilweise bestrahlt und vorher bestrahlte Bereiche 21 zumindest teilweise nicht bestrahlt werden.
Die Steuereinrichtung 5 steuert ferner eine Drehposition des Drehtischs 6.
Die Steuereinrichtung 5 erzeugt aus jeweils bei unterschiedlichen Gitterpositionen 10 erfassten Durchstrahlungsbildern 12 aus mit den bestrahlten Bereichen 21 korrespondierendem Bildwerten mindestens ein Hellfelddurchstrahlungsbild 13 und aus mit den unbestrahlten Bereichen 22 korrespondierenden Bildwerten mindestens ein Dunkelfelddurchstrahlungsbild 14. Auf Grundlage des erzeugten mindestens einen Hellfelddurchstrahlungsbildes 13 und des erzeugten mindestens einen Dunkelfelddurchstrahlungsbildes 14 erzeugt die Steuereinrichtung 5 mindestens ein korrigiertes Durchstrahlungsbild 15 und stellt dieses bereit, beispielsweise indem das mindestens eine korrigierte Durchstrahlungsbild 15 ausgegeben wird.
Insbesondere ist jedoch vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 5 die für sämtliche Gitterpositionen 10 und sämtliche Drehwinkel des Drehtischs 6 erfassten und gemäß dem Verfahren korrigierten Durchstrahlungsbilder 15 sammelt und aus diesen ein Objektvolumen des Messobjekts 7 rekonstruiert und dieses beispielsweise in Form von Objektvolumendaten 16 ausgibt.
In 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Gitterstruktur 4 zur Verdeutlichung der Erfindung gezeigt. Die Gitterstruktur 4 ist hierbei vereinfacht als einfache Schattenmaske dargestellt. Die Darstellung ist hierbei nicht maßstabsgerecht und dient lediglich der Veranschaulichung. Die Gitterstruktur 4 wird zwischen eine Röntgenstrahlungsquelle 2 und einen Röntgendetektor 3 angeordnet, wobei ein Messobjekt (nicht gezeigt) beim Vermessen des Messobjekts zwischen der Gitterstruktur 4 und dem Röntgendetektor 3 angeordnet ist. Die Darstellung zeigt eine Seitenansicht, einzelne Gitterelemente 17 der Gitterstruktur 4 verlaufen für jede Gitterperiode 35 parallel zueinander und sind bezüglich einer Drehachse eines Drehtischs eines Computertomographen (vgl. 1) senkrecht (d.h. senkrecht zur Darstellungsebene der 2 verlaufend) angeordnet. Ein Abstand 18 zwischen den Gitterelementen 17 ist genauso groß wie eine Höhe 19 der Gitterelemente 17. Die Gitterstruktur 4 ist derart zwischen der Röntgenquelle 2 und dem Röntgendetektor 3 angeordnet, dass eine Vergrößerung der Gitterstruktur 4 einem Wert von 2 entspricht. Im Gegensatz zu dieser vereinfachten Darstellung weist die Gitterstruktur 4 bei einer realen Anwendung des Verfahrens eine größere Anzahl von Gitterelementen 17 auf.
Eine von der Röntgenstrahlungsquelle 2 ausgehende Röntgenstrahlung 9 wird mittels der Gitterstruktur 4 in mehrere Teilstrahlen 20 aufgeteilt, sodass sich bestrahlte Bereiche 21 und unbestrahlte Bereiche 22 abwechseln. Bei Anordnung eines Messobjektes zwischen der Gitterstruktur 4 und dem Röntgendetektor 3 treten die Teilstrahlen 20 durch das Messobjekt hindurch, sodass sich auch im Messobjekt bestrahlte Bereiche 21 und unbestrahlte Bereiche 22 abwechseln.
Auf der rechten Seite der 2 sind schematisch zum Maskieren verwendete Masken 23, 24 dargestellt, die die Bereiche 21, 22 jeweils teilweise maskieren. Das Maskieren erfolgt, um Unschärfeeffekte, welche auf Grund einer endlichen Ausdehnung eines Brennflecks der Röntgenquelle 2 entstehen, zu berücksichtigen, indem Bereiche im Erfassungsbereich des Röntgendetektors 3, in denen eine Randunschärfe zwischen bestrahlten Bereichen 21 und unbestrahlten Bereichen 22 auftritt, in den erfassten Durchstrahlungsbildern verworfen werden bzw. nicht berücksichtigt werden. Es gibt eine Dunkelfeldmaske 23 für die unbestrahlten Bereiche 22 und eine Hellfeldmaske 24 für die bestrahlten Bereiche 21. Die Masken 23, 24 sind hierbei lediglich logisch definiert, das heißt diese haben keine physische Entsprechung, sondern dienen nur einer Auswahl von Bildelementen des Röntgendetektors 3. Nach einem Erfassen eines Durchstrahlungsbildes werden lediglich erfasste Bildwerte von Bildelementen des Röntgendetektors 3 berücksichtigt, die mit unmaskierten Bereichen 25 korrespondieren. Bildwerte, die mit anderen Bereichen korrespondieren, werden hingegen verworfen.
Die im Beispiel gezeigten Masken 23, 24 maskieren jeweils 3/4 der Gesamtfläche bzw. des Messobjekts, sodass jeweils nur 1/4 der Bildelemente eines Durchstrahlungsbildes verwendet wird. Um ein Messobjekt vollständig erfassen zu können, muss die Gitterstruktur 4 zusammen mit den Masken 23, 24 daher insgesamt in vier Gitterpositionen angeordnet werden. Dies erfolgt, indem die Gitterstruktur 4 nacheinander in diese vier Gitterpositionen verfahren wird, z.B. nach oben. Eine Maskenposition der Masken 23, 24 wird gleichzeitig (logisch) mitverändert. Nach Anordnen der Gitterstruktur 4 in diesen vier Gitterpositionen und Erfassen jeweils eines Durchstrahlungsbildes in diesen vier Gitterpositionen, wurde das Messobjekt vollständig durchstrahlt bzw. erfasst.
Aus den für die vier Gitterpositionen jeweils erfassten und maskierten Durchstrahlungsbildern 12-x wird anschließend ein Hellfelddurchstrahlungsbild 13 erzeugt. Das Vorgehen ist für die in der 2 dargestellte Gitterstruktur 4 und die zugehörigen Masken 23, 24 schematisch in der 3 dargestellt. Das Erzeugen erfolgt, indem Bildwerte von Bildelementen der jeweils nicht maskierten Bereiche 25 der Hellfeldmaske 24 miteinander kombiniert werden zu dem Hellfelddurchstrahlungsbild 13. Entsprechend wird ein Dunkelfelddurchstrahlungsbild 14 erzeugt, indem Bildwerte von Bildelementen der jeweils nicht maskierten Bereiche 25 der Dunkelfeldmaske 23 zusammengesetzt werden zu dem Dunkelfelddurchstrahlungsbild 14 (analog zu 3).
In 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Computertomographen 1 gezeigt. Die gezeigte Ausführungsform entspricht hierbei im Wesentlichen der in der 1 gezeigten Ausführungsform, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale und Begriffe. Der Einfachheit halber ist die Steuereinrichtung des Computertomographen 1 nicht gezeigt.
Der Computertomograph 1 umfasst eine Positioniereinrichtung 33. Die Positioniereinrichtung 33 umfasst eine Gitterhalterung 30, eine Schiene 31 und einen Linearmotor 32. Die Gitterstruktur 4 ist mittels der Gitterhalterung 30 in einem Strahlengang des Computertomographen 1 angeordnet und kann auf der Schiene 31 linear entlang des Strahlenganges verschoben werden, sodass eine Vergrößerung einer Abbildung der Gitterstruktur 4 auf dem Röntgendetektor 3 eingestellt werden kann. Über den Linearmotor 32 kann die Gitterstruktur 4 gesteuert in eine von mehreren Gitterpositionen gebracht werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Gitterstruktur 4 mittels der Gitterhalterung 30 aus dem Strahlengang zu entfernen, sodass die Gitterstruktur 4 bei Nichtverwendung in einer Parkposition (nicht gezeigt) angeordnet werden kann.
In 5 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens gezeigt. In einem Verfahrensschritt 100 wird die zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordnete Gitterstruktur in einer von mehreren Gitterposition angeordnet. Im Verfahrensschritt 101 wird für diese Gitterposition jeweils ein Durchstrahlungsbild bei ausgeschalteter und eingeschalteter Röntgenquelle erfasst. Die ohne Messobjekt erfassten Durchstrahlungsbilder werden später zum Korrigieren eines Gittereinflusses berücksichtigt.
In einem Verfahrensschritt 102 werden aus dem bei eingeschalteter Röntgenstrahlungsquelle erfassten Durchstrahlungsbild eine Hellfeldmaske und eine Dunkelfeldmaske für die zugehörige Gitterposition erzeugt. Dies erfolgt beispielsweise, indem Bereiche einer erfassten Röntgenintensität in dem Durchstrahlungsbild in „helle“, „graue“ und „dunkle“ Bereiche unterteilt werden. In Abhängigkeit einer Anzahl von Gitterpositionen wird aus den „hellen“ Bereichen die Hellfeldmaske und aus den „dunklen“ Bereichen die Dunkelfeldmaske definiert. Dazwischenliegende „graue“ Bereiche werden hingegen durch beide Masken maskiert, das heißt hiermit korrespondierende Bildwerte in erfassten Durchstrahlungsbildern werden nicht verwendet, da die „grauen“ Bereiche eine Unschärfe des Brennflecks abbilden.
In einem Verfahrensschritt 103 wird überprüft, ob für alle vorgesehenen Gitterpositionen bereits Durchstrahlungsbilder ohne Messobjekt erfasst wurden. Ist dies nicht der Fall, so werden die Verfahrensschritte 100 bis 102 für die verbleibenden Gitterpositionen wiederholt. Zum Verändern der Gitterposition wird die Gitterstruktur jeweils parallel zu einer Detektoroberfläche um einen Wert $dx= (Gitterperiode/Gesamtanzahl der Gitterpositionen)$
verschoben.
Sind Durchstrahlungsbilder für alle Gitterpositionen erfasst, so wird in einem Verfahrensschritt 104 ein zu vermessendes Messobjekt zwischen der Gitterstruktur und dem Röntgendetektor angeordnet. Dies erfolgt durch Anordnen des Messobjektes auf einem Drehtisch des Computertomographen.
In einem Verfahrensschritt 105 wird die Gitterstruktur in einer von mehreren Gitterpositionen angeordnet, wobei erneut alle Gitterpositionen berücksichtigt werden. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt 106 mindestens ein Durchstrahlungsbild des Messobjekts erfasst. Insbesondere wird jedoch ein kompletter Satz von Durchstrahlungsbildern für sämtliche Drehwinkelpositionen des Drehtisches bzw. des Messobjektes erfasst. Beim Erfassen werden die in Verfahrensschritt 106 erfassten Durchstrahlungsbilder jeweils mit Hilfe der im Verfahrensschritt 101 für dieselbe Gitterposition erfassten Durchstrahlungsbilder korrigiert („Leerbildkorrektur“).
In einem Verfahrensschritt 107 wird überprüft, ob bereits für alle vorgesehenen Gitterpositionen Durchstrahlungsbilder erfasst wurden. Ist dies nicht der Fall, so werden die Verfahrensschritte 105 und 106 wiederholt. Zum Verändern der Gitterposition wird die Gitterstruktur jeweils parallel zur Detektoroberfläche um den Wert dx (siehe oben) verschoben.
Wurden für alle Gitterpositionen Durchstrahlungsbilder erfasst, so wird in einem Verfahrensschritt 108 aus den erfassten Durchstrahlungsbildern auf Grundlage von Masken (vgl. 2 und 3) Hellfelddurchstrahlungsbilder und Dunkelfelddurchstrahlungsbilder erzeugt.
In einem Verfahrensschritt 109 werden die Dunkelfelddurchstrahlungsbilder jeweils von den zugehörigen Hellfelddurchstrahlungsbildern subtrahiert, so dass jeweils ein korrigiertes Durchstrahlungsbild erzeugt wird. Die korrigierten Durchstrahlungsbilder werden in einem Verfahrensschritt 110 dazu verwendet, ein Objektvolumen des Messobjektes zu rekonstruieren.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass eine Streustrahlung für jeden Bereich eines erfassten Durchstrahlungsbildes direkt und ortsaufgelöst erfasst werden kann. Hierdurch kann eine Korrektur der Streustrahlung verbessert durchgeführt werden.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Verändern der Gitterposition bei sich drehendem Messobjekt erfolgt. Hierdurch kann eine Messzeit beim Vermessen eines Messobjektes reduziert werden, da auf Messpausen während des Veränderns der Gitterposition verzichtet werden kann. Dies wird beim Erfassen der Durchstrahlungsbilder und beim Erzeugen der Hellfelddurchstrahlungsbilder und der Dunkelfelddurchstrahlungsbilder entsprechend berücksichtigt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann eine Gitterposition auch kontinuierlich verändert werden. Dies wird beim Erfassen der Durchstrahlungsbilder und beim Erzeugen der Hellfelddurchstrahlungsbilder und der Dunkelfelddurchstrahlungsbilder entsprechend berücksichtigt.
In den 6a und 6b sind schematische Darstellungen von Histogrammen 40 von Volumengrauwerten 41 (x-Achse) in rekonstruierten Objektvolumina gezeigt. In der 6a wurde das rekonstruierte Objektvolumen hierbei auf Grundlage von unkorrigierten Durchstrahlungsbildern erzeugt. In der 6b wurde das rekonstruierte Objektvolumen hingegen auf Grundlage von mittels des Verfahrens korrigierten Durchstrahlungsbildern erzeugt.
In der 6a sind Hintergrundvoxel 42 nicht von Messobjektvoxeln 43 zu unterscheiden. Nach dem Korrigieren der Durchstrahlungsbilder lassen sich die Hintergrundvoxel 42 hingegen eindeutig von den Messobjektvoxeln 43 trennen.
Bezugszeichenliste

1: Computertomograph
2: Röntgenstrahlungsquelle
3: Röntgendetektor
4: Gitterstruktur
5: Steuereinrichtung
6: Drehtisch
7: Messobjekt
8: Drehachse
9: Röntgenstrahlung
10: Gitterposition
11: Detektoroberfläche
12, 12-x: Durchstrahlungsbild
13: Hellfelddurchstrahlungsbild
14: Dunkelfelddurchstrahlungsbild
15: korrigiertes Durchstrahlungsbild
16: Objektvolumendaten
17: Gitterelement
18: Abstand
19: Höhe
20: Teilstrahl
21: bestrahlter Bereich
22: unbestrahlter Bereich
23: Dunkelfeldmaske
24: Hellfeldmaske
25: unmaskierter Bereich
30: Gitterhalterung
31: Schiene
32: Linearmotor
35: Gitterperiode
40: Histogramm
41: Volumengrauwerte (x-Achse)
42: Hintergrundvoxel
43: Messobjektvoxel
100-109: Verfahrensschritte

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 102011006660 A1 [0003]
DE 102011087806 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Korrigieren von Streustrahlung in einem Computertomographen (1), wobei eine von einer Röntgenstrahlungsquelle (2) ausgehende Röntgenstrahlung (9) vor einem Hindurchtreten durch ein Messobjekt (7) mittels einer Gitterstruktur (4) in mehrere Teilstrahlen (20) aufgeteilt wird, sodass sich bestrahlte Bereiche (21) und unbestrahlte Bereiche (22) des Messobjekts (7) abwechseln, wobei eine Gitterposition (10) der Gitterstruktur (4) parallel zu einer Detektoroberfläche (11) in Richtung einer Gitterperiode verändert wird, sodass in einer geänderten Gitterposition (10) vorher unbestrahlte Bereiche (22) zumindest teilweise bestrahlt und vorher bestrahlte Bereiche (21) zumindest teilweise nicht bestrahlt werden, wobei für die Gitterpositionen (10) jeweils mindestens ein Durchstrahlungsbild (12) des Messobjektes (7) erfasst wird, wobei aus den jeweils bei unterschiedlichen Gitterpositionen (10) erfassten Durchstrahlungsbildern (12) aus den jeweils bestrahlten Bereichen (21) mindestens ein Hellfelddurchstrahlungsbild (13) und aus den jeweils unbestrahlten Bereichen (22) mindestens ein Dunkelfelddurchstrahlungsbild (14) erzeugt werden, und wobei mindestens ein korrigiertes Durchstrahlungsbild (15) auf Grundlage des erzeugten mindestens einen Hellfelddurchstrahlungsbildes (13) und des erzeugten mindestens einen Dunkelfelddurchstrahlungsbildes (14) erzeugt und bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfassen der Durchstrahlungsbilder (12) unbestrahlte Bereiche (22) und bestrahlte Bereiche (21) jeweils teilweise maskiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterpositionen (10) derart gewählt sind oder gewählt werden, dass alle Bereiche eines Erfassungsbereichs des Röntgendetektors (3) zumindest einmal einen bestrahlten Bereich (21) und zumindest einmal einen unbestrahlten Bereich (22) erfasst haben.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Durchstrahlungsbilder (12) für mindestens drei Gitterpositionen (10) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erfassen der Durchstrahlungsbilder (12) des Messobjektes (7) für die Gitterpositionen (10) Durchstrahlungsbilder ohne Messobjekt erfasst werden, wobei die vom Messobjekt (7) erfassten Durchstrahlungsbilder (12) jeweils auf Grundlage der zugehörigen ohne Messobjekt erfassten Durchstrahlungsbilder korrigiert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (4) derart gewählt wird oder gewählt ist, dass bestrahlte Bereiche (21) und unbestrahlte Bereiche (22) zumindest in Richtung der Gitterperiode (35) gleich groß sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (4) Zylinderstäbe umfasst, deren Zylinderachsen parallel zueinander verlaufend senkrecht zu einer Drehachse (8) eines Drehtischs (6) des Computertomographen (1) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur Lamellen umfasst, welche parallel zueinander verlaufend senkrecht zu einer Drehachse eines Drehtischs des Computertomographen (1) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position der Gitterstruktur (4) zwischen der Röntgenstrahlungsquelle (2) und dem Röntgendetektor (3) derart gewählt wird oder gewählt ist, dass eine Vergrößerung der Gitterstruktur (4) bei Abbildung auf den Röntgendetektor (3) im Bereich zwischen 1,8 und 3, bevorzugt bei 2, liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verändern der Gitterposition (10) bei sich drehendem Messobjekt (7) erfolgt.
Computertomograph (1), umfassend eine Röntgenstrahlungsquelle (2), einen Röntgendetektor (3), eine Gitterstruktur (4), und eine Steuereinrichtung (5), wobei die Gitterstruktur (4) derart zwischen der Röntgenstrahlungsquelle (2) und dem Röntgendetektor (3) angeordnet ist, dass eine von der Röntgenstrahlungsquelle (2) ausgehende Röntgenstrahlung (9) vor einem Hindurchtreten durch ein Messobjekt (7) mittels der Gitterstruktur (4) in mehrere Teilstrahlen (20) aufgeteilt wird, sodass sich bestrahlte Bereiche (21) und unbestrahlte Bereiche (22) des Messobjekts (7) abwechseln, und wobei die Steuereinrichtung (5) derart ausgebildet ist, eine Gitterposition (10) der Gitterstruktur (4) parallel zu einer Detektoroberfläche (11) in Richtung einer Gitterperiode (35) durch Ansteuern zu verändern, sodass in einer geänderten Gitterposition (10) vorher unbestrahlte Bereiche (22) zumindest teilweise bestrahlt und vorher bestrahlte Bereiche (21) zumindest teilweise nicht bestrahlt werden, und aus jeweils bei unterschiedlichen Gitterpositionen (10) erfassten Durchstrahlungsbildern (12) aus den bestrahlten Bereichen (21) mindestens ein Hellfelddurchstrahlungsbild (13) und aus den unbestrahlten Bereichen (22) mindestens ein Dunkelfelddurchstrahlungsbild (14) zu erzeugen, und mindestens ein korrigiertes Durchstrahlungsbild (15) auf Grundlage des mindestens einen erzeugten Hellfelddurchstrahlungsbildes (13) und des mindestens einen erzeugten Dunkelfelddurchstrahlungsbildes (14) zu erzeugen und bereitzustellen.