DE102021201600A1 - Improvement of a set of imaging parameters in transmission X-ray imaging - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes (KVD) repräsentierend ein Untersuchungsobjekt (10) basierend auf initialen Projektionsdatensätzen (IPD). In einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen (S10; S11, S12) der initialen Projektionsdatensätze (IPD), die auf wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter (IAP) basieren. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Erzeugen (S20) von manipulierten Projektionsdatensätzen (MPD) durch Anwenden einer Manipulationsoperation (MO) auf wenigstens einen Teil der initialen Projektionsdatensätze (IPD). In einem weiteren Schritt erfolgt ein Erzeugen (S30) eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter (KAP) basierend auf den manipulierten Projektionsdatensätzen (MAP). In einem letzten Schritt erfolgt ein Erzeugen (S40) des korrigierten Volumendatensatzes (KVD) basierend auf wenigstens einem Teil der initialen Projektionsdatensätze (IVD) und dem korrigierten Satz Abbildungsparameter (KAP).The invention relates to a computer-implemented method for creating a corrected volume data set (KVD) representing an examination object (10) based on initial projection data sets (IPD). In a first step, the initial projection data sets (IPD) are provided (S10; S11, S12), which are based on at least one initial set of imaging parameters (IAP). In a further step, manipulated projection data sets (MPD) are generated (S20) by applying a manipulation operation (MO) to at least part of the initial projection data sets (IPD). In a further step, a corrected set of imaging parameters (KAP) is generated (S30) based on the manipulated projection data sets (MAP). In a last step, the corrected volume data set (KVD) is generated (S40) based on at least part of the initial projection data sets (IVD) and the corrected set of imaging parameters (KAP).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Transmissionsbildgebung und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes repräsentierend ein Untersuchungsobjekt, eine Vorrichtung zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes, eine Bildgebungsanlage, Computerprogrammprodukte und computerlesbare Speichermedien.The invention is in the field of transmission imaging and relates in particular to a method for creating a corrected volume data set representing an examination object, a device for creating a corrected volume data set, an imaging system, computer program products and computer-readable storage media.

Die Transmissionsbildgebung wird zum Erstellen eines Transmissionsbilds eines Untersuchungsobjektes genutzt. Sie kann in der medizinischen Bildgebung, aber auch zu nichtmedizinischen Zwecken wie bspw. der industriellen Materialprüfung, eingesetzt werden. Bei der Transmissionsbildgebung wird Strahlung durch ein zu untersuchendes Objekt geleitet und trifft im Anschluß auf einem 2D Detektor auf. Die Computertomographie oder die klassische Radiographie sind zwei Beispiele der Transmissionsbildgebung. In beiden Fällen wird als Strahlungsquelle eine Röntgenquelle eingesetzt, die Röntgenstrahlung eines einstellbaren Röntgenenergiespektrums in Richtung Untersuchungsobjekt aussendet. Der auf die Röntgenquelle ausgerichtete 2D Detektor erfasst, inwiefern die Strahlung durch das zu untersuchende Objekt verändert, insbesondere abgeschwächt wurde. Die Röntgenstrahlung verlässt die Röntgenquelle bspw. in Form eines Kegelstrahls oder eines Fächerstrahls entsprechend einem stark abgeflachten Kegel. Bei der Transmissionsbildgebung können 2D/zweidimensionale (bspw. bei der Radiographie) oder 3D/dreidimensionale (bspw. bei der Computertomographie) Transmissionsbilder des Untersuchungsobjektes erstellt werden. Ein 2D-Transmissionsbild entsteht, wenn das Untersuchungsobjekt unter einem bestimmten Blickwinkel/einer bestimmten Blickrichtung/einer bestimmten Perspektive durchstrahlt wird. Ein 2D-Transmissionsbild, auch Projektion/Projektionsbild genannt, entspricht einem richtungsspezifischen (Röntgen-) Abschwächungsprofil des Untersuchungsobjektes. Ein 3D-Transmissionsbild umfasst zusätzlich Tiefeninformation zu dem Untersuchungsobjekt, insbesondere eine räumliche Dichteverteilung von Gewebe oder Material. Um ein 3D-Transmissionsbild zu erzeugen, muss eine Mehrzahl an Projektionen des Untersuchungsobjektes unter verschiedenen Blickwinkeln erfasst und daraus ein 3D-Tansmissionbild, auch 3D-Volumen genannt, rekonstruiert werden. Die Projektionsmehrzahl wird typischerweise erfasst, während Untersuchungsobjekt und das Paar aus Röntgenquelle und 2D Detektor eine Relativbewegung zueinander vollziehen, wodurch die Blickrichtung jeder Projektion eine andere ist.Transmission imaging is used to create a transmission image of an examination object. It can be used in medical imaging, but also for non-medical purposes such as industrial material testing. In transmission imaging, radiation is directed through an object to be examined and then impinges on a 2D detector. Computed tomography or classical radiography are two examples of transmission imaging. In both cases, an x-ray source is used as the radiation source, which emits x-rays of an adjustable x-ray energy spectrum in the direction of the object to be examined. The 2D detector aligned with the X-ray source records the extent to which the radiation was changed by the object to be examined, in particular weakened. The x-ray radiation leaves the x-ray source, for example, in the form of a cone beam or a fan beam corresponding to a very flattened cone. In the case of transmission imaging, 2D/two-dimensional (e.g. in radiography) or 3D/three-dimensional (e.g. in computed tomography) transmission images of the examination object can be created. A 2D transmission image is created when the examination object is irradiated from a specific viewing angle/a specific viewing direction/a specific perspective. A 2D transmission image, also known as a projection/projection image, corresponds to a direction-specific (X-ray) attenuation profile of the examination object. A 3D transmission image also includes depth information about the examination object, in particular a spatial density distribution of tissue or material. In order to generate a 3D transmission image, a number of projections of the examination object must be recorded from different perspectives and a 3D transmission image, also known as a 3D volume, must be reconstructed from them. The projection plurality is typically recorded while the examination object and the pair of X-ray source and 2D detector are moving relative to one another, as a result of which the viewing direction of each projection is different.

In der Computertomografie wird bspw. ein Satz von 2D-Röntgenprojektionen eines Untersuchungsobjekts mittels an sich bekannter Rekonstruktionsalgorithmen in ein 3D-Volumen umgewandelt, wobei das 3D-Volumen die räumliche Dichteverteilung des Untersuchungsobjekts darstellt. Um die Objektrekonstruktion durchzuführen, wird neben den Projektionsbildern eine Angabe über die bei der Bilderfassung angewandtem Abbildungsparameter benötigt. Abbildungsparameter beschreiben bspw. konkrete Streustrahleigenschaften oder Strahlaufhärtungseigenschaften eines Untersuchungsobjektes oder die bei der Bilddatenerfassung vorliegende Abbildungsgeometrie.In computed tomography, for example, a set of 2D X-ray projections of an examination object is converted into a 3D volume using known reconstruction algorithms, with the 3D volume representing the spatial density distribution of the examination object. In order to carry out the object reconstruction, information about the imaging parameters used during image acquisition is required in addition to the projection images. Imaging parameters describe, for example, specific scattered beam properties or beam hardening properties of an examination object or the imaging geometry present during image data acquisition.

Nicht selten fehlen exakte Informationen über einzelne oder mehrere Abbildungsparameter. Die Abbildungsparameter haben jedoch direkten Einfluss auf eine Bildqualität des 3D-Volumens. Kann die Genauigkeit der Abbildungsparameter erhöht werden, verbessert sich üblicherweise auch die Bildqualität des 3D-Volumens.Exact information about one or more imaging parameters is often missing. However, the imaging parameters have a direct influence on an image quality of the 3D volume. If the accuracy of the imaging parameters can be increased, the image quality of the 3D volume usually also improves.

Es ist bekannt, Abbildungsparameter automatisiert durch das Anwenden von Konsistenzbedingungen genauer zu bestimmen. Eine Konsistenzbedingung beschreibt dabei bspw. Datenredundanzen in Projektionsdatensätzen bzw. deren 3D-Radontransformierten. Eine Konsistenzbedingung kann eine globale Datenkonsistenz oder eine lokale Datenkonsistenz betreffen. Unter der Annahme, dass eine Inkonsistenz in den Daten auf eine Abweichung zwischen tatsächlichen und angenommenen Werten von Abbildungsparametern zurückzuführen ist, lässt sich mit der Konsistenzbedingung eine Kostenfunktion bilden. Unter (iterativer) Variation eines oder mehrerer Abbildungsparameter wird dann die Kostenfunktion im Sinne eines Optimierungsverfahrens solange gelöst, bis ein Funktionsminimum erreicht bzw. ausreichend angenähert wird.It is known to automatically determine mapping parameters more precisely by applying consistency conditions. A consistency condition describes, for example, data redundancies in projection data sets or their 3D Radon transform. A consistency condition can affect global data consistency or local data consistency. Assuming that an inconsistency in the data is due to a deviation between actual and assumed values of mapping parameters, a cost function can be formed using the consistency condition. With (iterative) variation of one or more mapping parameters, the cost function is then solved in the sense of an optimization method until a function minimum is reached or sufficiently approximated.

Konsistenzbedingungen lassen sich grundsätzlich mathematisch exakt herleiten. Sie basieren regelmäßig auf Funktionen, die Projektionsdatensätze sowie Abbildungsparameter als Eingabewerte verwenden und eine quantitative Aussage über die Qualität/Exaktheit der verwendeten Eingabewerte liefern. Konsistenzfunktionen sind folglich Kostenfunktionen, die typischerweise eingesetzt werden, um die Bildqualität eines 3D-Volumens ohne extrem rechenaufwändige CT-Bildrekonstruktion zumindest qualitativ vorherzusagen.Consistency conditions can basically be derived mathematically exactly. They are regularly based on functions that use projection data sets and imaging parameters as input values and provide a quantitative statement about the quality/accuracy of the input values used. Consequently, consistency functions are cost functions that are typically used to at least qualitatively predict the image quality of a 3D volume without extremely computationally expensive CT image reconstruction.

Häufig werden Konsistenzbedingungen sogar erfolgreich angewandt, obwohl Nebenbedingungen ihrer mathematischen Herleitung verletzt sind. Eine typische und häufig auftretende Verletzung betrifft bspw. die konvexe bzw. vollständige Hülle des Untersuchungsobjektes. Konsistenzbedingungen setzen üblicherweise voraus, dass das Untersuchungsobjekt in allen Projektionsdatensätzen vollständig abgebildet ist. Praktisch ist das nur selten der Fall, da ausreichend große Röntgendetektoren zu teuer oder nicht verfügbar sind. Die Erfahrung zeigt aber, dass etliche Konsistenzbedingungen dennoch eingesetzt werden können, um Abbildungsparameter zu verbessern, sofern vorab sinnvolle (Werte-)Bereiche für die Abbildungsparameter festgelegt werden. Bei der Suche nach der korrekten Abbildungsgeometrie kann bspw. als Wertebereich die mechanische Genauigkeit/Toleranz der Bildgebungsanlage angesetzt werden. Die Bereichsgrenzen können von Anwendung zu Anwendung variieren. Durch die Definition von anwendungsspezifischen Bereichsgrenzen kann zumindest ein lokales Minimum der Kostenfunktion aufgefunden bzw. angenähert werden.Consistency conditions are often applied successfully even though the constraints of their mathematical derivation are violated. A typical and frequently occurring injury concerns, for example, the convex or complete shell of the examination object. Consistency conditions usually presuppose that the examination object is completely mapped in all projection data records. In practice, this is rarely the case because the X-ray detector is sufficiently large gates are too expensive or unavailable. However, experience shows that a number of consistency conditions can still be used to improve mapping parameters, provided that reasonable (value) ranges for the mapping parameters are defined in advance. When searching for the correct imaging geometry, the mechanical accuracy/tolerance of the imaging system can be used as a range of values, for example. The range limits may vary from application to application. By defining application-specific range limits, at least one local minimum of the cost function can be found or approximated.

Ein Beispiel für eine Konsistenzfunktion, die auch bei Verletzung von Nebenbedingungen ihrer mathematischen Herleitung noch gute Ergebnisse liefert, ist bspw. die Konsistenzbedingung der Epipolargeometrie.An example of a consistency function that still delivers good results even if the secondary conditions of its mathematical derivation are violated is the consistency condition of epipolar geometry.

Es gibt auch Anwendungsfälle, bei denen eine Konsistenzfunktion kein gewünschtes Ergebnis liefert. Bspw., wenn ein Untersuchungsobjekt bspw. aufgrund seiner Form grundsätzlich für die Anwendung einer Konsistenzbedingung ungeeignet ist. Daneben können bei der Bilddatenerfassung verschiedene, die Datenkonsistenz beeinflussende Effekte überlagert auftreten. Dann kann zwar noch ein Minimum der Kostenfunktion gefunden werden, dieses repräsentiert aber nicht mehr das Optimum der Abbildungsparameter. Dies ist auch das Problem der vorliegenden Erfindung.There are also use cases where a consistency function does not provide the desired result. For example, if an examination object is fundamentally unsuitable for the application of a consistency condition, for example due to its shape. In addition, various effects that influence data consistency can occur superimposed during image data acquisition. A minimum of the cost function can then still be found, but this no longer represents the optimum of the mapping parameters. This is also the problem of the present invention.

Wird also festgestellt, dass unter Anwendung einer Kostenfunktion das Parameteroptimum nicht direkt erreicht werden kann, können bislang folgende Gegenmaßnahmen ergriffen werden:

  • - Setzen von strengen Randbedingungen, also Definieren von sinnvollen Wertebereichen für die zu optimierenden Abbildungsparameter, wie eingangs bereits erläutert. Dies erfordert menschliche Interaktion und kann im Einzelfall schwierig sein. Daneben kann es die Brauchbarkeit der Korrekturmethode weiter senken.
  • - Wenn ein einzelner, dominanter, qualitätsmindernder Effekt identifiziert werden kann, der die Kostenfunktion überlagert, kann dieser Effekt zuerst reduziert werden. Hier kann die Kostenfunktion selbst oder auch ein anderes gängiges Korrekturverfahren angewandt werden.
  • - Kann der dominante, qualitätsmindernde Effekt nicht identifiziert und losgelöst korrigiert werden, können verschiedene Effekte gemeinsam mittels der Kostenfunktion optimiert werden. Dies erhöht jedoch die zu optimierende Parameteranzahl und damit den Rechenaufwand. Sprich, der oder die einen qualitätsmindernden Effekt repräsentierenden Abbildungsparameter werden über das Lösen der Kostenfunktion jeweils in Abhängigkeit des oder der den weiteren Effekt repräsentierenden Abbildungsparameter optimiert.
  • - Wird empirisch mit obigen Maßnahmen kein Erfolg festgestellt, kann noch eine andere Konsistenzbedingung/Kostenfunktionen herangezogen werden, mit welcher wiederum obige Maßnahmen auf Erfolg getestet werden können.
  • - Schlägt auch das fehl, bleibt nur, die automatisierte Bestimmung der bildqualitätsrelevanten Abbildungsparameter einzustellen.
If it is determined that the optimum parameter cannot be achieved directly using a cost function, the following countermeasures can be taken so far:
  • - Setting strict boundary conditions, i.e. defining meaningful value ranges for the imaging parameters to be optimized, as already explained at the beginning. This requires human interaction and can be difficult in individual cases. Besides, it may further lower the usefulness of the correction method.
  • - If a single, dominant, quality-decreasing effect can be identified that is superimposed on the cost function, then this effect can be reduced first. The cost function itself or another common correction method can be used here.
  • - If the dominant, quality-reducing effect cannot be identified and corrected separately, various effects can be optimized together using the cost function. However, this increases the number of parameters to be optimized and thus the computational effort. In other words, the mapping parameter(s) representing a quality-reducing effect are optimized by solving the cost function in each case as a function of the mapping parameter(s) representing the further effect.
  • - If no success is determined empirically with the above measures, another consistency condition/cost function can be used, with which the above measures can in turn be tested for success.
  • - If that also fails, the only option is to stop the automated determination of the imaging parameters relevant to image quality.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alternative Mittel bereit zu stellen, die eine weniger aufwändige, automatische Optimierung wenigstens eines bildqualitätsrelevanten Abbildungsparameters erlauben. Es ist gleichsam Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel für eine erleichterte Reduktion von Bildfehlern in einem 3D-Volumen bereit zu stellen.In contrast, the object of the present invention is to provide alternative means that allow a less complex, automatic optimization of at least one imaging parameter relevant to image quality. It is also an object of the present invention to provide means for an easier reduction of image errors in a 3D volume.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes repräsentierend ein Untersuchungsobjekt, entsprechende Vorrichtung, Bildgebungsanlage, Computerprogramm und computerlesbaren Datenträger gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte und/oder alternative, vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method for creating a corrected volume data set representing an examination object, corresponding device, imaging system, computer program and computer-readable data carrier according to the independent claims. Preferred and/or alternative, advantageous design variants are the subject matter of the dependent claims.

Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte Verfahren als auch in Bezug auf die beanspruchten Vorrichtungen beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können gegenständliche Ansprüche (die beispielsweise auf ein Verfahren gerichtet sind) auch mit Merkmalen, die in Zusammenhang mit einer der Vorrichtungen beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module oder Einheiten ausgebildet.The solution to the problem according to the invention is described below in relation to the claimed method and also in relation to the claimed devices. Features, advantages or alternative embodiments mentioned here are also to be transferred to the other claimed subjects and vice versa. In other words, specific claims (which are directed, for example, to a method) can also be developed with features that are described or claimed in connection with one of the devices. The corresponding functional features of the method are formed by corresponding physical modules or units.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Erzeugen eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter aus wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter. Das Verfahren umfasst eine Vielzahl von Schritten.In a first aspect, the present invention relates to a method for generating a corrected set of imaging parameters from at least one initial set of imaging parameters. The process involves a number of steps.

Bei dem Verfahren handelt es sich um ein computerimplementiertes Verfahren.The method is a computer-implemented method.

Ein erster Schritt ist auf ein Bereitstellen von initialen Projektionsdatensätzen gerichtet. Die initialen Projektionsdatensätze basieren auf dem wenigstens einen initialen Satz Abbildungsparameter. Die initialen Projektionsdatensätze repräsentieren ein Untersuchungsobjekt. Genauer gesagt repräsentieren die initialen Projektionsdatensätze jeweils ein Röntgenabsorptionsprofil des Untersuchungsobjektes für eine bestimmte Projektionsrichtung bzw. einen Projektionsbereich. Ein Projektionsdatensatz bestimmt (unter Vernachlässigung von Mehrfachstreuung oder dergleichen) im Wesentlichen für die Vielzahl von Einzelstrahlen eines kegel- oder fächerförmigen Röntgenstrahls, welcher Anteil der ursprünglichen Röntgenintensität das Untersuchungsobjekt passiert hat.A first step is aimed at providing initial projection data sets. The initial projection data sets are based on the at least one initial set of imaging parameters. The initial projection data records represent an examination object. More precisely, the initial projection data records each represent an X-ray absorption profile of the examination object for a specific projection direction or a projection area. A projection data set essentially determines (ignoring multiple scattering or the like) for the multiplicity of individual rays of a conical or fan-shaped x-ray beam which proportion of the original x-ray intensity has passed through the examination object.

Die initialen Projektionsdatensätze können in Ausführungen allesamt auf einem initialen Satz Abbildungsparameter basieren. In anderen Ausführungen basieren die initialen Projektionsdatensätze auf mehreren, insbesondere zwei, verschiedenen initialen Abbildungsparametersätzen. Die initialen Abbildungsparametersätze lassen sich in Ausführungen als in wenigstens zwei Projektionsdatensatz-Untermengen entsprechend der jeweiligen initialen Sätze Abbildungsparameter unterteilen. Sind Untermengen der initialen Projektionsdatensätze umfasst, gibt es auch verschiedene, jeweils zugeordnete initiale Sätze von Abbildungsparametern. Diese unterscheiden sich voneinander in dem Wert wenigstens eines Abbildungsparameters.In embodiments, the initial projection data sets can all be based on an initial set of imaging parameters. In other versions, the initial projection data sets are based on a plurality, in particular two, different initial mapping parameter sets. In embodiments, the initial mapping parameter sets can be subdivided into at least two projection data set subsets corresponding to the respective initial mapping parameter sets. If subsets of the initial projection data sets are included, there are also different, respectively assigned, initial sets of imaging parameters. These differ from one another in the value of at least one imaging parameter.

Ein initialer Satz Abbildungsparameter soll im Sinne der Erfindung verstanden werden als ein Parametersatz umfassend geometrische Parameter kennzeichnend die Abbildungsgeometrie, physikalische Parameter kennzeichnend bspw. die verwendete Röntgenstrahlung und/oder Parameter kennzeichnend Abbildungseigenschaften des Untersuchungsobjektes. Ein initialer Satz Abbildungsparameter umfasst wenigstens eine Vielzahl von geometrischen Parametern.An initial set of imaging parameters should be understood within the meaning of the invention as a parameter set comprising geometric parameters characterizing the imaging geometry, physical parameters characterizing, for example, the X-ray radiation used and/or parameters characterizing imaging properties of the examination object. An initial set of mapping parameters includes at least a large number of geometric parameters.

Geometrische Parameter können Parameter der nicht abschließenden Gruppe von Parametern sein:

  • - Rotationsachse (Achse relativ zu einem Referenzkoordinatensystem, um welche Untersuchungsobjekt oder Strahler-Detektor-Paar gedreht wird)
  • - Linien-Trajektorie (Achse relativ zu einem Referenzkoordinatensystem, entlang welcher das Untersuchungsobjekt oder das Strahler-Detektor-Paar verschoben wird),
  • - Winkel Röntgenstrahler-Rotationsachse und/oder Winkel Röntgendetektor-Rotationsachse (Winkel zwischen Zentralstahl des Röntgenstrahls und der Rotationsachse),
  • - Abstand Untersuchungsobjekt-Röntgenstrahler,
  • - Abstand Untersuchungsobjekt-Röntgendetektor,
  • - Abstand Röntgenstrahler-Röntgendetektor,
  • - Größe Detektorpixel,
  • - Anzahl Detektorpixel,
  • - Form Detektorpixel,
  • - Winkelinkrement (Winkelbereich, der bei einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse abgeschritten wird),
  • - Anzahl Projektionswinkel/Schrittweite = Anzahl Projektionsdatensätze,
  • - Anzahl Aufnahmepositionen = Anzahl Projektionsdatensätze,
  • - Kegelstrahlwinkel oder auch Fächerstrahlwinkel.
Geometric parameters can be parameters of the non-exhaustive group of parameters:
  • - Axis of rotation (axis relative to a reference coordinate system around which the examination object or emitter-detector pair is rotated)
  • - line trajectory (axis relative to a reference coordinate system, along which the examination object or the emitter-detector pair is moved),
  • - angle of X-ray emitter axis of rotation and/or angle of X-ray detector axis of rotation (angle between the central beam of the X-ray beam and the axis of rotation),
  • - distance between examination object and X-ray source,
  • - distance between examination object and X-ray detector,
  • - X-ray emitter-X-ray detector distance,
  • - size of detector pixels,
  • - number of detector pixels,
  • - shape detector pixels,
  • - Angular increment (angular range that is covered during a rotational movement around a rotational axis),
  • - number of projection angles/increment = number of projection data records,
  • - number of recording positions = number of projection data sets,
  • - Cone beam angle or fan beam angle.

Physikalische Parameter können Parameter aus der nicht abschließenden Gruppe von Parametern sein:

  • - Röntgenröhrenstrom,
  • - Röntgenröhrenspannung,
  • - Anodenmaterial
  • - Material oder Dicke eines Vorfilters für die Röntgenstrahlung
  • - Detektormaterial
  • - Detektionsmechanismus (energieintegrierend oder photonenzählend) des Röntgendetektors
  • - Dynamikbereich des Röntgendetektors
  • - Eigenschaften wir Material oder Geometrie eines Streustrahlungsrasters.
Physical parameters can be parameters from the non-exhaustive group of parameters:
  • - X-ray tube current,
  • - X-ray tube voltage,
  • - anode material
  • - Material or thickness of a pre-filter for X-rays
  • - Detector material
  • - Detection mechanism (energy integrating or photon counting) of the X-ray detector
  • - Dynamic range of the X-ray detector
  • - Properties such as material or geometry of a scattered radiation grid.

Parameter kennzeichnend Abbildungseigenschaften des Untersuchungsobjektes können Parameter aus der nicht abschließenden Gruppe von Parametern sein:

  • - Parameter repräsentierend Streustrahleigenschaften,
  • - Parameter repräsentierend Strahlaufhärtungsverhalten,
  • - Parameter repräsentierend Metallstrukturen des Untersuchungsobjektes.
Parameters characterizing imaging properties of the examination object can be parameters from the non-exhaustive group of parameters:
  • - parameters representing scattered radiation properties,
  • - parameters representing jet hardening behavior,
  • - Parameters representing metal structures of the object under investigation.

Ein initialer Satz Abbildungsparameter kann in Ausführungen reale, tatsächliche, exakte Abbildungsparameter umfassen, die bspw. auf einer genauen Kenntnis der verwendeten Bildgebungsanlage (bspw. mittels Kalibrierung) und/oder des Untersuchungsobjektes beruhen. Ein initialer Satz Abbildungsparameter umfasst aber auch wenigstens einen theoretischen, fiktiven bzw. virtuellen Abbildungsparameter, dessen exakter Wert nicht genau bekannt ist und für den stattdessen ein theoretischer, fiktiver bzw. virtueller Wert angesetzt wird. Dieser Wert soll erfindungsgemäß exakt bestimmt werden. In Ausführungen kann ein initialer Satz Abbildungsparameter auch nur theoretische, fiktive bzw. virtuelle Abbildungsparameter umfassen, bspw. dann, wenn zumindest eine Untermenge der initialen Projektionsdatensätze lediglich auf einem bereits rekonstruierten 3D-Volumen basiert und keine Kenntnis über die ursprünglichen Projektionsdatensätze, das Untersuchungsobjekt und/oder die verwendete Bildgebungsanlage besteht.In embodiments, an initial set of imaging parameters can include real, actual, exact imaging parameters which are based, for example, on precise knowledge of the imaging system used (for example by means of calibration) and/or the examination object. An initial sentence fig However, the formation parameter also includes at least one theoretical, fictitious or virtual mapping parameter, the exact value of which is not exactly known and for which a theoretical, fictitious or virtual value is used instead. According to the invention, this value should be determined exactly. In embodiments, an initial set of imaging parameters can also only include theoretical, fictitious or virtual imaging parameters, for example when at least a subset of the initial projection data sets is only based on an already reconstructed 3D volume and no knowledge of the original projection data sets, the examination object and/or or the imaging system used.

Die Vorgabe für den wenigstens einen theoretischen, fiktiven bzw. virtuellen Abbildungsparameter kann manuell durch einen Nutzer basierend auf Erfahrungswerten und/oder einem Datenblatt einer Bildgebungsanlage und/oder einer Inaugenscheinnahme derselben, des 3D-Volumens und/oder des Untersuchungsobjektes erfolgen. Alternativ oder zusätzlich, kann die Vorgabe zumindest tw. auch automatisch durch eine Datenverarbeitungseinheit erfolgen, bspw. unter automatischer Auswertung von Bildinformation des 3D-Volumens oder basierend auf einer Datenverarbeitung einer Benutzereingabe.The at least one theoretical, fictitious or virtual imaging parameter can be specified manually by a user based on empirical values and/or a data sheet of an imaging system and/or an inspection of the same, the 3D volume and/or the examination object. Alternatively or additionally, the specification can at least partly also be done automatically by a data processing unit, for example with automatic evaluation of image information of the 3D volume or based on data processing of a user input.

Bei dem Untersuchungsobjekt handelt es sich um einen Patienten, typischerweise um einen Menschen. Der Patient kann auch ein Tier sein. Das Untersuchungsobjekt kann alternativ eine Pflanze oder ein nicht-lebender Gegenstand, z.B. ein industriell gefertigtes Werkstück oder anderer Gegenstand, bspw. ein Gepäckstück sein. Insofern kann die Erfindung in den verschiedensten bildgebenden Anwendungsfeldern Einsatz finden.The examination subject is a patient, typically a human being. The patient can also be an animal. Alternatively, the examination object can be a plant or a non-living object, e.g. an industrially manufactured workpiece or other object, e.g. a piece of luggage. In this respect, the invention can be used in a wide variety of imaging fields of application.

Ein zweiter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft ein Erzeugen von manipulierten Projektionsdatensätzen durch Anwenden einer Manipulationsoperation auf wenigstens einen Teil der Projektionsdatensätze. In Ausführungen wird nur eine oder mehrere Untermengen der initialen Projektionsdatensätze, jeweils entsprechend einem initialen Satz Abbildungsparameter mit einer Manipulationsoperation verarbeitet. In anderen Ausführungen werden alle Projektionsdatensätze mit einer Manipulationsoperation verarbeitet. Für jede Untermenge können verschiedene oder dieselbe Manipulationsoperation eingesetzt werden.A second step of the method according to the invention relates to generating manipulated projection data sets by applying a manipulation operation to at least some of the projection data sets. In embodiments, only one or more subsets of the initial projection data sets are processed with a manipulation operation, each corresponding to an initial set of imaging parameters. In other implementations, all projection data sets are processed with one manipulation operation. Different or the same manipulation operations can be used for each subset.

Eine Manipulationsoperation entspricht erfindungsgemäß wenigstens einer Rechenoperation oder Funktion, die geeignet ist, Bildinformation von Projektionsdatensätzen, vorzugsweise pixelweise, zu manipulieren. Die Manipulationsoperation ist in Ausführungen also ausgebildet, dass sie die Bildinformation, die in wenigstens einem Pixel eines initialen Projektionsdatensatzes enthalten ist, verändert. In die Manipulation eines Pixels eines initialen Projektionsdatensatzes kann allein der Eintrag dieses Pixels, die Einträge mehrerer Pixel, bevorzugt Nachbarpixel des manipulierten Pixels und/oder wenigstens ein Eintrag eines korrespondierenden Pixels eines weiteren initialen Projektionsdatensatzes einfließen. Die Manipulationsoperation wird erfindungsgemäß bevorzugt empirisch ermittelt werden.According to the invention, a manipulation operation corresponds to at least one arithmetic operation or function which is suitable for manipulating image information from projection data sets, preferably pixel by pixel. In embodiments, the manipulation operation is thus designed such that it changes the image information contained in at least one pixel of an initial projection data record. Only the entry of this pixel, the entries of several pixels, preferably neighboring pixels of the manipulated pixel and/or at least one entry of a corresponding pixel of a further initial projection data set can be included in the manipulation of a pixel of an initial projection data set. According to the invention, the manipulation operation is preferably determined empirically.

In diesem Schritt werden nun also veränderte, abgewandelte Projektionsdatensätze in Form der manipulierten Projektionsdatensätze erzeugt.In this step, changed, modified projection data sets are now generated in the form of the manipulated projection data sets.

Ein weiterer Schritt betrifft ein Erzeugen eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter basierend auf den wie oben manipulierten Projektionsdatensätzen. Mit anderen Worten wird nun unter Verwendung der manipulierten Projektionsdatensätze ein Fehlerkorrekturverfahren angewendet, welches als Ergebnis einen korrigierten Satz Abbildungsparameter liefert. Das Erzeugen des korrigierten Satzes Abbildungsparameter basiert auch auf wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter. Das Fehlerkorrekturverfahren kann angewandt werden, um nur einen oder mehrere Abbildungsparameter zu korrigieren, um dem Satz korrigierter Abbildungsparameter zu erzeugen. Folglich kann dieser in Ausführungen korrigierte und initiale Werte für Abbildungsparameter umfassen. In anderen Ausführungen kann er nur korrigierte Werte für Abbildungsparameter umfassen. Der korrigierte Satz Abbildungsparameter nähert sich in Ausführungen an einen tatsächlichen, realen, aber zumindest teilweise unbekannten Satz Abbildungsparameter an. Das zum Einsatz kommende Fehlerkorrekturverfahren ist bevorzugt ein an sich bekanntes Korrekturverfahren, welches typischerweise vor einer 3D-Rekonstruktion auf reale Projektionsdatensätze aufweisend Abbildungsfehler angewandt wird.A further step relates to generating a corrected set of imaging parameters based on the projection data sets manipulated as above. In other words, using the manipulated projection data sets, an error correction method is now applied, which results in a corrected set of imaging parameters. Generating the corrected set of mapping parameters is also based on at least one initial set of mapping parameters. The error correction method can be applied to correct only one or more mapping parameters to generate the set of corrected mapping parameters. Consequently, in embodiments, this may include corrected and initial values for mapping parameters. In other implementations, it may only include corrected values for mapping parameters. In embodiments, the corrected set of imaging parameters approximates an actual, real but at least partially unknown set of imaging parameters. The error correction method used is preferably a correction method known per se, which is typically applied to real projection data sets having imaging errors before a 3D reconstruction.

Durch das Erstellen von manipulierten Projektionsdatensätzen mittels Manipulationsoperation macht die vorliegende Erfindung diese automatischen Korrekturverfahren für den vorliegenden Anwendungsfall sinnvoll einsetzbar.By creating manipulated projection data sets by means of a manipulation operation, the present invention makes these automatic correction methods useful for the present application.

Die Erfindung nutzt dabei die eingangs erwähnte Erkenntnis, dass es bestimmte, das Fehlerkorrekturverfahren definierende Funktionen gibt, die Projektionsdaten und bildqualitätsrelevante Abbildungsparameter als Eingabewerte verwenden. Die Erkenntnis liegt konkret darin, dass nicht nur die Abbildungsparameter, sondern auch die Projektionsdaten selbst, die Funktion beeinflussen können. Das vorgeschlagene Verfahren basiert auf einem algorithmischen Ansatz. Der korrigierte Satz Abbildungsparameter kann für verschiedene Anwendungen herangezogen und ggf. weiterverarbeitet werden.The invention uses the knowledge mentioned at the outset that there are specific functions that define the error correction method and that use projection data and imaging parameters relevant to image quality as input values. The knowledge lies in the fact that not only the imaging parameters, but also the projection data themselves can influence the function. The proposed method is based on an algorithmic approach. The corrected set of imaging parameters can be used for various applications and, if necessary, processed further.

Bspw. kann im industriellen Umfeld bei einer zerstörungsfreien Werkstoff- oder Werkstückprüfung Ziel einer Messung mittels Transmissionsröntgenbildgebung die qualitative Beurteilung eines Werkstücks sein. Hier ist zu beobachten, dass diese Beurteilung weniger über den herkömmlichen Workflow „1. Messen von Projektionsbildern, 2. Erstellen eines 3D-Volumens, 3. Anwendungsspezifisches Auswerten des 3D-Volumens“, sondern immer mehr unter direkter Auswertung der Projektionsbilder und dem korrigierten Satz Abbildungsparameter, insbesondere unter Anwendung eines trainierten neuronalen Netzes oder eines Algorithmus der künstlichen Intelligenz (KI) erfolgt. Neuronale Netze bzw. KI-Algorithmen sind dabei ausgebildet, direkt und ohne rechenintensiven Umweg über das 3D-Volumen die Auswertung vornehmen.For example, in the industrial environment, the aim of a measurement using transmission X-ray imaging can be the qualitative assessment of a workpiece in a non-destructive material or workpiece test. It can be observed here that this assessment is less about the conventional workflow “1. Measuring projection images, 2. creating a 3D volume, 3. application-specific evaluation of the 3D volume”, but increasingly with direct evaluation of the projection images and the corrected set of imaging parameters, in particular using a trained neural network or an artificial intelligence algorithm ( AI) takes place. Neural networks or AI algorithms are designed to carry out the evaluation directly and without a computationally intensive detour via the 3D volume.

Eine andere Anwendung liegt im medizinischen Umfeld. Dort kann anhand des Satzes korrigierter Abbildungsparameter ohne Volumenrekonstruktion auf eine bestimmte, unerwünschte Bewegung des Untersuchungsobjektes, hier eines Patienten, geschlossen werden. Dies ist z.B. von besonderem Interesse, wenn eine Zielvolumenposition (Tumor) im Rahmen der Strahlentherapie nachjustiert werden muss.Another application is in the medical environment. There, on the basis of the set of corrected imaging parameters, a certain undesired movement of the examination subject, here a patient, can be inferred without volume reconstruction. This is of particular interest, for example, if a target volume position (tumor) has to be readjusted as part of radiation therapy.

Der korrigierte Satz Abbildungsparameter kann ferner für eine Volumenrekonstruktion verwendet werden. Entsprechend betrifft in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein weiterer Schritt des Verfahrens ein Erzeugen eines korrigierten Volumendatensatzes basierend auf wenigstens einem Teil der initialen Projektionsdatensätze und dem korrigierten Satz Abbildungsparameter. Der korrigierte Volumendatensatz entspricht einem gegenüber einem anhand dem initialen Satz Abbildungsparameter rekonstruierten Volumendatensatz reduzierte Abbildungsfehler aufweisenden Volumendatensatz. Seine Bildqualität ist also verbessert. Der korrigierte Volumendatensatz wird durch eine an sich bekannte Rekonstruktionsmethode der Transmissionsröntgenbildgebung, bspw. eine gefilterte Rückprojektion oder dergleichen, erzeugt. Bei der Rekonstruktion werden die initialen Projektionsdatensätze entsprechend von Parametern des korrigierten Satzes Abbildungsparameter rückprojiziert.The corrected set of imaging parameters can also be used for a volume reconstruction. Accordingly, in a preferred embodiment of the invention, a further step of the method relates to generating a corrected volume data set based on at least a part of the initial projection data sets and the corrected set of imaging parameters. The corrected volume data set corresponds to a volume data set having reduced imaging errors compared to a volume data set reconstructed using the initial set of imaging parameters. So its picture quality is improved. The corrected volume data set is generated by a known transmission x-ray imaging reconstruction method, for example a filtered back projection or the like. During the reconstruction, the initial projection data sets are back-projected according to parameters of the corrected set of imaging parameters.

Die vorliegende Erfindung bewirkt derart eine Verbesserung einer Bildqualität eines Volumendatensatzes, wobei die Beeinträchtigung der Bildqualität auf Abweichungen zwischen einem tatsächlichen, realen, aber zumindest teilweise nicht bekannten und einem theoretischen, virtuellen Satz Abbildungsparameter beruht.In this way, the present invention brings about an improvement in the image quality of a volume data set, the impairment of the image quality being based on deviations between an actual, real but at least partially unknown set of imaging parameters and a theoretical, virtual set of imaging parameters.

In Ausführungen der Erfindung umfasst das Bereitstellen der initialen Projektionsdatensätze, Projektionsdatensätze mittels einer Bildgebungsanlage des Transmissionsröntgen gemäß dem wenigstens einen initialen Satz Abbildungsparameter zu erfassen. Wenigstens eine Untermenge, in Ausführungen auch mehrere, der initialen Projektionsdatensätze basiert folglich auf realen Messdaten einer Bildgebungsanlage unter Verwendung jeweils eines initialen Satzes Abbildungsparameter. Untermengen der initialen Projektionsdatensätze bilden alle jeweils dasselbe Untersuchungsobjekt ab. Untermengen der initialen Projektionsdatensätze unterscheiden sind daher in den jeweiligen initialen Sätzen Abbildungsparameter bevorzugt in wenigstens einem der geometrischen Parameter und/oder einem der physikalischen Paramater, bspw. der Röntgenröhrenspannung. In embodiments of the invention, the provision of the initial projection datasets includes capturing projection datasets by means of an imaging system of the transmission X-ray according to the at least one initial set of imaging parameters. At least one subset, in embodiments also several, of the initial projection data sets is consequently based on real measurement data of an imaging system using an initial set of imaging parameters in each case. Subsets of the initial projection data sets each depict the same examination object. Subsets of the initial projection data sets are therefore imaging parameters in the respective initial sets, preferably in at least one of the geometric parameters and/or one of the physical parameters, for example the X-ray tube voltage.

Die initialen Projektionsdatensätze können bspw. direkt nach einer Erstellung von der Bildgebungsanlage oder über einen Schritt der Zwischenspeicherung aus einem Speicher, zentral oder dezentral angeordnet, über entsprechende Kommunikationswege und Schnittstellen bereitgestellt werden. Auch der/die dazugehörigen initialen Sätze Abbildungsparameter können derart bereitgestellt werden.The initial projection datasets can be made available, for example, directly after being created by the imaging system or via a step of intermediate storage from a memory, arranged centrally or decentrally, via appropriate communication paths and interfaces. The associated initial set of mapping parameters can also be provided in this way.

In weiteren Ausführungen der Erfindung umfasst das Bereitstellen der initialen Projektionsdatensätze, Projektionsdatensätze durch Vorwärtsprojektion eines initialen Volumendatensatzes entsprechend einem virtuellen initialen Satz Abbildungsparameter zu erzeugen. Wenigstens eine Untermenge der initialen Projektionsdatensätze basiert hier folglich auf rein virtuellen Messdaten. Der dazugehörige initiale Satz Abbildungsparameter ist hier ein virtueller Parametersatz, der ausschließlich virtuelle Abbildungsparameter umfasst, wie eingangs bereits erwähnt. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine Anwendung der vorliegenden Idee auch dann, wenn nur ein vollständig rekonstruiertes 3D-Volumen vorliegt, aber keine realen initialen Projektionsdaten.In further embodiments of the invention, the provision of the initial projection data sets includes generating projection data sets by forward projection of an initial volume data set corresponding to a virtual initial set of imaging parameters. At least a subset of the initial projection data sets is based on purely virtual measurement data. The associated initial set of mapping parameters is a virtual parameter set that exclusively includes virtual mapping parameters, as already mentioned at the beginning. This procedure enables the present idea to be used even if only a completely reconstructed 3D volume is available, but no real initial projection data.

Die initialen Projektionsdatensätze können hier bspw. direkt von einer Datenverarbeitungseinheit erstellt oder aus einem Speicher abgerufen werden. Der initiale Volumendatensatz kann ebenfalls in einem Speicher abrufbar für die Datenverarbeitungseinheit hinterlegt sein und so wie die initialen Projektionsdatensätze über entsprechende Kommunikationswege und Schnittstellen bereitgestellt werden. Der/die dazugehörigen initialen Sätze Abbildungsparameter können in Ausführungen bevorzugt manuell durch einen Benutzer basierend auf Erfahrungswerten oder Kenntnis der Bildgebungsanlage und/oder des Untersuchungsobjektes bzw. manuell oder automatisch basierend auf Bildinformation des initialen Volumendatensatzes vorgegeben werden.The initial projection data sets can be created here, for example, directly by a data processing unit or retrieved from a memory. The initial volume data record can also be stored in a memory so that it can be called up by the data processing unit and, like the initial projection data records, can be made available via corresponding communication paths and interfaces. In embodiments, the associated initial set of imaging parameters can preferably be specified manually by a user based on empirical values or knowledge of the imaging system and/or the examination object, or manually or automatically based on image information of the initial volume data set.

In Ausführungen der Erfindung umfasst das Erzeugen der manipulierten Projektionsdatensätze, die Manipulationsoperation auf alle initialen Projektionsdatensätze anzuwenden. In Ausführungen der Erfindung wird also die gesamte Bildinformation der initialen Projektionsdatensätze manipuliert. In anderen Ausführungen können stattdessen nur Teile der initialen Projektionsdatensätze, insbesondere einzelne Untermengen manipuliert werden. Wie konkret vorgegangen wird, kann insbesondere von der Ausbildung der Manipulationsoperation und/oder den initialen Projektionsdatensätzen abhängen.In embodiments of the invention, the generation of the manipulated projection data sets includes apply the manipulation operation to all initial projection datasets. In embodiments of the invention, the entire image information of the initial projection data sets is therefore manipulated. In other versions, only parts of the initial projection data records, in particular individual subsets, can be manipulated instead. How exactly the procedure is carried out can depend in particular on the design of the manipulation operation and/or the initial projection data sets.

In weiteren Ausführungen der Erfindung umfasst das Erzeugen der manipulierten Projektionsdatensätze, einen manipulierten Projektionsdatensatz zu bilden, indem die Manipulationsoperation jeweils auf einen der initialen Projektionsdatensätze angewandt wird. Mit anderen Worten wird jeder einzelne initiale Projektionsdatensatz unabhängig von anderen initialen Projektionsdatensätzen individuell mit der Manipulationsoperation bearbeitet. Mit anderen Worten wandelt die Manipulationsoperation einen initialen Projektionsdatensatz in einen manipulierten Projektionsdatensatz um, wobei wenigstens ein, bevorzugt mehrere, manipulierte, sprich abgewandelte Pixeleinträge erzeugt werden. Weitere Pixeleinträge können aus dem initialen Volumendatensatz übernommen sein.In further embodiments of the invention, the generation of the manipulated projection data sets includes forming a manipulated projection data set by applying the manipulation operation to one of the initial projection data sets in each case. In other words, each individual initial projection data record is processed individually with the manipulation operation, independently of other initial projection data records. In other words, the manipulation operation converts an initial projection data record into a manipulated projection data record, wherein at least one, preferably several, manipulated, ie modified, pixel entries are generated. Further pixel entries can be taken from the initial volume data set.

In anderen Ausführungen umfasst das Erzeugen der manipulierten Projektionsdatensätze, einen manipulierten Projektionsdatensatz zu bilden, indem die Manipulationsoperation zwei oder mehr initiale Projektionsdatensätze miteinander verrechnet. In Ausführungen ist die Manipulationsoperation also ausgebildet, mehrere, bevorzugt zwei, initiale Projektionsdatensätze, genauer gesagt, die jeweilige Bildinformation sich entsprechender Pixel zu verrechnen. Ein manipulierter Projektionsdatensatz entspricht hier einem neuen, weiteren Projektionsdatensatz, der bevorzugt kein Pixel mit ursprünglicher Bildinformation eines der verrechneten initialen Projektionsdatensätze umfasst.In other embodiments, the generation of the manipulated projection data sets includes forming a manipulated projection data set by the manipulation operation offsetting two or more initial projection data sets with one another. In embodiments, the manipulation operation is thus designed to offset several, preferably two, initial projection data sets, more precisely, the respective image information of corresponding pixels. A manipulated projection data set corresponds here to a new, further projection data set, which preferably does not include any pixel with original image information of one of the calculated initial projection data sets.

Die Ausgestaltung der Manipulationsoperation hängt in Ausführungen der Erfindung von der Untersuchung und/oder dem Untersuchungsobjekt ab. Mit anderen Worten umfasst die Manipulationsoperation wenigstens eine von der Art der Untersuchung und/oder der Art des Untersuchungsobjektes abhängige Funktion. Die Veränderung der initialen Projektionsbilder kann also erfindungsgemäß allgemeiner an einen Bildinhalt (auch, wenn er nicht auf das Untersuchungsobjekt an sich zurückzuführen ist) bzw. eine Untersuchungsart angepasst werden. Hier kann bspw. durch manuelle Eingabe durch einen Benutzer eine oder mehrere Funktionen vorgegeben oder aus einer Reihe möglicher Funktionen ausgewählt werden. Alternativ kann eine an sich bekannte automatische Auswertung von Bildinformation in den initialen Projektionsdatensätzen zur Erkennung bspw. eines Untersuchungsobjektes in einer Datenverarbeitungseinheit angewandt werden und im Sinne einer Look-Up Tabelle für verschiedene Untersuchungsobjekte verschiedene Funktionen für eine automatische Auswahl hinterlegt sein. Die Auswertung von Bildinformation kann eine Segmentierung und/oder eine Klassifizierung umfassen.In embodiments of the invention, the design of the manipulation operation depends on the examination and/or the examination object. In other words, the manipulation operation includes at least one function dependent on the type of examination and/or the type of object under examination. According to the invention, the change in the initial projection images can therefore be adapted more generally to an image content (even if it cannot be traced back to the examination object per se) or a type of examination. One or more functions can be specified here, for example by manual input by a user, or they can be selected from a number of possible functions. Alternatively, a known automatic evaluation of image information in the initial projection datasets for recognizing, for example, an examination object can be used in a data processing unit and various functions for automatic selection can be stored in the sense of a look-up table for different examination objects. The evaluation of image information can include segmentation and/or classification.

In weiteren Ausführungen der Erfindung umfasst die Manipulationsoperation wenigstens eine nichtlineare Funktion. Andersartige Funktionen sind ebenfalls möglich. Insbesondere kann die Manipulationsfunktion mehrere Rechenoperationen bzw. Funktionen umfassen, die erfindungsgemäß hintereinander ausgeführt werden. Insofern kann die Manipulationsoperation auch eine Kombination mehrerer Funktionen entsprechen.In further embodiments of the invention, the manipulation operation comprises at least one non-linear function. Other functions are also possible. In particular, the manipulation function can include a plurality of arithmetic operations or functions which, according to the invention, are executed one after the other. In this respect, the manipulation operation can also correspond to a combination of several functions.

Die wenigstens eine Funktion kann eine Funktion aus der nicht abschließenden Gruppe der folgenden Funktionen sein:

  • - Pixelweise lokale oder globale Addition/Subtraktion von konstanten Grauwerten in einem initialen Projektionsdatensatz. Derart wird bspw. kontrastarmer Hintergrund (Muskelgewebe, Objektträger) im Vergleich zu einer kontraststarken Struktur (Knochen, Stent, elektronisches Bauteil) mehr oder weniger betont. Dies kann bspw. bei Dental-CT-Aufnahmen Anwendung finden, wenn es darum geht, Bewegungsartefakte durch eine Schluckbewegung zu unterdrücken, wenn eine Optimierung der Rekonstruktion der Zähne, anstatt einer Bewegungskompensation der Zunge erreicht werden soll.
  • - Pixelweise lokale Grauwertoperation, bspw. Setzen eines oberen oder unteren Schwellwertes, um bspw. dominante Hochkontraststrukturen in den initialen Projektionsdatensätzen zu betonen oder zu unterdrücken. Bspw. kann derart ein Signal von Objekthalter, Liege, Kabel oder dergleichen unterdrückt werden, welches sich erfahrungsgemäß anders als das Untersuchungsobjekt insbesondere in Form eines Patienten bezüglich Bewegung oder physikalischer Artefakte wie bspw. einer Strahlaufhärtung verhält.
  • - Nachbarpixel-Operation bspw. umfassend eine Gradientenbildung. Auch diese kann eine Unterdrückung eines Hintergrundes bzw. dazu gehöriger Objekte bewirken. Insbesondere eine Gradientenbildung kann in Ausführungen auch eine Betragsbildung des Gradienten umfassen.
  • - globale oder lokale Histogrammequalisierung, um gewünschte Bildmerkmale zu betonen und/oder unerwünschte Bildmerkmale zu reduzieren.
  • - Pixelweise Verrechnung von Projektionsdatensätzen. Bspw. können (in Bezug auf die Abbildungsgeometrie benachbarte) Projektionsdatensätze innerhalb einer Untermenge von initialen Projektionsdatensätze miteinander verrechnet werden. Alternativ können Projektionsdatensätze einer Untermenge mit Projektionsdatensätzen einer anderen Untermenge verrechnet werden. Die zu den Untermengen der initialen Projektionsdatensätze gehörigen initialen Sätze Abbildungsparamater können sich dabei bspw. im Wert wenigstens eines Abbildungsparameters unterscheiden, bspw. der bei der Bilddatenerfassung eingestellten Röntgenröhrenspannung. Oder sie können sich in wenigstens einem geometrischen Parameter unterscheiden. Ein initialer Satz Abbildungsparameter kann dabei insbesondere ein rein virtueller Parametersatz sein (entsprechend einem virtuellen initialen Projektionsdatensatz), dann unterscheiden sich die initialen Sätze der Abbildungsparameter in den Werten aller Abbildungsparameter. Eine einfache Art der Verrechnung ist bspw. eine Subtraktion von korrespondierenden Pixelwerten.
The at least one function can be a function from the non-exhaustive group of the following functions:
  • - Pixel by pixel local or global addition/subtraction of constant gray values in an initial projection data set. In this way, for example, a low-contrast background (muscle tissue, slide) is more or less emphasized in comparison to a high-contrast structure (bones, stent, electronic component). This can be used, for example, in dental CT recordings when it is a matter of suppressing movement artifacts caused by a swallowing movement, when the aim is to optimize the reconstruction of the teeth instead of compensating for movement of the tongue.
  • - Pixel-by-pixel local gray value operation, e.g. setting an upper or lower threshold value, in order to emphasize or suppress dominant high-contrast structures in the initial projection data sets, for example. For example, a signal from the object holder, bed, cable or the like can be suppressed in this way, which experience has shown to behave differently than the examination object, particularly in the form of a patient, with regard to movement or physical artefacts such as beam hardening.
  • - Neighboring pixel operation, for example, including gradient formation. This can also suppress a background or associated objects. In particular, a gradient formation can also include an absolute value formation of the gradient in embodiments.
  • - Global or local histogram equalization to emphasize desired image features and/or reduce unwanted image features.
  • - Calculation of projection data sets per pixel. For example, projection datasets (adjacent in terms of imaging geometry) can be offset against one another within a subset of initial projection datasets. Alternatively, projection data sets from a subset can be offset against projection data sets from another subset. The initial sets of imaging parameters belonging to the subsets of the initial projection data sets can differ, for example, in the value of at least one imaging parameter, for example the x-ray tube voltage set during image data acquisition. Or they can differ in at least one geometric parameter. An initial set of mapping parameters can in particular be a purely virtual parameter set (corresponding to a virtual initial projection data set), then the initial sets of mapping parameters differ in the values of all mapping parameters. A simple type of calculation is, for example, a subtraction of corresponding pixel values.

In weiteren, besonders bevorzugten Ausführungen der Erfindung umfasst das Erzeugen des korrigierten Satzes Abbildungsparameter, wenigstens eine auf einer Konsistenzbedingung basierende Kostenfunktion auf die manipulierten Projektionsdatensätze und gleichzeitig auf einen initialen Satz Abbildungsparameter anzuwenden.In further, particularly preferred embodiments of the invention, generating the corrected set of imaging parameters includes applying at least one cost function based on a consistency condition to the manipulated projection data sets and simultaneously to an initial set of imaging parameters.

Grundsätzlich nutzt die Anwendung einer Konsistenzbedingung das Vorhandensein von Datenredundanzen in den initialen Projektionsdatensätzen bzw. deren 3D-Radontransformierten aus. Mit anderen Worten können basierend auf den initialen Projektionsdatensätzen globale oder lokale Konsistenzbedingungen abgeleitet werden. Die Annahme ist, dass Inkonsistenzen in den Daten auf eine Abweichung zwischen tatsächlichem, realem und dem initialen Satz von Abbildungsparametern zurückzuführen sind. Diese Abweichungen resultieren in einer Erhöhung des Wertes der Kostenfunktion. Das Anwenden der Kostenfunktion umfasst eine Optimierung derselben unter Anpassung wenigstens eines, bevorzugt einer Vielzahl der initialen Abbildungsparamater. Die Optimierung umfasst also das Suchen bzw. Annähern an ein Minimum der Kostenfunktion unter Variation des Wertes wenigstens eines Abbildungsparameters. Das Auffinden eines Funktionsminimums entspricht gleichzeitig dem Auffinden bzw. dem Ermitteln eines Wertes eines korrigierten Abbildungsparameters. Das Anwenden der Kostenfunktion kann dabei bevorzugt iterativ in Bezug auf den Wert eines Abbildungsparameters und/oder iterativ in Bezug auf die mehreren Abbildungsparameter erfolgen, für die das Funktionsminimum gesucht wird. Insbesondere kann ein Abbildungsparameter in Abhängigkeit eines anderen, zu optimierenden Abbildungsparameters, optimiert werden. Jede der Iterationsschleifen kann nach einer vorab festgelegten Anzahl an Durchläufen oder dem Unterschreiten eines vorab festgelegten Wertes der Kostenfunktion abgebrochen werden.Basically, the application of a consistency condition exploits the existence of data redundancies in the initial projection data sets or their 3D Radon transform. In other words, global or local consistency conditions can be derived based on the initial projection data sets. The assumption is that inconsistencies in the data are due to a discrepancy between actual, real and the initial set of mapping parameters. These deviations result in an increase in the value of the cost function. The application of the cost function includes an optimization of the same by adapting at least one, preferably a large number of the initial mapping parameters. The optimization thus includes searching for or approaching a minimum of the cost function while varying the value of at least one mapping parameter. Finding a function minimum corresponds at the same time to finding or determining a value of a corrected imaging parameter. In this case, the cost function can preferably be applied iteratively in relation to the value of an imaging parameter and/or iteratively in relation to the plurality of imaging parameters for which the function minimum is sought. In particular, an imaging parameter can be optimized as a function of another imaging parameter to be optimized. Each of the iteration loops can be terminated after a predetermined number of iterations or after the value of the cost function falls below a predetermined value.

Für die Optimierung von Abbildungsparametern anhand der Kostenfunktion wird also ein Subset, eine Teilmenge von Abbildungsparametern des initialen Satzes Abbildungsparameter bestimmt. Die Teilmenge umfasst wenigstens einen Abbildungsparameter, bevorzugt eine Mehrzahl von oder alle Abbildungsparameter des initialen Parametersatzes. Die Optimierung umfasst nun das Berechnen der Kostenfunktion für eine Vielzahl von abgewandelten Werten des wenigstens einen Abbildungsparameters, solange bis das Minimum der Kostenfunktion bzw. ein zuvor festgelegtes Abbruchkriterium erreicht ist. Der Wert des wenigstens einen Abbildungsparameters, der zu einem Minimum der Kostenfunktion führt und/oder mit dem das Abbruchkriterium erreicht wird, wird dann erfindungsgemäß als Wert des wenigstens einen Abbildungsparameters des korrigierten Satzes Abbildungsparameter angesetzt.A subset, a subset of mapping parameters of the initial set of mapping parameters, is thus determined for the optimization of mapping parameters using the cost function. The subset includes at least one mapping parameter, preferably a plurality of or all mapping parameters of the initial parameter set. The optimization now includes the calculation of the cost function for a large number of modified values of the at least one imaging parameter, until the minimum of the cost function or a previously defined termination criterion is reached. The value of the at least one mapping parameter that leads to a minimum of the cost function and/or with which the termination criterion is reached is then used according to the invention as the value of the at least one mapping parameter of the corrected set of mapping parameters.

Die Auswahl des wenigstens einen Abbildungsparameters, der optimiert werden soll, kann in Ausführungen der Erfindung manuell durch einen Benutzer (Applikationsingenieur, MTRA) oder zumindest teil-automatisch im Rahmen einer Datenverarbeitung erfolgen. Die Auswahl kann erfindungsgemäß vorteilhaft auf folgenden Überlegungen/Annahmen basieren:

  • Bspw. kann in die Auswahl des zu optimierenden Abbildungsparameters die der Bildgebung zugrunde liegende Aufgabenstellung oder Anamnese mit einfließen. Bspw. kann der zu optimierende Abbildungsparameter indirekt über ein Bildaufnahme-Protokoll festgelegt sein, dass ein Benutzer aus einer Liste möglicher Protokolle in Abhängigkeit des Untersuchungsobjektes auswählt (bspw. ein Protokoll für die Bildgebung eines Elektronikbauteils, eines Steckers, eines Thorax, eines Kopfes oder eines Herzens).
In embodiments of the invention, the at least one imaging parameter to be optimized can be selected manually by a user (application engineer, MTRA) or at least partially automatically as part of data processing. According to the invention, the selection can advantageously be based on the following considerations/assumptions:
  • For example, the task or anamnesis on which the imaging is based can be included in the selection of the imaging parameter to be optimized. For example, the imaging parameter to be optimized can be defined indirectly via an image recording protocol that a user selects from a list of possible protocols depending on the examination object (e.g. a protocol for imaging an electronic component, a plug, a thorax, a head or a heart).

Alternativ erfolgt die Auswahl des zu optimierenden Abbildungsparameters basierend auf einer (fehlerbehafteten) ersten Rekonstruktion initialer Volumendaten. Diese wird nun durch einen Benutzer visuell oder automatisch mittels entsprechender Bild- oder Mustererkennungsverfahren durch die Datenverarbeitungseinheit analysiert. Derart identifizierte Abbildungsfehler können derart auf zugrunde liegende Abbildungsfehler zurückgeführt und so der wenigstens eine zu optimierende Abbildungsparameter bestimmt werden.Alternatively, the imaging parameter to be optimized is selected based on an (erroneous) first reconstruction of initial volume data. This is now analyzed by a user visually or automatically by the data processing unit using appropriate image or pattern recognition methods. Such identified imaging errors can be traced back to underlying imaging errors in this way and the at least one imaging parameter to be optimized can thus be determined.

Das kann entweder direkt oder indirekt erfolgen, spricht, es kann nun direkt ein zu optimierender Parameter oder ein bevorzugten Korrekturverfahren bestimmt werden.

  • - Indirekt: Bspw. kann in der Dental-Computertomographie basierend auf den initial rekonstruierten Bilddaten durch einen Benutzer die Korrektur „Metallartefaktreduktion“ ausgewählt werden, wobei dann wenigstens ein physikalischer Parameter bezüglich des Materials des Untersuchungsobjektes optimiert wird.
  • - Indirekt: Bspw. kann in der Industrie basierend auf den initial rekonstruierten Bilddaten durch einen Benutzer die Korrektur „Multimaterial-Strahlaufhärtungsreduktion“ ausgewählt werden, wobei dann wieder wenigstens ein physikalischer Parameter bezüglich des Materials des Untersuchungsobjektes optimiert wird.
  • - Indirekt: Benutzer erkennt in den initial rekonstruierten Bilddaten bewegungsbedingte Artefakte wie bspw. unscharfe Kanten und wählt die Korrektur „Bewegungskompensation“ (bei lebenden Objekten) oder „Jitter-Korrektur“ (bei industriellen Anwendungen) aus, wobei die Projektionsmatrix, also wenigstens ein geometrischer Abbildungsparameter für jeden einzelnen Projektionsdatensatz optimiert wird.
  • - Indirekt: Benutzer erkennt in den initial rekonstruierten Bilddaten Doppelstrukturen und wählt die Korrektur „Auto A-lignment“, wobei die Projektionsmatrix (geometrische Abbildungsparameter) für jeden einzelnen Projektionsdatensatz optimiert wird.
This can be done either directly or indirectly, that is, a parameter to be optimized or a preferred correction method can now be determined directly.
  • - Indirectly: For example, in dental computed tomography, a user can select the “metal artifact reduction” correction based on the initially reconstructed image data, with at least one physical parameter relating to the material of the examination object then being optimized.
  • - Indirect: For example, in industry, based on the initially reconstructed image data, a user can select the “multi-material beam hardening reduction” correction, with at least one physical parameter relating to the material of the examination object then being optimized again.
  • - Indirect: The user recognizes motion-related artifacts in the initially reconstructed image data, such as blurred edges, and selects the correction "motion compensation" (for living objects) or "jitter correction" (for industrial applications), whereby the projection matrix, i.e. at least one geometric Imaging parameters are optimized for each individual projection data set.
  • - Indirect: The user recognizes double structures in the initially reconstructed image data and selects the "Auto A-lignment" correction, whereby the projection matrix (geometric imaging parameters) is optimized for each individual projection data set.

Die Auswahl des zu optimierenden Abbildungsparameters kann ferner die eingesetzte Bildgebungsanlage und deren ggf. charakteristische Abbildungsparameter berücksichtigen, die Unsicherheiten unterliegen, während andere charakteristische Abbildungsparameter sehr zuverlässig sind. Beispiele:

  • - Klinische Computertomographie: Geometrische und physikalische Abbildungsparameter sind sehr genau und oft bekannt und unterliegen keinen relevanten Schwankungen. Auch die physikalischen Eigenschaften von menschlichen Untersuchungsobjekten sind sehr gut erforscht und genau bekannt. Dafür tritt unwillkürlich Patientenbewegung auf (Atmung, Herzschlag, Zappeln) .
  • - C-Bogen: Hier unterliegen die geometrischen Abbildungsparameter des Gerätes aufgrund mechanischer Instabilität und bewegungsbedingt induzierten Eigenschwingungen starken Schwankungen.
The selection of the imaging parameter to be optimized can also take into account the imaging system used and its possibly characteristic imaging parameters, which are subject to uncertainties, while other characteristic imaging parameters are very reliable. Examples:
  • - Clinical computed tomography: Geometric and physical imaging parameters are very accurate and often known and are not subject to any relevant fluctuations. The physical properties of human examination objects are also very well researched and well known. Instead, involuntary patient movement occurs (breathing, heartbeat, fidgeting).
  • - C-arm: Here the geometric imaging parameters of the device are subject to strong fluctuations due to mechanical instability and natural vibrations induced by movement.

Bei industriellen Anwendungen sind typischerweise die geometrischen Abbildungsparameter betroffen und müssen optimiert werden, weil hohe Ortsauflösungen erzielt werden sollen. Dafür ist ein kleiner Röntgenbrennfleck erforderlich, der eine geringe Röntgenleistung und eine lange Messdauer mit sich bringt. Je länger eine Messung dauert, umso größer sind Temperaturschwankungs-Effekte (bspw. Röntgenröhre und Röntgendetektor) und Verschleißerscheinungen (insbes. Röntgenröhre), was eine kontinuierliche Veränderung von verschiedenen Abbildungsparametern verursachen kann.In industrial applications, the geometric imaging parameters are typically affected and must be optimized because high spatial resolutions are to be achieved. This requires a small X-ray focal spot, which results in low X-ray power and a long measurement time. The longer a measurement lasts, the greater the temperature fluctuation effects (e.g. X-ray tube and X-ray detector) and signs of wear (especially X-ray tube), which can cause a continuous change in various imaging parameters.

Insbesondere können die in der deutschen Patentschrift DE 102013200329 B4 oder in AICHERT et al., „Redundancies in X-ray images due to the epipolar geometry for transmission imaging“, The third international conference on image formation in X-ray computed tomography, pp. 333-337 oder in MAASS, N. ET. AL., „Geometrical Jitter Correction in Computed Tomography“, In: CT-Meeting, pp. 338-342, 2014 beschriebene Methoden bzw. die darin hergeleiteten und auf der Konsistenzbedingung entsprechend der Epipolargeometrie basierenden Kostenfunktionen angewandt werden. Alternative, ebenfalls erfindungsgemäß anwendbare Konsistenzbedingungen sind bspw. die Helgason-Ludwig-Konsistenzbedingung, beschrieben in: S. Helgason, „Support of radon transforms,“ Advances in Mathematics, vol. 38, no. 1, pp. 91-100, 1980, oder die Fourier-Konsistenzbedingung, beschrieben in: P. R. Edholm, R. M. Lewitt, and B. Lindholm, „Novel properties of the fourier decomposition of the sinogram,“ Proceedings SPIE 0671, pp. 8-18, 1986.In particular, in the German patent DE 102013200329 B4 or in AICHERT et al., "Redundancies in X-ray images due to the epipolar geometry for transmission imaging", The third international conference on image formation in X-ray computed tomography, pp. 333-337 or in MAASS, N. ET . AL., "Geometrical Jitter Correction in Computed Tomography", In: CT-Meeting, pp. 338-342, 2014, the methods described therein and the cost functions based on the consistency condition corresponding to the epipolar geometry are applied. Alternative consistency conditions that can also be used according to the invention are, for example, the Helgason-Ludwig consistency condition, described in: S. Helgason, "Support of radon transforms," Advances in Mathematics, vol. 38, no. 1, pp. 91-100, 1980, or the Fourier consistency condition described in: PR Edholm, RM Lewitt, and B. Lindholm, "Novel properties of the fourier decomposition of the sinogram," Proceedings SPIE 0671, pp. 8-18, 1986.

Obwohl die Konsistenzbedingung wie oben geschildert, auf die manipulierten Projektionsdatensätze angewandt wird, wird die Konsistenzbedingung in besonders bevorzugten Ausführungen der Erfindung als eine auf den initialen Projektionsdatensätzen basierende Konsistenzbedingung gewählt. Mit anderen Worten wird eine Konsistenzbedingung gewählt, die von den initialen, nicht manipulierten Projektionsdatensätzen ausgeht. Durch die Verwendung der manipulierten Projektionsdatensätze für die Parameteroptimierung entsteht eine neue, veränderte Kostenfunktion mit vorteilhaften Eigenschaften.Although the consistency condition, as described above, is applied to the manipulated projection datasets, in particularly preferred embodiments of the invention, the consistency condition is selected as a consistency condition based on the initial projection datasets. In other words, a consistency condition is selected that is based on the initial, non-manipulated projection data sets. By using the manipulated projection data sets for parameter optimization, a new, changed cost function with advantageous properties is created.

Durch gezielte Anwendung einer Manipulationsoperation auf die initialen Projektionsdatensätze kann bspw. eine Kostenfunktion abgeleitet werden, die ein ausgeprägtes, deutliches Minimum an einer Stelle aufweist, wo eine auf derselben Konsistenzbedingung, aber den initialen Projektionsdatensätzen basierende Kostenfunktion nur ein unbedeutendes Nebenminimum aufweisen würde. Durch Anwenden der Manipulationsoperation kann erfindungsgemäß ein das einem Parameteroptimum entsprechende Minimum überdeckender Effekt in der Kostenfunktion eliminiert werden, ohne dass noch eine Korrektur dieses unerwünschten Effekts vor oder im Rahmen der beschriebenen Parameteroptimierung erforderlich wäre.For example, through the targeted application of a manipulation operation to the initial projection data sets, a cost function can be derived that has a pronounced, clear minimum at a point where a cost function based on the same consistency condition but the initial projection data sets would only have an insignificant secondary minimum. By applying the manipulation operation, according to the invention, an effect in the cost function that covers the minimum corresponding to a parameter optimum can be eliminated without a further correction this undesired effect would be necessary before or as part of the parameter optimization described.

Die manipulierten Projektionsdatensätze werden also erfindungsgemäß als Eingabedaten für eine Konsistenzbedingung verwendet, die von den initialen, also unmanipulierten Projektionsdatensätzen ausgeht. Auf diese Weise entsteht eine neue Kostenfunktion mit vorteilhaften Eigenschaften.According to the invention, the manipulated projection data sets are therefore used as input data for a consistency condition that starts from the initial, that is to say unmanipulated, projection data sets. This creates a new cost function with advantageous properties.

Es ist zu beachten, dass die Manipulationsoperation bevorzugt empirisch und applikationsspezifisch bestimmt wird und typischerweise nicht im Einklang mit der theoretischen Herleitung der jeweiligen Konsistenzbedingung steht, auf welcher die Kostenfunktion basiert.It should be noted that the manipulation operation is preferably determined empirically and application-specifically and is typically not consistent with the theoretical derivation of the respective consistency condition on which the cost function is based.

In weiteren Ausführungen der Erfindung umfasst das Erzeugen eines korrigierten Volumendatensatzes eine Rückprojektion wenigstens einer Untermenge der Vielzahl von Projektionsdatensätzen entsprechend des korrigierten Satzes Abbildungsparameter. Dieser Schritt betrifft das Rekonstruieren des korrigierten Volumendatensatzes entsprechend des korrigierten Satzes Abbildungsparameter. In Ausführungen wird nur eine Untermenge der initialen Projektionsdatensätze für die Rekonstruktion verwendet. In anderen Ausführungen werden mehr oder alle Untermengen der Projektionsdatensätze einzeln für eine Rekonstruktion verwendet. Der Rekonstruktionsprozess kann eine gefilterte Rückprojektion (FBP-Filtered Back Projection), bevorzugt einen FDK(Feldkamp-Davis-Kress)-Algorithmus umfassen, der sich insbesondere für die Rekonstruktion von mittels Kegelstrahlgeometrie erfasster Projektionsdatensätze eignet. Der Rekonstruktionsprozess kann ferner eine iterative, insbesondere eine eine Filterung anwendende iterative Rekonstruktionsvorschrift umfassen.In further embodiments of the invention, the generation of a corrected volume data set includes a back-projection of at least one subset of the plurality of projection data sets corresponding to the corrected set of imaging parameters. This step relates to reconstructing the corrected volume data set according to the corrected set of imaging parameters. In embodiments, only a subset of the initial projection datasets is used for the reconstruction. In other versions, more or all subsets of the projection data records are used individually for a reconstruction. The reconstruction process can include a filtered back projection (FBP-Filtered Back Projection), preferably an FDK (Feldkamp-Davis-Kress) algorithm, which is suitable in particular for the reconstruction of projection data sets acquired by means of cone beam geometry. The reconstruction process can also include an iterative reconstruction rule, in particular an iterative reconstruction rule that uses filtering.

Zusammenfassend basiert die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass auch ohne eine mathematisch-theoretisch korrekte Konsistenzfunktion eine Parameteroptimierung durchgeführt und ein minimaler Kostenwert erreicht werden kann. Dies ist möglich, indem die initialen Projektionsdatensätze vor einer Eingabe in eine auf den initialen Projektionsdatensätzen basierende Konsistenzbedingung mittels einer applikationsabhängigen Manipulationsoperation abgewandelt werden. Die Manipulationsoperation wird so gewählt, dass die auf den manipulierten Projektionsdatensätzen basierende Kostenfunktion gegenüber der auf den initialen Projektionsdatensätzen basierenden Kostenfunktion wenigstens ein klares, einem Parameteroptimum entsprechendes Minimum aufweist. Idealerweise sollte die Manipulationsoperation so gewählt werden, dass keine Nebenminima innerhalb eines sinnvoll wählbaren Suchbereiches auftreten. Anders ausgedrückt wurde erkannt, dass die initialen Projektionsdatensätze vor ihrer Eingabe in eine Konsistenzfunktion derart manipuliert werden können, dass die abgeleitete Kostenfunktion stärker auf eine Variation der gewünschten, zu optimierenden Abbildungsparameter und weniger signifikant auf die Variation anderer Abbildungsparameter reagiert. Die Manipulationsoperation kann durch einen Fachmann oder automatisch bspw. anhand der initialen Projektionsdaten oder einem initialen, rekonstruierten Volumendatensatz abgeleitet und formuliert werden. Die Erfindung ermöglicht so eine Erweiterung der Anwendungsfelder von Konsistenzbedingungen und dazu gehörigen Kostenfunktionen. Weiterhin können bereits bestehende Anwendungen zur automatischen Qualitätsverbesserung von Bildgebungsanlagen, die eine Vielzahl von Röntgenbildern derselben Szene aufnehmen, zuverlässiger ausgelegt werden.In summary, the present invention is based on the finding that parameter optimization can be carried out and a minimal cost value can be achieved even without a mathematically and theoretically correct consistency function. This is possible in that the initial projection datasets are modified by means of an application-dependent manipulation operation prior to input into a consistency condition based on the initial projection datasets. The manipulation operation is selected in such a way that the cost function based on the manipulated projection data sets has at least one clear minimum corresponding to a parameter optimum compared to the cost function based on the initial projection data sets. Ideally, the manipulation operation should be selected in such a way that no secondary minima occur within a meaningfully selectable search area. In other words, it was recognized that the initial projection data records can be manipulated before being entered into a consistency function in such a way that the derived cost function reacts more strongly to a variation in the desired imaging parameters to be optimized and less significantly to the variation in other imaging parameters. The manipulation operation can be derived and formulated by a person skilled in the art or automatically, for example using the initial projection data or an initial, reconstructed volume data set. The invention thus enables an expansion of the fields of application of consistency conditions and associated cost functions. Furthermore, already existing applications for the automatic quality improvement of imaging systems that record a large number of X-ray images of the same scene can be designed more reliably.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter aus wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter. Die Vorrichtung umfasst eine Datenschnittstelle. Diese ist ausgebildet, initiale Projektionsdatensätze repräsentierend ein Untersuchungsobjekt zu empfangen. Die initialen Projektionsdatensätze basieren auf dem wenigstens einen initialen Satz Abbildungsparameter basieren. Die Vorrichtung umfasst auch eine Datenverarbeitungseinheit. Diese ist ausgebildet, manipulierte Projektionsdatensätze durch Anwenden einer Manipulationsoperation auf wenigstens einen Teil der initialen Projektionsdatensätze zu erzeugen und einen korrigierten Satz Abbildungsparameter basierend auf den manipulierten Projektionsdatensätzen zu erzeugen.In a further aspect, the invention relates to a device for generating a corrected set of imaging parameters from at least one initial set of imaging parameters. The device includes a data interface. This is designed to receive initial projection data sets representing an examination object. The initial projection data sets are based on the at least one initial set of imaging parameters. The device also includes a data processing unit. This is designed to generate manipulated projection data sets by applying a manipulation operation to at least part of the initial projection data sets and to generate a corrected set of imaging parameters based on the manipulated projection data sets.

In bevorzugten Ausführungen ist die Datenverarbeitungseinheit auch ausgebildet, einen korrigierten Volumendatensatz basierend auf wenigstens einem Teil der initialen Projektionsdatensätze und dem korrigierten Satz Abbildungsparameter zu erzeugen.In preferred embodiments, the data processing unit is also designed to generate a corrected volume data set based on at least part of the initial projection data sets and the corrected set of imaging parameters.

Die Datenverarbeitungseinheit kann als zentrale oder dezentrale Recheneinheit bzw. Computer ausgebildet sein. Die Recheneinheit kann einen oder mehrere Prozessoren aufweisen. Die Prozessoren können als zentrale Verarbeitungseinheit (ein englischer Fachausdruck hierfür ist „central processing unit“, kurz CPU) und/oder als Grafikprozessor (ein englischer Fachausdruck hierfür ist „graphics processing unit“, kurz GPU) ausgebildet sein. Alternativ kann die Datenverarbeitungseinheit als lokaler oder Cloud-basierter Verarbeitungsserver implementiert sein.The data processing unit can be designed as a central or decentralized processing unit or computer. The computing unit can have one or more processors. The processors can be embodied as a central processing unit (a technical term for this is “central processing unit”, or CPU for short) and/or as a graphics processor (a technical term for this is “graphics processing unit”, or GPU for short). Alternatively, the data processing unit can be implemented as a local or cloud-based processing server.

Die Datenschnittstelle kann allgemein zum Datenaustausch zwischen der Datenverarbeitungseinheit und weiteren Komponenten ausgebildet sein. Die Datenschnittstelle kann in Form von einer oder mehreren einzelnen Schnittstellen implementiert sein, welche beispielsweise ein Hardware- und/oder Software-Interface, z.B. einen PCI-Bus, eine USB-Schnittstelle, eine Fire-Wire-Schnittstelle, eine ZigBee- oder eine Bluetooth-Schnittstelle aufweisen können. Die Datenschnittstelle kann ferner eine Schnittstelle eines Kommunikationsnetzwerks aufweisen, wobei das Kommunikationsnetzwerk ein Local Area Network (LAN), beispielsweise ein Intranet oder ein Wide Area Network (WAN) aufweisen kann. Entsprechend können die ein oder mehreren Datenschnittstellen eine LAN-Schnittstelle oder eine Wireless LAN-Schnittstelle (WLAN oder Wi-Fi) aufweisen.The data interface can generally be designed for data exchange between the data processing unit and other components be. The data interface can be implemented in the form of one or more individual interfaces which, for example, can be a hardware and/or software interface, eg a PCI bus, a USB interface, a FireWire interface, a ZigBee or a Bluetooth -May have interface. The data interface can also have an interface of a communication network, wherein the communication network can have a local area network (LAN), for example an intranet or a wide area network (WAN). Correspondingly, the one or more data interfaces can have a LAN interface or a wireless LAN interface (WLAN or Wi-Fi).

In Ausführungen der Erfindung kann die Vorrichtung einen Datenspeicher aufweisen, der mit der Datenschnittstelle in Datenverbindung steht. In dem Datenspeicher können ein oder mehrere initiale Volumendatensätze abrufbar hinterlegt sein. Der Datenspeicher kann als lokaler Speicher der Vorrichtung, z.B. als Arbeitsspeicher oder Festplatte, ausgebildet sein. Oder als dezentraler oder zentraler Speicher, bspw. einem PACS-System eines Krankenhauses, ausgebildet sein. Weiterhin kann der Datenspeicher Teil eines Serversystems sein.In embodiments of the invention, the device can have a data memory which has a data connection to the data interface. One or more initial volume data records can be stored in the data memory so that they can be called up. The data memory can be embodied as local memory of the device, e.g. as main memory or hard disk. Or be designed as a decentralized or central memory, for example a PACS system of a hospital. Furthermore, the data store can be part of a server system.

Die Erfindung stellt in einem weiteren Aspekt eine Bildgebungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter aus wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter bereit. Dabei kann in einigen Varianten die Bildgebungsanlage als medizinisches, veterinär-medizinisches, oder industrielles Computertomographiesystem, als Mammographiesystem, oder industrielles Transmissionsröntgen-Bildgebungssystem oder dergleichen oder jeweils als der bildgebende Teil davon ausgebildet sein. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in die Bildgebungsanlage integriert. Alternativ kann die Vorrichtung auch entfernt bzw. abgelegen angeordnet sein. Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren, für eine Bildgebungsanlage oder für eine Vielzahl von Anlagen durchzuführen.In a further aspect, the invention provides an imaging system with a device according to the invention for generating a corrected set of imaging parameters from at least one initial set of imaging parameters. In some variants, the imaging system can be configured as a medical, veterinary-medical, or industrial computer tomography system, as a mammography system, or as an industrial transmission X-ray imaging system or the like, or as the imaging part thereof. The device according to the invention is advantageously integrated into the imaging system. Alternatively, the device can also be located remotely or remotely. The device can be designed, in particular to carry out the method according to the invention, for an imaging system or for a large number of systems.

Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit Programmcode, um das erfindungsgemäße Verfahren zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes repräsentierend ein Untersuchungsobjekt durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.The invention also relates to a computer program with program code in order to carry out the method according to the invention for creating a corrected volume data set representing an examination subject when the computer program is executed on a computer.

Die Erfindung betrifft ferner einen computerlesbaren Datenträger mit Programmcode eines Computerprogramms, um das erfindungsgemäße Verfahren zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes repräsentierend ein Untersuchungsobjekt auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, insbesondere der Datenverarbeitungseinheit, ausgeführt wird.The invention also relates to a computer-readable data carrier with program code of a computer program to execute the inventive method for creating a corrected volume data set representing an examination object when the computer program is executed on a computer, in particular the data processing unit.

Ein Computerprogrammprodukt kann Software mit einem Quellcode, der noch kompiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder einen ausführbaren Softwarecode umfassen, der zur Ausführung nur noch in eine Datenverarbeitungseinheit zu laden ist. Durch das Computerprogrammprodukt kann das Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Datenverarbeitungseinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Datenverarbeitungseinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, einen entsprechenden Prozessor, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, sodass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können.A computer program product may include software with source code that still needs to be compiled and linked or that just needs to be interpreted, or executable software code that just needs to be loaded into a computing device for execution. The method can be carried out quickly, identically repeatable and robustly by the computer program product. The computer program product is configured in such a way that it can carry out the method steps according to the invention using the data processing unit. In this case, the data processing unit must in each case have the prerequisites such as, for example, a corresponding working memory, a corresponding processor, a corresponding graphics card or a corresponding logic unit, so that the respective method steps can be carried out efficiently.

Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor der jeweiligen Datenverarbeitungseinheit geladen werden kann. Der Server, Speicher oder das Netzwerk kann mit der Datenverarbeitungseinheit direkt verbunden oder als Teil derselben ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammproduktes auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Die Steuerinformationen des computerlesbaren Speichermedium können derart ausgebildet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Datenverarbeitungseinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für computerlesbare Speichermedien sind eine DVD, ein Magnetband oder ein USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert sind. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in eine Datenverarbeitungseinheit gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Erfindung auch von dem besagten computerlesbaren Medium und/oder dem besagten computerlesbaren Speichermedium ausgehen. Die Vorteile des vorgeschlagenen Computerprogrammproduktes bzw. der zugehörigen computerlesbaren Medien entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der vorgeschlagenen Verfahren.The computer program product is stored, for example, on a computer-readable storage medium or stored on a network or server, from where it can be loaded into the processor of the respective data processing unit. The server, memory or network can be connected directly to the data processing unit or can be formed as part of the same. Furthermore, control information of the computer program product can be stored on a computer-readable storage medium. The control information of the computer-readable storage medium can be designed in such a way that it carries out a method according to the invention when the data carrier is used in a data processing unit. Examples of computer-readable storage media are a DVD, a magnetic tape or a USB stick on which electronically readable control information, in particular software, is stored. If this control information is read from the data carrier and stored in a data processing unit, all of the inventive embodiments of the methods described above can be carried out. The invention can also proceed from said computer-readable medium and/or said computer-readable storage medium. The advantages of the proposed computer program product and the associated computer-readable media essentially correspond to the advantages of the proposed method.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Durch diese Beschreibung erfolgt keine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele. In verschiedenen Figuren sind gleiche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform,
  • 3 eine Vorrichtung zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes nach einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 4 eine schematische Darstellung einer Bildgebungsanlage in einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 die Erzeugung eines korrigierten Volumendatensatzes mit verbesserter Kantengenauigkeit und Bildschärfe aus initialen Projektionsdatensätzen gemäß der vorliegenden Erfindung, und
  • 6 eine Gegenüberstellung der auf initialen und erfindungsgemäß manipulierten Projektionsdatensätzen basierenden Kostenfunktionen umfassend mehrere Funktionsminima.
The properties, features and advantages of this invention described above, and the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are given in connection with FIGS Drawings are explained in more detail. This description does not limit the invention to these exemplary embodiments. The same components are provided with identical reference symbols in different figures. The figures are generally not to scale. Show it:
  • 1 a schematic representation of a method according to the invention in a first embodiment,
  • 2 a schematic representation of a method according to the invention in a further embodiment,
  • 3 a device for creating a corrected volume data set according to an embodiment of the invention,
  • 4 a schematic representation of an imaging system in an embodiment of the invention,
  • 5 the generation of a corrected volume data set with improved edge accuracy and image sharpness from initial projection data sets according to the present invention, and
  • 6 a comparison of the cost functions based on initial and manipulated projection data sets according to the invention, comprising several function minima.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren ist computerimplementiert. Das Verfahren dient der Erzeugung eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter KAP bzw. der Erstellung eines korrigierten Volumendatensatzes KVD repräsentierend ein Untersuchungsobjekt 10. Der korrigierte Volumendatensatz KVD ist gekennzeichnet durch eine hohe Bildqualität. Das Verfahren umfasst eine Vielzahl von Schritten. 1 shows a schematic representation of a method according to the invention in an embodiment of the invention. The method is computer implemented. The method serves to generate a corrected set of imaging parameters KAP or to create a corrected volume data set KVD representing an examination subject 10. The corrected volume data set KVD is characterized by high image quality. The process involves a number of steps.

Ein erster Schritt S10 betrifft ein Bereitstellen von initialen Projektionsdatensätzen IPD. Diese basieren auf wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter IAP.A first step S10 relates to providing initial projection data records IPD. These are based on at least one initial set of mapping parameters IAP.

Das Bereitstellen kann ein Bereitstellen, Senden, Übertragen an eine Vorrichtung 30 umfassen. Die initialen Projektionsdatensätze IPD können in einer lokalen, zentralen oder dezentralen Speichereinheit, bspw. Speichereinheit 60 oder 36 gespeichert und von dort bspw. über Datenschnittstelle 32 bereitgestellt werden. Alternativ werden die initialen Projektionsdatensätze IPD mittels einer Bildgebungsanlage 20 des Transmissionsröntgen gemäß einem initialen Satz Abbildungsparameter IAP erfasst und dann der Vorrichtung 30 direkt von der Bildgebungsanlage 20 bereitgestellt.Providing may include providing, sending, transmitting to a device 30 . The initial projection data records IPD can be stored in a local, central or decentralized storage unit, for example storage unit 60 or 36, and can be made available from there, for example via data interface 32. Alternatively, the initial projection datasets IPD are recorded by means of an imaging system 20 of the transmission X-ray according to an initial set of imaging parameters IAP and are then made available to the device 30 directly by the imaging system 20 .

Der initiale Satz Abbildungsparameter IAP ist ein Parametersatz umfassend geometrische und physikalische Abbildungsparameter sowie Parameter kennzeichnend Abbildungseigenschaften des Untersuchungsobjektes 10. Ein initialer Satz Abbildungsparameter IPA umfasst wenigstens einen, typischerweise mehrere, fiktive bzw. virtuelle Abbildungsparameter, deren exakte Werte nicht bekannt sind und für die stattdessen fiktive bzw. virtuelle Werte angesetzt/geschätzt werden. Diese Werte sollen erfindungsgemäß exakt bestimmt werden.The initial set of imaging parameters IAP is a parameter set comprising geometric and physical imaging parameters and parameters characterizing imaging properties of the examination object 10. An initial set of imaging parameters IPA includes at least one, typically several, fictitious or virtual imaging parameters whose exact values are not known and for which fictitious ones are used instead or virtual values are applied/estimated. According to the invention, these values should be determined exactly.

Ein initialer Abbildungsparameter kann durch einen konkreten Wert bzw. konkrete Zahl, aber auch durch eine Funktion angegeben werden.An initial mapping parameter can be specified by a specific value or specific number, but also by a function.

Schritt S10 umfasst auch ein Bereitstellen des initialen Satzes Abbildungsparameter IAP. Das Bereitstellen des initialen Satzes Abbildungsparameter IAP basiert insbesondere auf Wissen über exakte, perfekte Abbildungsparameterwerte. Dieses kann auf verschiedene Arten zur Verfügung stehen oder erschlossen werden.Step S10 also includes providing the initial set of mapping parameters IAP. In particular, the provision of the initial set of mapping parameters IAP is based on knowledge of exact, perfect mapping parameter values. This can be available or accessed in various ways.

Wenn bspw. eine genaue Kenntnis der verwendeten Bildgebungsanlage 20, z.B. über ein Kalibrierverfahren und/oder des Untersuchungsobjektes 10 vorliegt, können Werte für bspw. geometrische Parameter und/oder Abbildungseigenschaften des Untersuchungsobjektes 10 exakt vorgegeben werden.If, for example, there is precise knowledge of the imaging system 20 used, e.g. via a calibration method and/or of the examination object 10, values for e.g. geometric parameters and/or imaging properties of the examination object 10 can be specified exactly.

Ohne diese Kenntnis werden für Abbildungsparameter fiktive, virtuelle Schätzwerte vorgegeben. Diese Vorgabe erfolgt manuell durch einen Nutzer basierend auf Erfahrungswerten und/oder einem Datenblatt der Bildgebungsanlage 20 und/oder einer Inaugenscheinnahme derselben und/oder des Untersuchungsobjektes 10. Alternativ oder zusätzlich, erfolgt die Vorgabe zumindest tw. auch automatisch durch eine Datenverarbeitungseinheit 34, bspw. unter automatischer Auswertung einer Benutzereingabe oder eines elektronischen Datenblattes.Without this knowledge, fictitious, virtual estimated values are specified for imaging parameters. This specification is made manually by a user based on empirical values and/or a data sheet of the imaging system 20 and/or an inspection of the same and/or the examination object 10. Alternatively or additionally, the specification is made at least partly. also automatically by a data processing unit 34, for example with automatic evaluation of a user input or an electronic data sheet.

Ein weiterer Schritt S20 betrifft ein Erzeugen von manipulierten Projektionsdatensätzen MPD durch Anwenden einer Manipulationsoperation MO auf wenigstens einen Teil der initialen Projektionsdatensätze IPD.A further step S20 relates to generating manipulated projection data records MPD by applying a manipulation operation MO to at least a portion of the initial projection data records IPD.

Die Manipulationsoperation MO umfasst dabei eine von der Art der Untersuchung und/oder der Art des Untersuchungsobjektes 10 abhängige Rechenoperation oder Funktion. Besonders bevorzugt umfasst die Manipulationsoperation MO wenigstens eine nichtlineare Funktion. Die Manipulationsoperation MO verändert Bildinformation von initialen Projektionsdatensätzen IPD, vorzugsweise pixelweise. Mit anderen Worten manipuliert die Manipulationsoperation MO den Pixeleintrag wenigstens eines Pixels eines initialen Projektionsdatensatzes IPD. Dabei können Pixeleinträge anderer initialer Projektionsdatensätze oder desselben Projektionsdatensatzes berücksichtigt werden. Die Manipulationsoperation MO wird erfindungsgemäß empirisch ermittelt und basiert auf Erfahrungswerten eines Nutzers.The manipulation operation MO includes an arithmetic operation or function dependent on the type of examination and/or the type of the examination object 10 . The manipulation operation MO particularly preferably includes at least one non-linear function. The manipulation operation MO changes image information from initial projection data sets IPD, preferably pixel by pixel. In other words, the manipulation operation MO at least manipulates the pixel entry of a pixel of an initial projection data set IPD. In this case, pixel entries of other initial projection data sets or the same projection data set can be taken into account. The manipulation operation MO is determined empirically according to the invention and is based on empirical values of a user.

Das Erzeugen der manipulierten Projektionsdatensätze MPD umfasst die Manipulationsoperation MO auf alle oder nur eine oder mehrere Untermengen der initialen Projektionsdatensätze anzuwenden.Generating the manipulated projection datasets MPD includes applying the manipulation operation MO to all or only one or more subsets of the initial projection datasets.

Dabei kann die Manipulationsoperation MO in einer Variante 1 so ausgebildet sein, dass ein manipulierter Projektionsdatensatz MPD lediglich auf einer Verrechnung von Bildinformation, sei es nur eines oder mehrerer bevorzugt benachbarter Pixel, lediglich eines initialen Projektionsdatensatzes IPD beruht. Andernfalls kann die Manipulationsoperation MO in einer Variante 2 so ausgebildet sein, dass ein manipulierter Projektionsdatensatz MPD auf der Verrechnung von Bildinformation zweier oder mehrerer initialer Projektionsdatensätze IPD beruht. Die Manipulationsoperation MO kann auch so ausgebildet sein, dass sie zunächst einen gemäß Variante 1 oder 2 erzeugten vorläufigen, manipulierten Projektionsdatensatz weiterverwendet, um gemäß Variante 2 einen weiteren manipulierten Projektionsdatensatz MPD zu erzeugen.In this case, the manipulation operation MO can be designed in variant 1 such that a manipulated projection data set MPD is based solely on an offsetting of image information, be it just one or more preferably adjacent pixels, of just an initial projection data set IPD. Otherwise, the manipulation operation MO can be designed in variant 2 in such a way that a manipulated projection data set MPD is based on the calculation of image information from two or more initial projection data sets IPD. The manipulation operation MO can also be designed in such a way that it initially continues to use a provisional, manipulated projection data record generated according to variant 1 or 2 in order to generate a further manipulated projection data record MPD according to variant 2.

Ein weiterer Schritt S30 betrifft ein Erzeugen eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter KAP basierend auf den manipulierten Projektionsdatensätzen MPD. Um den korrigierten Satz Abbildungsparameter KAP abzuleiten, wird der initiale Satz Abbildungsparameter IAP anhand der manipulierten Projektionsdatensätze MPD angepasst bzw. verändert. Insbesondere erfolgt eine Anpassung bzw. Veränderung der Werte bzw. der Funktion von einzelnen Abbildungsparametern.A further step S30 relates to generating a corrected set of imaging parameters KAP based on the manipulated projection data sets MPD. In order to derive the corrected set of imaging parameters KAP, the initial set of imaging parameters IAP is adjusted or changed using the manipulated projection data sets MPD. In particular, the values or the function of individual imaging parameters are adjusted or changed.

Hierzu kann vorteilhaft ein Optimierungsverfahren zum Einsatz kommen, welches eine Datenredundanz in den manipulierten Projektionsdatensätzen MPD und/oder in ihren Radontransformierten ausnutzt. Entsprechend kann Schritt S30 die Anwendung wenigstens einer auf einer Konsistenzbedingung, insbesondere der Epipolargeometrie-Konsistenzbedingung, basierenden Kostenfunktion KF umfassen.To this end, an optimization method can advantageously be used which utilizes data redundancy in the manipulated projection data records MPD and/or in their Radon transform. Correspondingly, step S30 can include the application of at least one cost function KF based on a consistency condition, in particular the epipolar geometry consistency condition.

Diese Vorgehensweise geht von der Überlegung aus, dass Abweichungen zwischen redundant vorhandener Objektinformation auf einer Abweichung wenigstens eines Abbildungsparameters bspw. aufgrund einer Dejustage der Bildgebungsanlage 20, von seinem exakten Wert basiert. Diese Abweichung wird mit der beschriebenen Vorgehensweise kompensiert.This procedure is based on the consideration that deviations between redundantly present object information are based on a deviation of at least one imaging parameter from its exact value, for example due to a misalignment of the imaging system 20 . This deviation is compensated for with the procedure described.

Die Optimierung umfasst ein Variieren des Wertes von wenigstens einem, bevorzugt mehreren der Abbildungsparameter des initialen Satzes Abbildungsparameter IAP, um ein Minimum der Kostenfunktion KF zu suchen. Die Optimierung der Kostenfunktion KF erfolgt bevorzugt iterativ. Dabei kann zunächst für jeden gewünschten Abbildungsparameter einzeln das Funktionsminimum gesucht werden, im Anschluss daran für den nächsten Abbildungsparameter, usw. Die Optimierung kann nach Durchlaufen einer vorbestimmten Anzahl von Iterationen oder nach Unterschreiten eines vorab definierten Funktionswertes abgebrochen werden. Die Werte der korrigierten Abbildungsparameter KAP entsprechen den Werten, die zur Erreichung des Minimums der Kostenfunktion KF geführt haben.The optimization includes varying the value of at least one, preferably several, of the mapping parameters of the initial set of mapping parameters IAP in order to seek a minimum of the cost function KF. The cost function KF is preferably optimized iteratively. The function minimum can first be sought individually for each desired mapping parameter, then for the next mapping parameter, etc. Optimization can be terminated after a predetermined number of iterations has been run or after the value falls below a previously defined function value. The values of the corrected mapping parameters KAP correspond to the values that led to the minimum of the cost function KF being reached.

Erfindungsgemäß wird die Konsistenzbedingung als eine auf den initialen Projektionsdatensätzen IPD basierende Konsistenzbedingung gewählt, und dann dennoch auf die manipulierten Projektionsdatensätze MPD angewandt. Die manipulierten Projektionsdatensätze MPD gehen also in eine Konsistenzbedingung bzw. die dazugehörige Kostenfunktion ein, die von den initialen, also unmanipulierten Projektionsdatensätzen IPD ausgeht. Durch die Verwendung der manipulierten Projektionsdatensätze MPD bei der Parameteroptimierung wird die mathematischtheoretische Herleitung der Konsistenzbedingung verletzt. Dennoch entsteht dadurch eine veränderte Kostenfunktion KF mit vorteilhaften Eigenschaften. Diese zeigt ein ausgeprägtes, deutliches Minimum an einer Stelle, wo eine auf derselben Konsistenzbedingung, aber den initialen Projektionsdatensätzen IPD basierende Kostenfunktion KF' nur ein unbedeutendes Nebenminimum aufweisen würde. Ein einem Parameteroptimum entsprechendes Funktionsminimum in der Kostenfunktion KF tritt also deutlich hervor, da ein dieses Minimum überdeckender Effekt anhand der manipulierten Projektionsdatensätze MPD eliminiert wurde. Eine Korrektur dieses unerwünschten Effekts vor oder im Rahmen der beschriebenen Parameteroptimierung kann entfallen.According to the invention, the consistency condition is selected as a consistency condition based on the initial projection data sets IPD and is then nonetheless applied to the manipulated projection data sets MPD. The manipulated projection data sets MPD are therefore included in a consistency condition or the associated cost function, which starts from the initial, that is to say unmanipulated, projection data sets IPD. The use of the manipulated projection data sets MPD in the parameter optimization violates the mathematical-theoretical derivation of the consistency condition. Nevertheless, this results in a changed cost function KF with advantageous properties. This shows a pronounced, clear minimum at a point where a cost function KF' based on the same consistency condition but the initial projection data sets IPD would only have an insignificant secondary minimum. A function minimum corresponding to a parameter optimum in the cost function KF thus clearly emerges, since an effect covering this minimum was eliminated using the manipulated projection data sets MPD. A correction of this undesired effect before or as part of the described parameter optimization can be omitted.

Ein für das erfindungsgemäße Verfahren optionaler, durch eine Strichlinie von den übrigen Schritten getrennter Schritt S40 betrifft das Erzeugen des korrigierten Volumendatensatzes KVD basierend auf wenigstens einem Teil der initialen Projektionsdatensätze IVD und dem korrigierten Satz Abbildungsparameter KAP. Hierzu kommt ein an sich bekannter Rekonstruktionsalgorithmus umfassend eine Rückprojektion der initialen Projektionsdatensätze IPD entsprechend der korrigierten Abbildungsgeometrie KAG zum Einsatz. Dieser Rekonstruktionsalgorithmus kann eine gefilterte Rückprojektion umfassen, wie bspw. der FDK-Algorithmus. Der Rekonstruktionsalgorithmus kann auch eine iterative Rekonstruktion umfassen. Erfindungsgemäß wird wenigstens eine Teilmenge, insbesondere eine Untermenge der initialen Projektionsdatensätze IPD, entsprechend des korrigierten Satzes Abbildungsparameter KAP rückprojiziert.A step S40, which is optional for the method according to the invention and is separated from the other steps by a dashed line, relates to the generation of the corrected volume data set KVD based on at least part of the initial projection data sets IVD and the corrected set of imaging parameters KAP. For this purpose, a known reconstruction algorithm is used that includes a back-projection of the initial projection datasets IPD according to the corrected imaging geometry KAG. This reconstruction algorithm can include a filtered back projection, such as the FDK algorithm. The reconstruction algorithm can also include an iterative reconstruction. According to the invention at least one subset, in particular a subset of the initial projection data sets IPD, is back-projected according to the corrected set of imaging parameters KAP.

Alternativ dazu kann der hier erzeugte, korrigierte Satz Abbildungsparameter auch einem der eingangs erwähnten weiteren Anwendungsoptionen zugeführt werden.As an alternative to this, the corrected set of imaging parameters generated here can also be supplied to one of the further application options mentioned at the outset.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform. Schritt S10, das Bereitstellen der initialen Projektionsdatensätze IPD umfasst hier, Projektionsdatensätze durch Vorwärtsprojektion eines initialen Volumendatensatzes IVD entsprechend einem virtuellen initialen Satz Abbildungsparameter IAP zu erzeugen. Der initiale Volumendatensatz IVD, ist ein vollständig rekonstruierter Volumendatensatz eines Untersuchungsobjektes 10. Die Rohdaten der Bilddatenerfassung, sprich, die tatsächlichen, realen Projektionsdatensätze bzw. die bei der Abbildung angewandten Abbildungsparameter sind zumindest teilweise unbekannt bzw. nicht verfügbar. Insofern sind in dieser Ausführung die initialen Projektionsdatensätze IPD virtuelle Projektionsdatensätze. Der initiale Volumendatensatz IVD weist eine geringe Abbildungsqualität auf, wobei die Abbildungsfehler auf Abweichungen zwischen realen, unbekannten Abbildungsparametern und theoretischen, korrekten Abbildungsparametern zurückzuführen sind. 2 shows a schematic representation of a method according to the invention in a further embodiment. Step S10, the provision of the initial projection data sets IPD, here includes generating projection data sets by forward projection of an initial volume data set IVD corresponding to a virtual initial set of imaging parameters IAP. The initial volume data set IVD is a completely reconstructed volume data set of an examination object 10. The raw data of the image data acquisition, ie the actual, real projection data sets or the imaging parameters used in imaging are at least partially unknown or not available. In this respect, the initial projection data sets IPD are virtual projection data sets in this embodiment. The initial volume data set IVD has a low imaging quality, with the imaging errors being due to deviations between real, unknown imaging parameters and theoretical, correct imaging parameters.

Der initiale Satz Abbildungsparameter IAP ist ebenfalls ein vollständig oder teilweise virtueller bzw. auf Schätzwerten basierender Parametersatz, insbesondere dann, wenn auch keine Kenntnis des Untersuchungsobjektes 10 und/oder die verwendete Bildgebungsanlage 20 besteht. Einzelne Abbildungsparameter können in dieser Ausführung stattdessen basierend auf dem initialen Volumendatensatz IVD entweder manuell durch einen Benutzer oder automatisch durch bspw. die Datenverarbeitungseinheit 34 schätzungsweise vorgegeben werden. Für eine manuelle Bestimmung kann vorgesehen sein, dass der initiale Volumendatensatz IVD dem Benutzer über eine Benutzerschnittstelle, bspw. umfassend ein Display, für eine optische Begutachtung zur Anzeige gebracht wird. Über die ferner bspw. eine Tastatur umfassende Benutzerschnittstelle können dann Auswahleingaben in Bezug auf die Parametrisierung empfangen werden. Alternativ dazu kann ein automatisches Bildauswerteverfahren auf den initialen Volumendatensatz IVD angewandt werden. Dieser kann Bildmerkmale erfassen und klassifizieren. Insbesondere kann bspw. eine eine Segmentierung umfassende Objekterkennung auf dem initialen Volumendatensatz IVD durchgeführt werden, um dargestellte Strukturen, Gewebe, Organe oder dergleichen zu erkennen. Anhand der erkannten Bildmerkmale bzw. erkannter Objekte/Organe kann dann eine Parametrisierung, also die Auswahl eines Satzes vordefinierter Abbildungsparameter erfolgen und/oder dem Benutzer zur Auswahl und/oder Bestätigung angezeigt werden.The initial set of imaging parameters IAP is also a completely or partially virtual parameter set or one based on estimated values, in particular when there is no knowledge of the examination object 10 and/or the imaging system 20 used. In this embodiment, individual imaging parameters can instead be specified based on the initial volume data set IVD either manually by a user or automatically by the data processing unit 34 , for example. For a manual determination, it can be provided that the initial volume data set IVD is displayed to the user via a user interface, for example comprising a display, for a visual assessment. Selection inputs relating to the parameterization can then be received via the user interface, which also includes a keyboard, for example. As an alternative to this, an automatic image evaluation method can be applied to the initial volume data set IVD. This can capture and classify image features. In particular, for example, object recognition including segmentation can be carried out on the initial volume data set IVD in order to recognize represented structures, tissue, organs or the like. On the basis of the recognized image features or recognized objects/organs, parameterization, ie the selection of a set of predefined imaging parameters, can then take place and/or be displayed to the user for selection and/or confirmation.

In Schritt S20 werden unter Verwendung einer Manipulationsoperation MO manipulierte Projektionsdatensätze MPD erzeugt. Diese fließen in Schritt S30 in eine auf einer Datenkonsistenzbedingung basierende Kostenfunktion KF ein. Zuvor erfolgt in dieser Ausführung eine Überprüfung der anhand der manipulierten Projektionsdatensätze MPD variierten Kostenfunktion KF. Bewirken die manipulierten Projektionsdatensätze nicht das Hervortreten des gewünschten Funktionsminimums, wird über eine Wiederholschleife REP mit veränderter Manipulationsoperation MO Schritt S20 mind. ein weiteres Mal wiederholt, bis die Kostenfunktion KF den gewünschten Verlauf zeigt. Mit anderen Worten werden hier verschiedene Manipulationsoperationen MO zur Erzeugung von mehreren Sets manipulierter Projektionsdatensätze MPD getestet.In step S20, manipulated projection data sets MPD are generated using a manipulation operation MO. In step S30, these flow into a cost function KF based on a data consistency condition. In this embodiment, the cost function KF varied on the basis of the manipulated projection data sets MPD is checked beforehand. If the manipulated projection data sets do not bring about the desired function minimum, step S20 is repeated at least once more via a repetition loop REP with a modified manipulation operation MO, until the cost function KF shows the desired profile. In other words, different manipulation operations MO for generating multiple sets of manipulated projection data records MPD are tested here.

Erst wenn die Kostenfunktion den gewünschten Verlauf zeigt, werden die Schritte S30 und S40 durchgeführt. Die Schritte S30 und S40 entsprechen der Ausführung gemäß 1.Steps S30 and S40 are carried out only when the cost function shows the desired course. Steps S30 and S40 correspond to the embodiment according to FIG 1 .

3 zeigt schematisch eine Vorrichtung 30 zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes KVD, bspw. des Untersuchungsobjektes 10, basierend auf initialen Projektionsdatensätzen IPD, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die initialen Projektionsdatensätze IPD basieren auf wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter. 3 12 schematically shows a device 30 for creating a corrected volume data set KVD, for example of the examination subject 10, based on initial projection data sets IPD, according to an embodiment of the present invention. The initial projection data sets IPD are based on at least one initial set of imaging parameters.

Vorrichtung 30 weist hier eine Datenverarbeitungseinheit 34, einen Datenspeicher 36 und die Datenschnittstelle 32 auf. Vorrichtung 30 ist als von einer Bildgebungsanlage 20 losgelöste Datenverarbeitungsvorrichtung ausgebildet. Die Datenschnittstelle 32 ist ausgebildet, initiale zweidimensionale Projektionsdatensätze IPD oder auch einen initialen dreidimensionalen Volumendatensatz IVD von dem Datenspeicher 36 zu empfangen und an die Datenverarbeitungseinheit 34 zu übertragen. Der Datenspeicher 36 ist vorliegend als Sub-Komponente von Vorrichtung 30 ausgebildet, er kann alternativ als separate, bspw. zentrale Speichereinheit ausgebildet sein. Die Vorrichtung 30, insbesondere die Datenverarbeitungseinheit 34 ist eingerichtet, ein Verfahren zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes KVD repräsentierend das Untersuchungsobjekt 10 basierend auf initialen Projektionsdatensätzen IPD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und insbesondere gemäß einer Ausführungsform bezüglich 1 auszuführen.Device 30 here has a data processing unit 34 , a data memory 36 and the data interface 32 . Device 30 is designed as a data processing device that is detached from an imaging system 20 . The data interface 32 is designed to receive initial two-dimensional projection data sets IPD or also an initial three-dimensional volume data set IVD from the data memory 36 and to transmit them to the data processing unit 34 . In the present case, the data memory 36 is designed as a sub-component of the device 30; alternatively, it can be designed as a separate, for example central, memory unit. The device 30, in particular the data processing unit 34, is set up to provide a method for creating a corrected volume data set KVD representing the examination object 10 based on initial projection data sets IPD according to an embodiment of the present invention and in particular according to an embodiment 1 to execute.

Die Datenverarbeitungseinheit 34 ist ferner ausgebildet, mit einem computerlesbaren Speichermedium 38 zusammenzuwirken, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsform gemäß einem Computerprogramm mit Programmcode auszuführen. Das Computerprogramm kann abrufbar auf dem computerlesbaren Speichermedium 38 gespeichert sein. Das computerlesbare Speichermedium 38 kann bspw. als CD, DVD, Blu-Ray Scheibe, als Memory Stick oder Festplatte ausgebildet sein.The data processing unit 34 is also designed to interact with a computer-readable storage medium 38 in order to carry out the method according to the invention in one embodiment according to a computer program with program code. The computer program can be stored on the computer-readable storage medium 38 in a retrievable manner. The computer-readable storage medium 38 can be embodied, for example, as a CD, DVD, Blu-ray disk, memory stick or hard disk.

Ein Computerprogramm umfassend Programmcode kann alternativ in dem Datenspeicher 36 der Vorrichtung 30 gespeichert sein. Das Computerprogramm ist ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren mit allen Verfahrensschritten auszuführen, wenn das Computerprogramm von Vorrichtung 30, insbesondere Datenverarbeitungseinheit 34, ausgeführt wird.A computer program comprising program code can alternatively be stored in the data memory 36 of the device 30 . The computer program is designed to execute a method according to the invention with all method steps when the computer program is executed by device 30, in particular data processing unit 34.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebungsanlage 20 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 12 shows a schematic representation of an imaging system 20 in an embodiment of the present invention.

Die Bildgebungsanlage 20 ist eine Anlage des Transmissionsröntgen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Bildgebungsanlage 20 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 30 zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes KVS eines Untersuchungsobjektes 10. Die Vorrichtung 30 zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes KVD ist bezüglich 3 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und dort näher erläutert. Die Bildgebungsanlage 20 kann als Computertomographievorrichtung, oder auch als Mammographiesystem ausgebildet sein. Hierbei steht ein medizinischer Einsatz im Vordergrund. Alternativ kann die Bildgebungsanlage 20 auch nicht-lebende Untersuchungsobjekte 10 abbilden, bspw. ein industriell gefertigtes Werkstück, ein Gepäckstück oder dergleichen.The imaging system 20 is a transmission X-ray system. In the exemplary embodiment shown, the imaging system 20 includes a device 30 according to the invention for creating a corrected volume data set KVS of an examination object 10. The device 30 for creating a corrected volume data set KVD is related to 3 shown in an embodiment of the present invention and explained in more detail there. The imaging system 20 can be embodied as a computed tomography device or also as a mammography system. The focus here is on medical use. Alternatively, the imaging system 20 can also image non-living examination objects 10, for example an industrially manufactured workpiece, a piece of luggage or the like.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Bildgebungsanlage 20 eine Strahlenquelle 21 in Form einer Röntgenröhre zum Erzeugen einer Röntgenstrahlung und einen 2D-Detektor 23 auf. Dieser ist ausgebildet, Röntgenstrahlung, die das Untersuchungsobjekt 10 durchstrahlt hat, zu erfassen. Die Röntgenröhre 21 ist bevorzugt ausgebildet, einen Kegelstrahl und/oder einen Fächerstrahl zu erzeugen. Die Röntgenröhre 21 umfasst bevorzugt zu diesem Zweck eine Kollimiervorrichtung, um den Röntgenstrahl wie gewünscht zu kollimieren. Der 2D-Detektor 23 ist insbesondere als Flachdetektor ausgebildet, d.h. die Fläche seines röntgensensitiven Bereichs ist in einer Ebene angeordnet. Der 2D-Detektor 23 kann als Szintillationsdetektor oder auch als Photonen-zählender Röntgendetektor ausgebildet sein. Strahlenquelle 21 und 2D-Detektor 23 sind hier entlang einer Haltevorrichtung 26 - insbesondere ausgebildet als ein sogenannter C-Bogen - angeordnet. Die Haltevorrichtung 26 kann alternativ als geschlossene Gantry ausgebildet sein. Die Haltevorrichtung 26 ist ausgebildet, die Strahlenquelle 21 und den 2D-Detektor 23 während einer Bilddatenerfassung auf einer Kreisbahn um eine Rotationsachse R (hier die z-Achse eines Referenzkoordinatensystems) um das Untersuchungsobjekt 10 herum zu bewegen und dadurch eine Relativbewegung zwischen Untersuchungsobjekt 10 und dem Strahler-Detektor-Paar zu bewirken. Alternative Ausführungen der Haltevorrichtung 26 sind ebenfalls möglich, bspw. eine Ausführung, in der die Haltevorrichtung das Strahler-Detektor-Paar lediglich in einer Position hält oder entlang einer Linien-Trajektorie verstellt, in der beide aufeinander ausgerichtet sind. Das Untersuchungsobjekt 10 kann in Ausführungen, auch in der gezeigten, auf einer Trägervorrichtung 28 - etwa einen Patiententisch oder einer Objektträgerplatte - angeordnet werden. Die Trägervorrichtung 28 ist ebenfalls Bestandteil der Bildgebungsanlage 20. Auch die Trägervorrichtung kann ausgebildet sein, das Untersuchungsobjekt 10 relativ zum Strahler-Detektor-Paar zu verstellen, bspw. kann die Trägervorrichtung drehbar (bspw. um die y-Achse des Referenzkoordinatensystems) oder kippbar ausgebildet sein. Ferner kann die Trägervorrichtung 28 linear verstellbar, insbesondere in der Horizontalen, ausgebildet sein. Kombinationen sind ebenfalls denkbar. Derart kann über die Trägervorrichtung 28 auch bei festgestelltem Strahler-Detektor-Paar eine Relativbewegung zur Erfassung mehrerer Projektionsdatensätze IPD erzeugt werden. Haltevorrichtung 26 und/oder Trägervorrichtung 28 können ausgebildet sein, den Abstand des Strahler-Detektor-Paares oder des Strahlers 21 bzw. des 2D-Detektors 23 jeweils zum Untersuchungsobjekt 10 anzupassen, und damit einen Vergrößerungsfaktor der Bildgebungsanlage 20 anzupassen. Beim Durchführen einer Transmissionsröntgenbildgebung kann mittels der Bildgebungsanlage 20 bevorzugt eine Vielzahl von Projektionsdatensätzen IPD in Form von 2D-Röntgentransmissionsbildern jeweils darstellend das Röntgenabschwächungsprofil des Untersuchungsobjektes 10 in der Transmissionsrichtung bzw. im Transmissionsbereich erstellt werden, indem die Röntgenstrahlung aus der Strahlenquelle 21 nach Durchgang durch das Untersuchungsobjekt 10 auf dem 2D-Detektor 23 auftrifft und dort erfasst wird.In the exemplary embodiment shown, the imaging system 20 has a radiation source 21 in the form of an X-ray tube for generating X-ray radiation and a 2D detector 23 . This is designed to detect X-ray radiation that has passed through the examination object 10 . The x-ray tube 21 is preferably designed to generate a cone beam and/or a fan beam. For this purpose, the x-ray tube 21 preferably comprises a collimation device in order to collimate the x-ray beam as desired. The 2D detector 23 is designed in particular as a flat detector, i.e. the surface of its X-ray-sensitive area is arranged in one plane. The 2D detector 23 can be designed as a scintillation detector or as a photon-counting x-ray detector. Radiation source 21 and 2D detector 23 are here along a holding device 26 - arranged in particular as a so-called C-arm. Alternatively, the holding device 26 can be designed as a closed gantry. The holding device 26 is designed to move the radiation source 21 and the 2D detector 23 during image data acquisition on a circular path about an axis of rotation R (here the z-axis of a reference coordinate system) around the examination object 10 and thereby a relative movement between the examination object 10 and the To effect radiator-detector pair. Alternative embodiments of the holding device 26 are also possible, for example an embodiment in which the holding device only holds the emitter-detector pair in one position or moves it along a line trajectory in which both are aligned with one another. In embodiments, including the one shown, the examination object 10 can be arranged on a carrier device 28—for example a patient table or an object carrier plate. The carrier device 28 is also part of the imaging system 20. The carrier device can also be designed to adjust the examination object 10 relative to the emitter-detector pair, for example the carrier device can be designed to be rotatable (e.g. about the y-axis of the reference coordinate system) or tiltable be. Furthermore, the carrier device 28 can be designed to be linearly adjustable, in particular horizontally. Combinations are also conceivable. In this way, a relative movement for acquiring a plurality of projection data sets IPD can be generated via the carrier device 28 even when the radiator-detector pair is fixed. Holding device 26 and/or carrier device 28 can be designed to adapt the distance of the emitter-detector pair or emitter 21 or 2D detector 23 to examination object 10 in each case, and thus to adapt a magnification factor of imaging system 20 . When carrying out a transmission X-ray imaging, the imaging system 20 can preferably be used to create a large number of projection data sets IPD in the form of 2D X-ray transmission images, each representing the X-ray attenuation profile of the examination object 10 in the transmission direction or in the transmission region, in that the X-ray radiation from the radiation source 21 after passing through the examination object 10 impinges on the 2D detector 23 and is detected there.

Die Vorrichtung 30 zum Erstellen eines korrigierten Volumendatensatzes KVD eines Untersuchungsobjektes 10 ist in Ausführungen als Teil einer Steuer- und Kontrollvorrichtung 40 der Bildgebungsanlage 20 ausgebildet. Die Steuer- und Kontrollvorrichtung 50 umfasst eine Datenverarbeitungseinheit 50, die ausgebildet ist, Steuersignale für die Bildgebungsanlage, bspw. zum Verstellen der Haltevorrichtung 26 oder zum Steuern der Strahlenquelle 21 oder dergleichen zu erzeugen. Die Datenverarbeitungseinheit 50 kann ferner dazu ausgebildet sein, Projektionsdatensätze IPD einer Transmissionsbildgebungsuntersuchung zu erfassen und anhand einer Rekonstruktionsvorschrift einen dreidimensionalen Volumendatensatz repräsentierend das Untersuchungsobjekt 10 zu erzeugen. Die Steuer- und Kontrollvorrichtung 40 kann ferner eine lokale Speichervorrichtung 60 umfassen, in der der vollständig rekonstruierte Volumendatensatz abrufbar, bspw. durch die Vorrichtung 30, abgelegt werden kann.The device 30 for creating a corrected volume data set KVD of an examination subject 10 is designed as part of a control and monitoring device 40 of the imaging system 20 . The control and monitoring device 50 comprises a data processing unit 50 which is designed to transmit control signals for the imaging system, for example for adjusting the holding device 26 or for controlling the radiation source 21 or to create something like that. The data processing unit 50 can also be designed to acquire projection data sets IPD of a transmission imaging examination and to generate a three-dimensional volume data set representing the examination object 10 using a reconstruction rule. The control and monitoring device 40 can also include a local storage device 60 in which the completely reconstructed volume data set can be stored, for example by the device 30, so that it can be called up.

Vorrichtung 30 kann mit der Datenverarbeitungseinheit 50 und/oder der Speichervorrichtung 60 über die Datenschnittstelle 32 in Datenkommunikation stehen. Ferner kann die Steuer- und Kontrolleinheit 60 über die Datenschnittstelle 32 mit der Bildgebungsanlage 20, insbesondere mit dem 2D-Detektor 28 oder der Haltevorrichtung 26 und/oder die Trägervorrichtung 28 in Datenkommunikation stehen.Device 30 may be in data communication with data processing unit 50 and/or storage device 60 via data interface 32 . Furthermore, the control and monitoring unit 60 can be in data communication via the data interface 32 with the imaging system 20 , in particular with the 2D detector 28 or the holding device 26 and/or the carrier device 28 .

5 zeigt die Erzeugung eines korrigierten Volumendatensatzes KVD mit verbesserter Bildqualität aus initialen Projektionsdatensätzen IPD sowie einem korrigierten Satz Abbildungsparameter KAP gemäß der vorliegenden Erfindung. 5 shows the generation of a corrected volume data set KVD with improved image quality from initial projection data sets IPD and a corrected set of imaging parameters KAP according to the present invention.

Initiale Projektionsdaten IPD werden mittels einer Manipulationsoperation MO in manipulierte Projektionsdatensätze MPD umgewandelt. Die hier beispielhaft eingesetzte Manipulationsoperation MO umfasst verschiedene Funktionen, die kombiniert werden. Die Manipulationsoperation MO bildet zunächst pixelweise die Differenz aus zwei initialen Projektionsdatensätzen p1 und p2. Anschließend wird ein manipulierter Projektionsdatensatz MPD als Betrag des Gradienten in den beiden Dimensionen u und v des 2D-Differenz-Projektionsbildes entsprechend der Vorschrift | d d u d v [ p 2 ( u , v ) p 1 ( u , v ) ] |

Figure DE102021201600A1_0001
gebildet. Andere Ausgestaltungen der Manipulationsoperation sind jedoch ebenfalls denkbar.Initial projection data IPD are converted into manipulated projection data records MPD by means of a manipulation operation MO. The manipulation operation MO used here as an example includes various functions that are combined. The manipulation operation MO first forms the difference between two initial projection data sets p 1 and p 2 pixel by pixel. Then a manipulated projection data set MPD as the amount of the gradient in the two dimensions u and v of the 2D difference projection image according to the rule | i.e i.e and i.e v [ p 2 ( and , v ) p 1 ( and , v ) ] |
Figure DE102021201600A1_0001
educated. However, other configurations of the manipulation operation are also conceivable.

Die beiden initialen Projektionsdatensätze p1 und p2 unterscheiden sich dabei in ihrer Bildinformation. Das heißt auch, der Wert wenigstens eines Abbildungsparameters der Projektionsdatensätze p1 und p2 unterscheidet sich. Bspw. kann ein geometrischer Abbildungsparameter und/oder ein physikalischer Abbildungsparameter unterschiedlich sein. Der initiale Projektionsdatensatz p1 entspricht hier konkret einem mittels Bildgebungsanlage 20 entsprechend einem ersten Satz initialer Abbildungsparameter erfassten Projektionsdatensatz. Der initiale Projektionsdatensatz p2 wird hingegen durch Vorwärtsprojektion entsprechend einem zweiten, virtuellen Satz Abbildungsparameter aus einem initialen Volumendatensatz IVD berechnet. Der initiale Volumendatensatz IVD entspricht hier einem aus dem Projektionsdatensatz p1 und dem ersten Satz initialer Abbildungsparameter rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatz, der Abbildungsfehler aufweist. The two initial projection data sets p 1 and p 2 differ in their image information. That also means that the value of at least one imaging parameter of the projection data sets p 1 and p 2 differs. For example, a geometric mapping parameter and/or a physical mapping parameter can be different. The initial projection data set p 1 here specifically corresponds to a projection data set recorded by means of the imaging system 20 according to a first set of initial imaging parameters. The initial projection data set p 2 , on the other hand, is calculated from an initial volume data set IVD by forward projection according to a second, virtual set of imaging parameters. The initial volume data set IVD here corresponds to a three-dimensional image data set reconstructed from the projection data set p 1 and the first set of initial imaging parameters, which has imaging errors.

6 zeigt eine Gegenüberstellung der auf initialen und erfindungsgemäß manipulierten Projektionsdatensätzen basierenden Kostenfunktionen KF, KF' umfassend mehrere Funktionsminima M1, M2. Die Kostenfunktionen basieren je auf einer eine Datenkonsistenz berücksichtigenden Konsistenzbedingung. In 5 wurde die Konsistenzbedingung der Epipolargeometrie gewählt. Das gewünschte Funktionsminimum M2 der Kostenfunktion KF' erscheint als schwaches Nebenminimum zu dem weiteren Minimum M1. Die auf den manipulierten Projektionsdatensätzen MPD basierende Kostenfunktion KF zeigt einen anderen Verlauf. Durch die Veränderung der Bildinformation durch Anwendung der Manipulationsoperation MO zeigt die Kostenfunktion KF das gewünschte Minimum M2 an der gewünschten Position als Hauptminimum, wohingegen das weitere Minimum M1 als Nebenminimum in den Hintergrund tritt. 6 shows a comparison of the cost functions KF, KF′ based on initial and manipulated projection data sets according to the invention, comprising a plurality of function minima M1, M2. The cost functions are each based on a consistency condition that takes data consistency into account. In 5 the consistency condition of the epipolar geometry was chosen. The desired function minimum M2 of the cost function KF' appears as a weak secondary minimum to the further minimum M1. The cost function KF based on the manipulated projection data sets MPD shows a different course. By changing the image information by using the manipulation operation MO, the cost function KF shows the desired minimum M2 at the desired position as the main minimum, while the further minimum M1 recedes into the background as a secondary minimum.

In 5 wird im folgenden Verlauf ein Satz korrigierter Satz Abbildungsparameter KAP gebildet, indem das gewünschte Funktionsminimum M2 der Kostenfunktion KF durch Variation wenigstens eines Abbildungsparameters des initialen Satzes Abbildungsparameter variiert wird. Der zu optimierende initiale Satz Abbildungsparameter IAP entspricht einem initialen Satz Abbildungsparameter zu einer Untermenge der initialen Projektionsdatensätze IPD. Konkret kann der erste Satz initialer Abbildungsparameter entsprechend Projektionsdatensatz p1 optimiert werden. Alternativ wird der zweite, rein virtuelle Satz Abbildungsparameter entsprechend Projektionsdatensatz p2 optimiert.In 5 a set of corrected set of mapping parameters KAP is subsequently formed by varying the desired function minimum M2 of the cost function KF by varying at least one mapping parameter of the initial set of mapping parameters. The initial set of imaging parameters IAP to be optimized corresponds to an initial set of imaging parameters for a subset of the initial projection data sets IPD. In concrete terms, the first set of initial imaging parameters can be optimized in accordance with the projection data set p 1 . Alternatively, the second, purely virtual set of imaging parameters is optimized in accordance with the projection data set p 2 .

Der korrigierte Satz Abbildungsparameter KAP sowie die zu dem optimierten Satz Abbildungsparameter gehörige Untermenge der initialen Projektionsdatensätze IVD fließen abschießend in dieser Ausführung in die Rekonstruktion eines korrigierten Volumendatensatzes aufweisend eine verbesserte Bildqualität ein.Finally, in this embodiment, the corrected set of imaging parameters KAP and the subset of the initial projection data sets IVD associated with the optimized set of imaging parameters are included in the reconstruction of a corrected volume data set having an improved image quality.

Alternativ kann nach Erstellung eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter KAP gemäß 6 das erfindungsgemäße Verfahren auch beendet sein.Alternatively, after creating a corrected set of imaging parameters KAP according to 6 the method according to the invention can also be ended.

Zusammenfassend beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass nicht notwendigerweise mit einer mathematisch-theoretisch korrekten Konsistenzfunktion gearbeitet werden muss, sondern dass es ausreichend ist, dass die verwendete Konsistenzfunktion ein Minimum an der richtigen Stelle aufweist. Nebenminima sollten innerhalb eines sinnvoll wählbaren Suchbereiches verhindert werden, was empirisch durch Verändern der Manipulationsoperation MO bzw. der manipulierten Projektionsdatensätze MPD erreicht werden kann. Die Erfindung ermöglicht also, Projektionsdatensätze vor Eingabe in eine Konsistenzfunktion derart zu verändern, dass die Konsistenzfunktion stärker auf die gewünschten, zu optimierenden Parameter und weniger signifikant auf unerwünschte andere Effekte reagiert. Auf diese Weise können bekannte Konsistenzfunktionen auch dort zum Einsatz kommen, wo sie bislang nur unbrauchbare Ergebnisse erzielt haben. Bestehende Anwendungen können zuverlässiger entworfen werden. Dadurch kann die Bildqualität tomographischer dreidimensionaler Röntgenbilder zuverlässig automatisiert verbessert werden.In summary, the invention is based on the finding that it is not necessary to work with a mathematically and theoretically correct consistency function, but that it is sufficient that the consistency used function has a minimum in the right place. Secondary minima should be prevented within a meaningfully selectable search area, which can be achieved empirically by changing the manipulation operation MO or the manipulated projection data sets MPD. The invention thus makes it possible to change projection data sets before entering them into a consistency function in such a way that the consistency function reacts more strongly to the desired parameters to be optimized and less significantly to other undesirable effects. In this way, known consistency functions can also be used where they have previously only produced unusable results. Existing applications can be designed more reliably. As a result, the image quality of tomographic three-dimensional x-ray images can be reliably improved in an automated manner.

Wo noch nicht explizit geschehen, jedoch sinnvoll und im Sinne der Erfindung, können einzelne Ausführungsbeispiele, einzelne ihrer Teilaspekte oder Merkmale miteinander kombiniert bzw. ausgetauscht werden, ohne den Rahmen der hiesigen Erfindung zu verlassen. Mit Bezug zu einem Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteile der Erfindung treffen ohne explizite Nennung, wo übertragbar, auch auf andere Ausführungsbeispiele zu.Where this has not yet been done explicitly, but makes sense and is within the meaning of the invention, individual exemplary embodiments, their individual aspects or features can be combined with one another or exchanged without departing from the scope of the present invention. Advantages of the invention described with reference to one exemplary embodiment also apply to other exemplary embodiments, where applicable, without explicit mention.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (16)

Computerimplementiertes Verfahren zum Erzeugen eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter (KAP) aus wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter (IAP), umfassend die Schritte - Bereitstellen (S10; S11, S12) von initialen Projektionsdatensätzen (IPD) repräsentierend ein Untersuchungsobjekt (10), wobei die initialen Projektionsdatensätze (IPD) auf dem wenigstens einen initialen Satz Abbildungsparameter (IAP) basieren, - Erzeugen (S20) von manipulierten Projektionsdatensätzen (MPD) durch Anwenden einer Manipulationsoperation (MO) auf wenigstens einen Teil der initialen Projektionsdatensätze (IPD), und - Erzeugen (S30) eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter (KAP) basierend auf den manipulierten Projektionsdatensätzen (MAP).A computer-implemented method for generating a corrected set of mapping parameters (KAP) from at least an initial set of mapping parameters (IAP), comprising the steps of - Providing (S10; S11, S12) initial projection data sets (IPD) representing an examination object (10), the initial projection data sets (IPD) being based on the at least one initial set of imaging parameters (IAP), - Generating (S20) manipulated projection data sets (MPD) by applying a manipulation operation (MO) to at least part of the initial projection data sets (IPD), and - Generating (S30) a corrected set of imaging parameters (KAP) based on the manipulated projection data sets (MAP). Verfahren nach Anspruch 1, umfassend des weiteren Schritt - Erzeugen (S40) eines korrigierten Volumendatensatzes (KVD) basierend auf wenigstens einem Teil der initialen Projektionsdatensätze (IVD) und dem korrigierten Satz Abbildungsparameter (KAP).procedure after claim 1 , comprising the further step - generating (S40) a corrected volume data set (KVD) based on at least a part of the initial projection data sets (IVD) and the corrected set of imaging parameters (KAP). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bereitstellen der initialen Projektionsdatensätze umfasst, Projektionsdatensätze mittels einer Bildgebungsanlage (20) des Transmissionsröntgen gemäß dem wenigstens einen initialen Satz Abbildungsparameter zu erfassen.procedure after claim 1 or 2 , wherein the provision of the initial projection data sets comprises capturing projection data sets by means of an imaging system (20) of the transmission X-ray according to the at least one initial set of imaging parameters. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Bereitstellen der initialen Projektionsdatensätze umfasst, Projektionsdatensätze durch Vorwärtsprojektion eines initialen Volumendatensatzes (IVD) entsprechend einem virtuellen initialen Satz Abbildungsparameter (IAP) zu erzeugen.procedure after claim 1 , 2 or 3 , wherein the provision of the initial projection data sets comprises generating projection data sets by forward projection of an initial volume data set (IVD) corresponding to a virtual initial set of imaging parameters (IAP). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erzeugen der manipulierten Projektionsdatensätze umfasst, die Manipulationsoperation auf alle initialen Projektionsdatensätze anzuwenden.A method according to any one of the preceding claims, wherein generating the manipulated projection datasets comprises applying the manipulation operation to all initial projection datasets. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erzeugen der manipulierten Projektionsdatensätze umfasst, einen manipulierten Projektionsdatensatz zu bilden, indem die Manipulationsoperation jeweils auf einen initialen Projektionsdatensatz angewandt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the generation of the manipulated projection data sets comprises forming a manipulated projection data set by applying the manipulation operation to an initial projection data set in each case. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Erzeugen der manipulierten Projektionsdatensätze umfasst, einen manipulierten Projektionsdatensatz zu bilden, indem die Manipulationsoperation zwei oder mehr initiale Projektionsdatensätze miteinander verrechnet.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , wherein the generation of the manipulated projection data sets includes forming a manipulated projection data set by the manipulation operation offsetting two or more initial projection data sets with one another. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Manipulationsoperation wenigstens eine von der Art der Untersuchung und/oder der Art des Untersuchungsobjektes abhängige Funktion umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the manipulation operation comprises at least one function dependent on the type of examination and/or the type of examination object. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Manipulationsoperation wenigstens eine nichtlineare Funktion umfasst.A method according to any one of the preceding claims, wherein the manipulation operation comprises at least one non-linear function. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen des korrigierten Satzes Abbildungsparameter umfasst, wenigstens eine auf einer Konsistenzbedingung basierende Kostenfunktion (KF) auf die manipulierten Projektionsdatensätze anzuwenden.Method according to one of the preceding claims, wherein the generation of the corrected set of imaging parameters comprises applying at least one cost function (KF) based on a consistency condition to the manipulated projection data sets. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Konsistenzbedingung als eine auf den initialen Projektionsdatensätzen basierende Konsistenzbedingung gewählt wird.procedure after claim 10 , where the consistency constraint is chosen as a consistency constraint based on the initial projection data sets. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei das Erzeugen des korrigierten Volumendatensatzes eine Rückprojektion wenigstens einer Teilmenge der initialen Projektionsdatensätze (IPD) entsprechend des korrigierten Satzes Abbildungsparameter (KAP) umfasst.Procedure according to one of claims 2 until 11 , wherein the generation of the corrected volume data set includes a back-projection of at least a subset of the initial projection data sets (IPD) corresponding to the corrected set of imaging parameters (KAP). Vorrichtung (30) zum Erzeugen eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter (KAP) aus wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter (IAP), umfassend - eine Datenschnittstelle (32), ausgebildet, initiale Projektionsdatensätze (IPD)repräsentierend ein Untersuchungsobjekt (10) zu empfangen, wobei die initialen Projektionsdatensätze (IPD) auf dem wenigstens einen initialen Satz Abbildungsparameter (IAP) basieren; und - eine Datenverarbeitungseinheit (34), ausgebildet, - manipulierte Projektionsdatensätze (MPD) durch Anwenden einer Manipulationsoperation (MO) auf wenigstens einen Teil der initialen Projektionsdatensätze (IPD) zu erzeugen, und - einen korrigierten Satz Abbildungsparameter (KAP) basierend auf den manipulierten Projektionsdatensätzen (MPD) zu erzeugen.Apparatus (30) for generating a corrected set of mapping parameters (KAP) from at least an initial set of mapping parameters (IAP), comprising - A data interface (32) designed to receive initial projection data sets (IPD) representing an examination object (10), the initial projection data sets (IPD) being based on the at least one initial set of imaging parameters (IAP); and - a data processing unit (34), designed, - to generate manipulated projection data sets (MPD) by applying a manipulation operation (MO) to at least part of the initial projection data sets (IPD), and - generate a corrected set of mapping parameters (KAP) based on the manipulated projection data sets (MPD). Bildgebungsanlage (20) mit einer Vorrichtung (30) zum Erzeugen eines korrigierten Satzes Abbildungsparameter (KAP) aus wenigstens einem initialen Satz Abbildungsparameter (IAP) nach Anspruch 13.Imaging system (20) with a device (30) for generating a corrected set of imaging parameters (KAP) from at least one initial set of imaging parameters (IAP). Claim 13 . Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher (36, 60) einer programmierbaren Recheneinheit einer Datenverarbeitungseinheit (34) ladbar ist, mit Programmmitteln, um ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11 auszuführen, wenn das Programm in der Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird.Computer program product, which includes a program and can be loaded directly into a memory (36, 60) of a programmable computing unit of a data processing unit (34), with program means to implement a method according to claims 1 until 11 run when the pro program is executed in the data processing unit. Computerlesbares Speichermedium (38), auf welchem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Datenverarbeitungseinheit (34) ausgeführt werden.Computer-readable storage medium (38) on which readable and executable program sections are stored in order to carry out all the steps of the method according to one of Claims 1 until 11 to be executed when the program sections are executed by the data processing unit (34).
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