DE102022109902A1

DE102022109902A1 - Method for creating a volume model of an object, computer program and measuring device for this purpose

Info

Publication number: DE102022109902A1
Application number: DE102022109902.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Wedekind
Original assignee: Carl Zeiss GOM Metrology GmbH
Current assignee: Carl Zeiss GOM Metrology GmbH
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2023-10-26
Also published as: WO2023208601A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells (10) eines mittels realer oder virtueller Computertomografie vermessenen Objektes (4), wobei im Zuge der computertomographischen Vermessung Projektionsbilder (8) des in den Strahlengang (7) zwischen einer Strahlungsquelle (2) und einem Detektor (6) positionierten Objektes (4) mit einem Detektor (6) erfasst wurden, mit den SchrittenA) Erzeugen eines Start-Volumenmodells des Objektes (4) mittels Rekonstruktion aus den durch reale oder virtuelle Computertomographie erhaltenen Projektionsbildern (8, 8e) des Objektes;B) Bestimmen von Durchstrahlungslängen von Objekt-Materialien für Positionen von Pixeln in den durch reale oder virtuelle Computertomographie erhaltenen oder korrigierten Projektionsbildern (8, 8e, 8k) mittels Verfolgung eines Strahls (Ray-Tracing) durch das Start-Volumenmodell oder ein korrigiertes Volumenmodell;C) Bestimmen einer von den Durchstrahlungslängen und der Pixelhelligkeit abhängigen Korrekturfunktion und Anwenden dieser Korrekturfunktion auf die Projektionsbilder, um korrigierte Projektionsbilder (8k) zu erhalten;D) Berechnen eines korrigierten Volumenmodells aus den korrigierten Projektionsbildern.The present invention describes a method for creating a volume model (10) of an object (4) measured using real or virtual computer tomography, wherein during the course of the computer tomographic measurement, projection images (8) of the object are created in the beam path (7) between a radiation source (2) and a Detector (6) positioned object (4) were detected with a detector (6), with the steps A) generating a starting volume model of the object (4) by means of reconstruction from the projection images (8, 8e) of the object obtained by real or virtual computer tomography ;B) Determining transmission lengths of object materials for positions of pixels in the projection images (8, 8e, 8k) obtained or corrected by real or virtual computer tomography by tracking a ray (ray tracing) through the starting volume model or a corrected volume model ;C) Determining a correction function that depends on the transmission lengths and the pixel brightness and applying this correction function to the projection images in order to obtain corrected projection images (8k); D) Calculating a corrected volume model from the corrected projection images.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells eines mittels realer oder virtueller Computertomografie vermessenen Objektes, sowie ein Computerprogramm und eine Messvorrichtung hierzu.The invention relates to a method for creating a volume model of an object measured using real or virtual computer tomography, as well as a computer program and a measuring device for this purpose.

Eine häufig gestellte Aufgabe im industriellen Umfeld ist die zerstörungsfreie Vermessung von Bauteilen (Objekten) beispielsweise zu Zwecken der Qualitätssicherung.A frequently asked task in the industrial environment is the non-destructive measurement of components (objects), for example for quality assurance purposes.

Dabei können Messeinrichtungen zur computertomografischen Vermessung von Objekten zum Einsatz kommen. Eine typische Messeinrichtung zur computertomografischen Vermessung eines Objektes beinhaltet zum Beispiel eine Strahlungsquelle, zum Beispiel Röntgenquelle, eine Positionierungsvorrichtung zur Positionierung und Bewegung des Objektes (Manipulationssystem, beispielsweise ein Drehtisch), und eine Detektoreinheit wie beispielsweise einen Flat-Panel-Detektor.Measuring devices for computer tomographic measurement of objects can be used. A typical measuring device for computer tomographic measurement of an object includes, for example, a radiation source, for example an X-ray source, a positioning device for positioning and moving the object (manipulation system, for example a turntable), and a detector unit such as a flat panel detector.

Um das Objekt computertomografisch zu vermessen, wird dieses aus verschiedenen Richtungen durchstrahlt, um so eine Mehrzahl von Durchstrahlungsbildern / Projektionsbildern, insbesondere Röntgenbildern, aufzunehmen.In order to measure the object by computer tomography, it is irradiated from different directions in order to record a plurality of radiographic images/projection images, in particular X-ray images.

Zunehmend gewinnt auch die virtuelle Computertomografie an Bedeutung, die eine entsprechende computertomografische Vermessung zum Beispiel zu Analysezwecken lediglich simuliert.Virtual computer tomography, which merely simulates a corresponding computer tomographic measurement for analysis purposes, is also becoming increasingly important.

Je nach Material und Materialstärke wird die invasive Strahlung der Strahlungsquelle unterschiedlich stark beim Durchdringen des Objektes abgeschwächt. Die in der Detektoreinheit registrierte Helligkeit nimmt dabei abhängig von der Länge des durchstrahlten Materials ab.Depending on the material and material thickness, the invasive radiation from the radiation source is attenuated to varying degrees when it penetrates the object. The brightness registered in the detector unit decreases depending on the length of the material irradiated.

Aus den Projektionsbildern kann in bekannter Weise mit Hilfe eines Rekonstruktionsalgorithmus ein Volumendatensatz berechnet werden, der das Objekt dreidimensional beschreibt.A volume data set which describes the object three-dimensionally can be calculated from the projection images in a known manner using a reconstruction algorithm.

Einfache Berechnungsansätze gehen dabei zumeist von einer monochromen Röntgenstrahlung aus. In der Realität sind die in der Computertomografie verwendeten Röntgenquellen allerdings nicht vollkommen monochromatisch. Sobald die verwendete Röntgenstrahlung ein Spektrum verschiedener Energien aufweist, können diese verschiedenen Energien zu unterschiedlichen Abschwächungen beim Durchdringen eines Materials führen. Niederenergetische Photonen werden sehr viel leichter im Material absorbiert, so dass das Strahlspektrum beim Durchdringen von Material niedrigenergetische Anteile verliert und sich der Schwerpunkt des Strahlungsspektrums leicht zu höheren Energien verschiebt. Der Strahl wird „härter“.Simple calculation approaches usually assume monochrome X-rays. In reality, however, the X-ray sources used in computer tomography are not completely monochromatic. Once the X-rays used have a spectrum of different energies, these different energies can lead to different attenuations when penetrating a material. Low-energy photons are absorbed much more easily in the material, so that the beam spectrum loses low-energy components when it penetrates the material and the center of gravity of the radiation spectrum shifts slightly to higher energies. The beam becomes “harder”.

Bei der Computertomografie kann es durch die Strahlaufhärtung zu Artefakten kommen.During computed tomography, artifacts can occur due to beam hardening.

Besonders wenn das Objekt mehrere Materialien mit unterschiedlichen Abschwächungskoeffizienten aufweist, kann sich die Strahlaufhärtung sehr nachteilig auswirken. In Bereichen hoher Materialdichte entstandene Streifenartefakte können beispielsweise die Messungen in Bereichen geringerer Materialdichte überlagern und dadurch stark verfälschen.Beam hardening can have a very detrimental effect, especially if the object has several materials with different attenuation coefficients. Stripe artifacts created in areas of high material density can, for example, overlay the measurements in areas of lower material density and thereby significantly falsify them.

Um die Qualität der Ergebnisse einer Computertomografie-Messung zu verbessern oder zu gewährleisten, können Korrekturmethoden zum Einsatz kommen.Correction methods can be used to improve or ensure the quality of the results of a computer tomography measurement.

Zum Beispiel können physikalische Vorfilter z. B. aus Kupfer oder Aluminium zum Einsatz kommen. Diese filtern niederenergetische Strahlungsanteile aus. Die für die Vermessung verwendete Strahlung wird durch den Filter bereits aufgehärtet und zeigt ein monochromatischeres Verhalten, wodurch Strahlaufhärtungseffekte beim anschließenden Durchstrahlen des Objektes reduziert werden können.For example, physical pre-filters can e.g. B. made of copper or aluminum can be used. These filter out low-energy radiation components. The radiation used for the measurement is already hardened by the filter and shows a more monochromatic behavior, which means that beam hardening effects can be reduced when the object is subsequently irradiated.

Neben den Effekten der Strahlaufhärtung können noch weitere Störeffekte auftreten. Beispielsweise können in den Röntgendetektoren Streueffekte auftreten. Die Röntgenstrahlung streut beim Auftreffen auf einen Detektorpixel auch in umliegende Pixel. Diese Streueffekte betreffen dabei nicht nur direkte Nachbarpixel. Auch zum Beispiel in 100 Pixeln Entfernung konnten diese Effekte schon nachgewiesen werden. In den aufgenommenen Projektionsbildern macht sich dieser Effekt beispielsweise als eine Weichzeichnung der Materialkanten bemerkbar.In addition to the effects of beam hardening, other disruptive effects can occur. For example, scattering effects can occur in the X-ray detectors. When the X-rays hit a detector pixel, they also scatter into surrounding pixels. These scattering effects not only affect direct neighboring pixels. These effects have also been demonstrated at a distance of 100 pixels, for example. In the recorded projection images, this effect is noticeable, for example, as a softening of the material edges.

Weitere Artefakte können z. B. im Bereich von Materialkanten entstehen. Detektorpixel nehmen beispielsweise Strahlungsanteile wahr, die unterschiedliche Materialien durchdrungen haben. Damit ist ein Rückschluss von der aufgenommenen Helligkeit auf die durchdrungene Materiallänge sehr fehlerhaft.Other artifacts can e.g. B. arise in the area of material edges. Detector pixels, for example, perceive radiation components that have penetrated different materials. This means that it is very incorrect to draw conclusions from the recorded brightness about the length of material penetrated.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells eines Objektes, insbesondere eines aus mehreren Materialien bestehenden Objektes, aus den Projektionsbildern einer computertomografischen Messung zu schaffen.The object of the present invention is to create an improved method for creating a volume model of an object, in particular an object consisting of several materials, from the projection images of a computer tomographic measurement.

Auftretende Artefakte, wie z. B. Strahlaufhärtungsartefakte, aus der computertomografischen Vermessung, insbesondere bei Multimaterialobjekten sollen dabei reduziert werden. Insbesondere soll ein Verfahren geschaffen werden Artefakte zu reduzieren, ohne dass Vorkenntnisse über das Energiespektrum der Strahlungsquelle oder die Abschwächungskoeffizienten im Objekt notwendig sind.Artifacts that occur, such as B. Beam hardening artifacts from computed tomography Measurement, especially for multi-material objects, should be reduced. In particular, a method should be created to reduce artifacts without requiring prior knowledge of the energy spectrum of the radiation source or the attenuation coefficients in the object.

Des Weiteren soll eine verbesserte Messeinrichtung zur computertomografischen Vermessung von Objekten geschaffen werden.Furthermore, an improved measuring device for the computer tomographic measurement of objects is to be created.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, die Messeinrichtung nach Anspruch 24 und das Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The task is solved by the method according to claim 1, the measuring device according to claim 24 and the computer program with the features of claim 23. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Für das verbesserte Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells eines Objektes werden Projektionsbilder aus einer computertomografischen Vermessung eines Objektes oder einer Simulation einer solchen Vermessung verwendet.For the improved method for creating a volume model of an object, projection images from a computer tomographic measurement of an object or a simulation of such a measurement are used.

Diese Projektionsbilder können mit einer geeigneten Messvorrichtung zur computertomografischen Vermessung (Computer-Tomograf) real erfasst werden. Der Computer-Tomograf erfasst mittels eines Detektors Bilder eines in den Strahlengang zwischen einer Strahlungsquelle und der Detektoreinheit positionierten Objektes. Zur Vermessung eines Objektes ist es dabei üblich Bilder in bis zu mehreren hundert unterschiedlichen Positionen des Objektes aufzunehmen, beispielsweise indem sich das Objekt auf einem Drehtisch befindet und zwischen oder während der Aufnahmen um einen vorgegebenen Winkel rotiert. Die so gewonnen Bilder stellen dabei mögliche Projektionsbilder für das nachfolgend beschriebene Verfahren dar.These projection images can be captured in reality using a suitable measuring device for computer tomographic measurement (computer tomography). The computer tomograph uses a detector to capture images of an object positioned in the beam path between a radiation source and the detector unit. To measure an object, it is common to take images in up to several hundred different positions of the object, for example by placing the object on a turntable and rotating it by a predetermined angle between or during the recordings. The images obtained in this way represent possible projection images for the method described below.

Die virtuelle Computertomografie ermöglicht heute verschiedene Einflüsse einer computertomografischen Vermessung eines Objektes zu simulieren. Dabei sind zum Beispiel auch Simulationen von Durchstrahlungsprozessen möglich, die entsprechend simulierte Projektionsbilder generieren können.Virtual computer tomography now makes it possible to simulate various influences of a computer tomographic measurement of an object. For example, simulations of radiographic processes are also possible, which can generate correspondingly simulated projection images.

Vorteilhaft ist es, wenn die Projektionsbilder mittels eines optionalen Vorverarbeitungsschritts bereits so aufbereitet werden, dass negative Effekte aufgrund von Detektorstreuung reduziert werden. Nach der optionalen Vorverarbeitung können die Projektionsbilder dann als Eingangsdaten für die nachfolgenden Verfahrensschritte Anwendung finden.It is advantageous if the projection images are already processed using an optional pre-processing step in such a way that negative effects due to detector scattering are reduced. After the optional preprocessing, the projection images can then be used as input data for the subsequent process steps.

Für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder des erfindungsgemäßen Computerprogramms ist es nicht von Belang, ob eine reale computertomografische Vermessung erfolgte, oder ob die Daten, wie bspw. die Projektionsbilder, aus einer Simulation, wie einer virtuellen Computertomografie stammen.For the execution of the method according to the invention or the computer program according to the invention, it is not important whether a real computer tomographic measurement was carried out or whether the data, such as the projection images, come from a simulation, such as a virtual computer tomography.

Das Verfahren zur Erstellung eines verbesserten Volumenmodells eines Objektes umfasst die folgenden Schritte:

A) Erzeugen eines Start-Volumenmodells des Objektes mittels Rekonstruktion aus den durch reale oder virtuelle Computertomographie erhaltenen Projektionsbildern des Objektes (Schritt 101);
B) Bestimmen von Durchstrahlungslängen von Objekt-Materialien für Positionen von Pixeln in den durch reale oder virtuelle Computertomographie erhaltenen oder korrigierten Projektionsbildern mittels Verfolgung eines Strahls (Ray-Tracing) durch das Start-Volumenmodell oder durch ein korrigiertes Volumenmodell (Schritt 102);
C) Bestimmen einer von den Durchstrahlungslängen und der Pixelhelligkeit abhängigen Korrekturfunktion und Anwenden dieser Korrekturfunktion auf die Projektionsbilder, um korrigierte Projektionsbilder zu erhalten (Schritt (103);
D) Berechnen eines korrigierten Volumenmodells aus den korrigierten Projektionsbildern (Schritt (104).

The procedure for creating an improved solid model of an object includes the following steps:

A) generating a starting volume model of the object by means of reconstruction from the projection images of the object obtained by real or virtual computer tomography (step 101);
B) determining transmission lengths of object materials for positions of pixels in the projection images obtained or corrected by real or virtual computer tomography by tracking a ray (ray tracing) through the starting volume model or through a corrected volume model (step 102);
C) determining a correction function dependent on the transmission lengths and pixel brightness and applying this correction function to the projection images in order to obtain corrected projection images (step (103);
D) Calculating a corrected volume model from the corrected projection images (step (104).

Zu Anfang wird ein erstes vorläufiges Volumenmodell des Objektes erstellt. Dieses erste Volumenmodell kann auch als Start-Volumenmodell bezeichnet werden.At the beginning, a first preliminary volume model of the object is created. This first volume model can also be referred to as the starting volume model.

Das Start-Volumenmodell des Objekts kann dabei ohne Einsatz irgendwelcher Korrekturfunktionalitäten aus den vorliegenden Projektionsbildern rekonstruiert werden. Dabei können altbekannte Rekonstruktionsalgorithmen Anwendung finden. Das resultierende Volumenmodell wird wahrscheinlich von Artefakten durchsetzt sein. Diese Artefakte können eine Segmentierung des Volumenmodells in Bereiche unterschiedlicher Materialien behindern. Trotzdem kann angenommen werden, dass eine erste Segmentierung in gewissem Umfang, wenn auch möglicherweise fehlerbehaftet möglich ist. Gerade Materialien mit hoher Dichte, wie beispielsweise Metalle lassen häufig eine gute Segmentierung zu. Materialien geringer Dichte, wie beispielsweise Kunststoffe werden hingegen oft durch Artefakte stark beeinflusst, und lassen sich daher meist nur ungenau segmentieren.The starting volume model of the object can be reconstructed from the available projection images without using any correction functionalities. Well-known reconstruction algorithms can be used. The resulting solid model will likely be riddled with artifacts. These artifacts can hinder segmentation of the solid model into areas of different materials. Nevertheless, it can be assumed that an initial segmentation is possible to a certain extent, although possibly with errors. Materials with high density, such as metals, often allow for good segmentation. However, low-density materials such as plastics are often heavily influenced by artifacts and can therefore usually only be segmented imprecisely.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann diese erste Rekonstruktion zur Erstellung eines Start-Volumenmodells mit einer reduzierten Auflösung erfolgen. Dadurch lässt sich zum Beispiel der benötigte Rechenaufwand gegenüber einer Rekonstruktion mit voller Auflösung reduzieren. Unter einer reduzierten Auflösung ist dabei eine Auflösung zu verstehen, die geringer als die maximale auf Basis der vorliegenden Projektionsbilder erreichbaren Auflösung ist. Die reduzierte Auflösung des Start-Volumenmodells kann kleiner als die Auflösung eines im Schritt D) berechneten korrigierten Volumenmodells sein.In an advantageous embodiment, this first reconstruction can be carried out to create a starting volume model with a reduced resolution. This allows, for example, the required computing effort compared to a recon Reduce structure with full resolution. A reduced resolution is understood to mean a resolution that is lower than the maximum resolution that can be achieved based on the available projection images. The reduced resolution of the starting volume model can be smaller than the resolution of a corrected volume model calculated in step D).

Auch eine Reduzierung der bei der Rekonstruktion für das Volumenmodell verwendeten Auflösung um wenige Prozent führt bereits zu einer Reduzierung des Rechenaufwandes gegenüber der Rekonstruktion in der maximal möglichen Auflösung.Even a reduction of the resolution used in the reconstruction for the volume model by a few percent already leads to a reduction in the computational effort compared to the reconstruction in the maximum possible resolution.

Eine deutliche Zeitersparnis ist beispielsweise schon bei einer 80%igen Auflösung erreichbar. Noch mehr Zeitersparnis lässt sich vorteilhafterweise mit einer Auflösungsreduzierung auf unter 50 %, besser auf 25 % der Maximalauflösung erreichen.For example, significant time savings can be achieved at 80% resolution. Even more time savings can advantageously be achieved by reducing the resolution to less than 50%, or better to 25% of the maximum resolution.

Da sich eine reduzierte Auflösung allerdings negativ auf die Genauigkeit des Volumenmodells auswirken kann, ist eine beliebige Reduzierung aber auch nicht sinnvoll.However, since a reduced resolution can have a negative impact on the accuracy of the solid model, any reduction does not make sense.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, ein Start-Volumenmodell mit unterschiedlichen Auflösungsbereichen zu nutzen. So kann zum Beispiel ein ausgewogenes Verhältnis von Zeitersparnis und Genauigkeitsanforderungen erreicht werden.In a particularly advantageous embodiment, it is proposed to use a starting volume model with different resolution ranges. For example, a balanced ratio of time savings and accuracy requirements can be achieved.

Dazu kann zum Beispiel zur Bestimmung des Start-Volumenmodells, zuerst ein Volumenmodell mit einer reduzierten Auflösung, beispielsweise 20% der Maximalauflösung, erstellt werden. Dieses Volumenmodell wird in Bereiche, die unterschiedlichen Materialien zugeordnet sind, segmentiert, und anschließend kann in ausgewählten Bereichen mit einer höheren Auflösung rekonstruiert werden. „Mit höherer Auflösung“ meint dabei, dass eine Rekonstruktion mit einer Auflösung erfolgt, die höher als die zuvor genutzte reduzierte Auflösung ist. Diese höhere Auflösung kann, muss aber nicht, die maximale erreichbare Auflösung sein. Ein so erzeugtes Volumenmodell mit Bereichen unterschiedlicher Auflösung („multi-resolution“) kann dann als Start-Volumenmodell genutzt werden.For this purpose, for example, to determine the starting volume model, a volume model with a reduced resolution, for example 20% of the maximum resolution, can first be created. This solid model is segmented into areas associated with different materials and can then be reconstructed at a higher resolution in selected areas. “With higher resolution” means that a reconstruction is carried out with a resolution that is higher than the previously used reduced resolution. This higher resolution may, but does not have to be, the maximum achievable resolution. A volume model created in this way with areas of different resolution (“multi-resolution”) can then be used as a starting volume model.

Nicht nur das Start-Volumenmodell, sondern auch die im Folgenden ermittelten Volumenmodelle können diesen sogenannten „multi-resolution“ Ansatz nutzen, bei dem das Volumenmodell Bereiche unterschiedlicher Auflösung enthält.Not only the starting volume model, but also the volume models determined below can use this so-called “multi-resolution” approach, in which the volume model contains areas of different resolution.

Bereiche, die unterschiedlichen Materialien zugeordnet sind, können dabei mit für das jeweilige Material gewählter Auflösung rekonstruiert sein. Unterschiedlichen Materialien können unterschiedliche Auflösungen zugeordnet sein.Areas that are assigned to different materials can be reconstructed with the resolution selected for the respective material. Different materials can be assigned different resolutions.

Vorteilhaft ist es Bereiche von Materialien höherer Dichte in höheren Auflösungen zu rekonstruieren als Bereiche mit Materialien von vergleichsweise niedrigerer Dichte.It is advantageous to reconstruct areas of higher density materials at higher resolutions than areas with materials of comparatively lower density.

Eine höhere Dichte kann sich dabei auf höher als die Dichte eines anderen Objekt-materials, oder auch als höher als eine vorgegebene Dichte (Grenzwert) beziehen. Dies gilt analog für den Begriff niedrigere Dichte.A higher density can refer to higher than the density of another object material, or higher than a specified density (limit value). This applies analogously to the term lower density.

Wenn mehr als zwei Materialien in einem Objekt vorliegen, kann es sinnvoll sein, einigen Materialien identische Auflösungen zuzuordnen. Hat ein Objekt zum Beispiel fünf unterschiedliche Objektmaterialien, von denen eines eine sehr geringe Dichte und eines eine sehr hohe Dichte aufweist, so könnte beispielsweise der Bereich der geringsten Dichte gering aufgelöst, z. B. mit einem Achtel der Maximalauflösung, der Bereich der höchsten Dichte höchst aufgelöst, zum Beispiel mit maximaler Auflösung, und die restlichen Bereiche mit einer mittleren Auflösung, zum Beispiel halber Auflösung, rekonstruiert werden. Auch viele andere Auflösungsverhältnisse, wie beispielsweise 10 % / 40 % / 80 %, 25 % / 50 % / 100 %, 50 % / 75 % / 90 % usw. sind denkbar.If there are more than two materials in an object, it may make sense to assign identical resolutions to some materials. For example, if an object has five different object materials, one of which has a very low density and one of which has a very high density, the area of lowest density could, for example, have a low resolution, e.g. B. with one eighth of the maximum resolution, the area of highest density with the highest resolution, for example with maximum resolution, and the remaining areas with a medium resolution, for example half resolution, are reconstructed. Many other resolution ratios, such as 10% / 40% / 80%, 25% / 50% / 100%, 50% / 75% / 90% etc. are also conceivable.

In einer weiteren Ausführungsform ist lediglich der Bereich des Objekt-Materials mit der geringsten Dichte reduziert aufgelöst und alle Bereiche die Materialien mit höherer als der geringsten Dichte zugeordnet wurden, sind mit der maximal möglichen Auflösung rekonstruiert.In a further embodiment, only the area of the object material with the lowest density has a reduced resolution and all areas that were assigned to materials with a higher density than the lowest are reconstructed with the maximum possible resolution.

Durch Zurückverfolgung eines von der Position eines Pixels eines Projektionsbildes ausgehenden Strahls zur Strahlungsquelle durch das zuvor bestimmte Volumenmodell (Ray-Tracing), kann für die verschiedenen Materialien des Objekts ihre durchstrahlte Länge bestimmt und diese Durchstrahlungslänge als Information dem jeweiligen Pixel bzw. der Pixelposition zugeordnet werden.By tracing a beam emanating from the position of a pixel of a projection image back to the radiation source through the previously determined volume model (ray tracing), the irradiated length can be determined for the various materials of the object and this irradiated length can be assigned as information to the respective pixel or pixel position .

Die Pixelhelligkeit, oder auch Helligkeitswert eines Pixels genannt, ist aus dem Projektionsbild bekannt.The pixel brightness, also known as the brightness value of a pixel, is known from the projection image.

Angenommen das Messobjekt hat zwei Materialien M1 und M2. Sei L1 die Durchstrahlungslänge für Material M1 und L2 die Durchstrahlungslänge für Material M2, so könnte beispielsweise vereinfacht der Helligkeitswert H(p) an einem Pixel p eines Projektionsbildes ausgedrückt werden durch f(H(p)) = x*L1 + y*L2, wobei f eine eindeutige, umkehrbare Funktion ist. Mit x und y sind Funktionsparameter bezeichnet, die vom Material abhängig sein können.Assume the measurement object has two materials M1 and M2. Let L1 be the transmission length for material M1 and L2 the transmission length for material M2, then, for example, the brightness value H(p) at a pixel p of a projection image could be expressed in a simplified manner by f(H(p)) = x*L1 + y*L2, where f is a unique, invertible function. x and y denote functional parameters that can depend on the material.

Somit lässt sich von den Durchstrahlungslängen der Materialien auf die Pixelhelligkeit schließen, oder aber bei bekannter Durchstrahlungslänge L2 und bekannter Pixelhelligkeit H(p) auf die Durchstrahlungslänge L1.This means that the pixel brightness can be deduced from the transmission lengths of the materials, or with a known transmission length L2 and known pixel brightness H(p), the transmission length L1.

Die Umgebungsluft kann als Material vernachlässigt werden, da sie die Strahlung nicht wesentlich abschwächt.The ambient air can be neglected as a material because it does not significantly attenuate the radiation.

Auch für Objekte mit mehr als zwei Materialien ist es möglich einen entsprechenden Zusammenhang von Pixelhelligkeit und Durchstrahlungslängen zu beschreiben. Dafür kann beispielsweise eine n-dimensionale kubische Spline-Funktion für ein aus n Materialien (n ist eine natürliche Zahl) bestehendes Objekt genutzt werden.It is also possible to describe a corresponding relationship between pixel brightness and transmission lengths for objects with more than two materials. For example, an n-dimensional cubic spline function can be used for an object made of n materials (n is a natural number).

Diese beschreibende Funktion kann dann genutzt werden, um eine Korrekturfunktion zu erstellen.This descriptive function can then be used to create a correction function.

Für die erste bestimmte Korrekturfunktion (Initiallösung) kann eine Funktion mit vorläufigen, geschätzten Parametern Anwendung finden.For the first specific correction function (initial solution), a function with preliminary, estimated parameters can be used.

Es lassen sich aber auch durch Auswertung von Pixelhelligkeitswerten und Durchstrahlungslängen einer Mehrzahl oder aller Projektionsbilder Funktionsparameter der Korrekturfunktion, wie zum Beispiel x oder y, ermitteln.However, functional parameters of the correction function, such as x or y, can also be determined by evaluating pixel brightness values and transmission lengths of a majority or all projection images.

Durch das Analysieren von einer großen Anzahl von Projektionsbildern kann ausgenutzt werden, dass einzelne „schlechte“ Pixel aufgrund ihrer Fehlerbehaftung zwar zu falschen Parametern, insbesondere zu falsch bestimmten durchstrahlten Längen, führen, eine Vielzahl von „guten“ Pixeln diesem Effekt aber gegensteuern. In folgenden wiederholten Ausführungen der Verfahrensschritte kann das Volumenmodel basierend auf korrigierten Projektionsbildern erneut berechnet und die Korrekturfunktion mithilfe des neuen Volumenmodels bestimmt werden. Damit reduziert sich die Anzahl und Fehlerhaftigkeit der „schlechten“ Pixel, wodurch sich die Qualität der Korrekturfunktion verbessert.By analyzing a large number of projection images, it can be exploited that individual “bad” pixels lead to incorrect parameters, in particular incorrectly determined transmitted lengths, due to their error, but a large number of “good” pixels counteract this effect. In subsequent repeated executions of the method steps, the volume model can be recalculated based on corrected projection images and the correction function can be determined using the new volume model. This reduces the number and error of “bad” pixels, which improves the quality of the correction function.

Es ist denkbar beide Vorgehensweisen zur Bestimmung bzw. Festlegung der Korrekturfunktion zu kombinieren. So kann für die Erzeugung eines Start-Volumenmodells eine vorläufige, geschätzte Korrekturfunktion, beispielsweise basierend auf Erfahrungswerten genutzt werden. Bei weiteren Iterationsdurchläufen kann die Korrekturfunktion basierend auf der Analyse von Projektionsbildern und Durchstrahlungslängen gebildet werden.It is conceivable to combine both approaches to determine or define the correction function. A preliminary, estimated correction function, for example based on empirical values, can be used to generate a starting volume model. In further iterations, the correction function can be formed based on the analysis of projection images and transmission lengths.

Wurden die Durchstrahlungslängen der Materialien bestimmt, kann mit Hilfe der Korrekturfunktion ein korrigierter Helligkeitswert für die jeweiligen einzelnen Pixel der Projektionsbilder berechnet werden.Once the transmission lengths of the materials have been determined, a corrected brightness value can be calculated for the respective individual pixels of the projection images using the correction function.

Die so ermittelten korrigierten Projektionsbilder können für eine erneute Rekonstruktion eines Volumenmodells genutzt werden. Damit lassen sich beispielsweise Strahlaufhärtungsartefakte reduzieren.The corrected projection images determined in this way can be used to reconstruct a volume model again. This can be used, for example, to reduce beam hardening artifacts.

Liegen Solldaten des Objektes, beispielsweise in Form eines CAD (computer-aided design) vor, so können diese in eines oder mehrere der Volumenmodelle der Rekonstruktion gefittet werden. Damit kann die Qualität der Korrekturfunktion verifiziert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um durch Fitten eines CAD-Modells in das Rekonstruktionsergebnis der ersten Iteration sicherzustellen, dass die erste bestimmte Korrekturfunktion (Initiallösung) den eigenen Qualitätsansprüchen genügt. Das Einfitten von Solldaten kann dabei nicht nur der Verifizierung dienen, sondern es ermöglicht auch eine Anpassung und Verbesserung der Korrekturfunktion. Handelt es sich bei der Initiallösung der Korrekturfunktion beispielsweise um eine geschätzte Korrekturfunktion, so lassen sich basierend auf diesen Erkenntnissen, die geschätzten Parameter leicht anpassen, um die Qualität der Korrekturfunktion zu erhöhen.If target data for the object is available, for example in the form of a CAD (computer-aided design), these can be fitted into one or more of the volume models of the reconstruction. This allows the quality of the correction function to be verified. This is particularly advantageous in order to ensure that the first specific correction function (initial solution) meets your own quality requirements by fitting a CAD model into the reconstruction result of the first iteration. Fitting target data can not only serve as verification, but it also enables the correction function to be adjusted and improved. If the initial solution of the correction function is, for example, an estimated correction function, the estimated parameters can be easily adjusted based on these findings in order to increase the quality of the correction function.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird angenommen, dass alle Materialien mit Ausnahme des Materials der geringsten Dichte (im Vergleich zu den anderen Materialien des Objektes) mit guter Qualität (z. B. mindestens 75% der Maximalauflösung) rekonstruiert und segmentiert wurden. Dann kann auch auf die fehlende Durchstrahlungslänge des Materials mit der geringsten Dichte in guter Qualität geschlussfolgert werden.In an advantageous embodiment, it is assumed that all materials except the material with the lowest density (compared to the other materials of the object) have been reconstructed and segmented with good quality (e.g. at least 75% of the maximum resolution). Then it can also be concluded that the transmission length of the material with the lowest density is missing in good quality.

Dies kann auch bei der Erstellung der Korrekturfunktion ausgenutzt werden.This can also be exploited when creating the correction function.

Für Objekte mit mehr als zwei Materialien wird in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Korrekturfunktion derart erstellt, dass sie die Durchstrahlungslänge des am wenigsten abschwächenden Materials bzw. des Materials mit der geringsten Dichte in Abhängigkeit von den Durchstrahlungslängen aller anderen Materialien und vom Pixelhelligkeitswert bestimmt.For objects with more than two materials, in an advantageous embodiment of the method according to the invention, the correction function is created in such a way that it determines the transmission length of the least attenuating material or the material with the lowest density as a function of the transmission lengths of all other materials and the pixel brightness value.

Vorkenntnisse über die Materialien der Objekte sind dabei nicht notwendig. Das heißt es ist nicht wesentlich, ob es sich bei Material 1 zum Beispiel um Stahl, Aluminium, Keramik oder Kunststoff handelt. Es wird lediglich unterschieden, welches Material eine höhere oder niedrigere Abschwächung erzeugt, bzw. welches Material eine höhere oder geringere Dichte als die anderen Objektmaterialien aufweist. Der konkrete Wert der Dichte ist dabei nicht von Belang.No prior knowledge of the materials of the objects is necessary. This means it is not important whether material 1 is, for example, steel, aluminum, ceramic or plastic. The only distinction is made between which material produces a higher or lower attenuation, or which material produces a higher or lower density than the other object materials having. The specific value of the density is not important.

Zur weiteren Verbesserung des Volumenmodells ist es vorteilhaft das Verfahren mehrmals zu wiederholen. Dabei können bei einem erneuten Durchlauf des Verfahrens die bereits in einem vorherigen Durchlauf des Verfahrens korrigierten Projektionsbilder als Projektionsbilder genutzt werden.To further improve the volume model, it is advantageous to repeat the procedure several times. When the method is run again, the projection images that have already been corrected in a previous run of the method can be used as projection images.

Die Anzahl der Verfahrensdurchläufe kann vorab festgelegt worden sein und dient damit als Abbruchkriterium oder das Verfahren wird so lange wiederholt, bis beispielsweise eine (als ausreichend vordefinierte) vorgegebene Güte des Rekonstruktionsergebnisses erreicht wurde, oder ein Vergleich der Volumenmodelle zweier oder mehr aufeinander folgender Rekonstruktionen nur noch Abweichungen unterhalb eines vordefinierten Schwellwertes aufweisen.The number of process runs can have been determined in advance and thus serves as a termination criterion or the process is repeated until, for example, a predetermined quality of the reconstruction result (predefined as sufficient) has been achieved, or a comparison of the volume models of two or more successive reconstructions is only possible Have deviations below a predefined threshold value.

Das soeben beschriebene Verfahren ist zum Beispiel geeignet, um Strahlaufhärtungsartefakte bei der Rekonstruktion von Multi-Material Objekten zu reduzieren. Dabei kommt es ohne Vorkenntnisse der Materialien und des Strahlungsspektrums aus. Ein weiterer Vorteil ist eine stark verkürzte Rechenzeit des Ray-Tracings, und damit des gesamten Verfahrens, wenn ein Multi-Resolution Volumenmodell bei dessen Durchführung zum Einsatz kommt. Der Multi-Resolution Ansatz des Volumenmodells kann also nicht nur beim Start-Volumenmodell, sondern auch wenn gewünscht bei den jeweils korrigierten Volumenmodellen der weiteren Iterationen Anwendung finden.The method just described is suitable, for example, for reducing beam hardening artifacts when reconstructing multi-material objects. This requires no prior knowledge of the materials and the radiation spectrum. Another advantage is a greatly reduced computing time for ray tracing, and thus for the entire process, if a multi-resolution volume model is used to carry it out. The multi-resolution approach to the volume model can therefore be used not only for the starting volume model, but also, if desired, for the corrected volume models of the further iterations.

Das abschließende Volumenmodell kann dann aber auch wieder mit einheitlicher hoher, insbesondere maximaler, Auflösung rekonstruiert werden.The final volume model can then also be reconstructed again with a uniformly high, in particular maximum, resolution.

In vorteilhafter Weise kann dieses Verfahren mit einem Verfahren zur Korrektur von Detektorstreueffekten kombiniert werden. Dazu können die vom Detektor aufgenommenen Projektionsbilder mittels eines Vorverarbeitungsschritts bereits so aufbereitet werden, dass negative Effekte aufgrund von Detektorstreuung reduziert werden. Nach der optionalen Vorverarbeitung können die Projektionsbilder dann als Eingangsdaten für das Verfahren zur Erstellung von Volumendaten genutzt werden.This method can advantageously be combined with a method for correcting detector scattering effects. For this purpose, the projection images recorded by the detector can be processed using a preprocessing step in such a way that negative effects due to detector scattering are reduced. After optional preprocessing, the projection images can then be used as input data for the volume data creation process.

Die Detektorstreuung ist abhängig vom jeweils verwendeten Detektor und nicht mit Streueffekten am Messobjekt zu verwechseln.The detector scatter depends on the detector used and should not be confused with scattering effects on the measurement object.

Die auftretenden Streueffekte müssen nicht gleichmäßig verteilt über den Detektor auftreten, sondern können abhängig sein von der Position des Pixels auf dem Detektor und von der Richtung der einfallenden Strahlung. Je nach Position des Pixels auf dem Detektor trifft die einfallende Strahlung, beispielsweise einer Strahlungsquelle mit kegelförmiger Abstrahlung in unterschiedlichen Winkeln ein. Eine entsprechende Detektorstreukorrekturfunktion kann dadurch sehr komplex und nur mit sehr hohem Rechenaufwand anwendbar werden.The scattering effects that occur do not have to be evenly distributed across the detector, but can depend on the position of the pixel on the detector and on the direction of the incident radiation. Depending on the position of the pixel on the detector, the incident radiation, for example from a radiation source with cone-shaped radiation, arrives at different angles. A corresponding detector scatter correction function can therefore become very complex and can only be used with very high computational effort.

In einem besonders vorteilhaften Verfahren zur Detektorstreukorrektur, wird daher das Streuverhalten des Detektors in Form einer Funktion (Streufunktion) beschrieben, die die Helligkeit der Streustrahlung um einen bestrahlten Punkt in Abhängig vom Abstand zu diesem beschreibt. Damit ist die gegenseitige Beeinflussung zweier Detektorpixel durch Detektorstreuung nur noch von ihrem Abstand abhängig.In a particularly advantageous method for detector scatter correction, the scattering behavior of the detector is therefore described in the form of a function (scattering function) which describes the brightness of the scattered radiation around an irradiated point depending on the distance to it. This means that the mutual influence of two detector pixels due to detector scattering only depends on their distance.

Dabei wird von einem über den kompletten Detektor gleichförmigen Streueffekt ausgegangen, das heißt, die Detektorstreuung wird als unabhängig vom Ort des Pixels auf dem Detektor und auch als unabhängig von der Richtung der einfallenden Strahlung betrachtet. Dies ist in der Regel zwar nicht ganz korrekt, aber durch diese Annahme kann mit einem stark reduzierten Rechenaufwand dennoch schon eine wesentliche Reduzierung von Detektorstreueffekten erzielt werden.It is assumed that the scattering effect is uniform across the entire detector, which means that the detector scattering is considered to be independent of the location of the pixel on the detector and also independent of the direction of the incident radiation. Although this is usually not entirely correct, this assumption can still achieve a significant reduction in detector scattering effects with a greatly reduced computational effort.

Die Streufunktion kann eine kubische Spline-Funktion sein. Sowohl die Streufunktion als auch ihre Ableitung nehmen mit dem Abstand monoton ab. Um ansteigende Funktionswerte zu erhalten, kann die Streufunktion auch als Funktion des negativen Abstandes definiert werden. Bezieht man die zweite Ableitung in die Überlegungen mit ein und stellt sicher, dass ihre Werte stets positiv sind, so ist ein monotones Ansteigen von 1. Ableitung und Streufunktion gewährleistet. Zur vollständigen Funktionserstellung sind allerdings noch einige Funktionskoeffizienten notwendig, um zum Beispiel den Startwert und die Steigung an der Position des Startwertes beschreiben zu können.The scattering function can be a cubic spline function. Both the scattering function and its derivative decrease monotonically with distance. In order to obtain increasing function values, the scattering function can also be defined as a function of the negative distance. If you include the second derivative in the considerations and ensure that its values are always positive, a monotonous increase in the 1st derivative and the scatter function is guaranteed. However, to fully create the function, some function coefficients are still necessary, for example to be able to describe the starting value and the slope at the position of the starting value.

Zur Bestimmung dieser Funktionskoeffizienten der Streufunktion wird daher ein Durchstrahlbild eines Objektes aus strahlungsabschirmendem Material, wie z. B. einer Bleiplatte, vom Detektor aufgenommen. Diese Platte wird dabei derart zwischen Strahlungsquelle und Detektor platziert, dass Teile, zum Beispiel die Hälfte, des Detektors verdeckt sind. Die Detektorpixel, die dem verdeckten Bereich entsprechen, dürften somit keine Strahlung empfangen, die gemessene Intensität sollte NULL sein. Die Detektorpixel des nicht verdeckten Bereiches empfangen die volle Strahlungsintensität, ihre Intensität kann normiert mit EINS angegeben werden.To determine these functional coefficients of the scattering function, a transmission image of an object made of radiation-shielding material, such as. B. a lead plate, recorded by the detector. This plate is placed between the radiation source and the detector in such a way that parts, for example half, of the detector are hidden. The detector pixels that correspond to the obscured area should therefore not receive any radiation; the measured intensity should be ZERO. The detector pixels of the uncovered area receive the full radiation intensity; their intensity can be specified as ONE.

Durch die Detektorstreuung werden in der Bildaufnahme aber abweichende Werte auftauchen. Diese Werte können genutzt werden, um die Funktionskoeffizienten der Streufunktion zu bestimmen.However, due to detector scattering, different values will appear in the image recording. These values can be used to determine the function coefficients of the scattering function.

Um beispielsweise Rauscheffekte bei der Bildaufnahme zu unterdrücken, ist es vorteilhaft nur die verdeckten Bereiche, d.h. die Bereiche mit der Sollintensität NULL, auszuwerten.For example, in order to suppress noise effects when recording images, it is advantageous to evaluate only the hidden areas, i.e. the areas with the target intensity ZERO.

Da die Detektorstreuung nur abhängig vom Detektor und in gewissem Maße auch von der Wellenlänge der Strahlung abhängt, ist es ausreichend die Streufunktion einmal je Strahlungsspektrum zu bestimmen. Die Streufunktion des Detektors ändert sich nicht mit der Zeit und ist auch unabhängig vom Messobjekt.Since the detector scattering only depends on the detector and to a certain extent also on the wavelength of the radiation, it is sufficient to determine the scattering function once for each radiation spectrum. The scattering function of the detector does not change over time and is also independent of the measurement object.

Auch ist es möglich, eine Abschirmung zu verwenden, die nicht stark genug ist, um die Sollintensität auf NULL zu reduzieren. In diesem Fall genügt es sicherzustellen, dass alle abgeschirmten Bereiche des Detektors die gleiche Stärke an Abschirmung erfahren. Die Sollintensität für die abgeschirmten Bereiche kann in diesem Fall anhand der Helligkeitswerte von Pixeln, die hinreichend weit von nicht abgeschirmten Bereichen des Detektors entfernt sind, um einen nennenswerten Einfluss von Streustrahlung auszuschließen, bestimmt werden.It is also possible to use a shield that is not strong enough to reduce the target intensity to ZERO. In this case it is sufficient to ensure that all shielded areas of the detector receive the same level of shielding. In this case, the target intensity for the shielded areas can be determined based on the brightness values of pixels that are sufficiently far away from unshielded areas of the detector to exclude a significant influence of scattered radiation.

Wurde die Streufunktion bestimmt, so kann ihre Umkehrfunktion gebildet und als Detektorstreu-Korrekturfunktion auf die Projektionsbilder aus der Objektvermessung angewendet werden, um Detektorstreueffekte zu reduzieren.Once the scattering function has been determined, its inverse function can be formed and applied as a detector scattering correction function to the projection images from the object measurement in order to reduce detector scattering effects.

In weiterer vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells mit einer Durchstrahlungslängenkorrektur ergänzt und damit das erfindungsgemäße Verfahren damit vorteilhaft erweitert werden.In a further advantageous manner, the method according to the invention for creating a volume model can be supplemented with a transmission length correction and thus the method according to the invention can be advantageously expanded.

Vorteilhafterweise wird die Durchstrahlungslängenkorrektur in den Verfahrensschritt B) integriert.The transmission length correction is advantageously integrated into method step B).

Die Bestimmung der Durchstrahlungslängen der verschiedenen Objektmaterialien setzt ein in die verschiedenen Materialbereiche segmentiertes Volumenmodell voraus, durch das ein Strahl zurückverfolgt wird. Um gute Werte für die Durchstrahlungslängen zu erhalten, ist es dabei wichtig, den Übergang zwischen den verschiedenen Materialien, also die Materialübergänge möglichst genau zu erkennen. Bildpixel des Projektionsbildes die einen inneren Bereich eines Materialbereiches darstellen, werden bei der Rückverfolgung überwiegend auf Materialkanten treffen, die sich eher senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung des zurückverfolgten Strahles befinden. Ungenaue Materialübergange in Ausbreitungsrichtung des zurückverfolgten Strahles haben dabei nur einen geringen Einfluss auf die ermittelte Durchstrahlungslänge. Anders sieht es bei Pixeln aus, deren Strahlen bei der Verfolgung durch das Volumenmodell sich im Bereich einer Materialkante befinden. Ungenauigkeiten der Materialübergange die zum Beispiel durch die Grenzen der Auflösung des Projektionsbildes oder der Rekonstruktion, aber auch durch andere Effekte hervorgerufen wurden, können hier gravierende Unterschiede bei der Bestimmung der Durchstrahlungslänge hervorrufen. Sieht ein Bildpixel noch mehrere Zentimeter eines Materials, so sieht sein Nachbarpixel eventuell gar nichts mehr.Determining the transmission lengths of the different object materials requires a volume model segmented into the different material areas through which a beam is traced. In order to obtain good values for the transmission lengths, it is important to recognize the transition between the different materials, i.e. the material transitions, as accurately as possible. Image pixels of the projection image that represent an inner region of a material area will, during the retracing, predominantly hit material edges that are located more perpendicular to the beam propagation direction of the retraced beam. Inaccurate material transitions in the direction of propagation of the traced beam have only a minor influence on the determined transmission length. The situation is different for pixels whose rays are in the area of a material edge when tracked by the solid model. Inaccuracies in the material transitions, which are caused, for example, by the limits of the resolution of the projection image or the reconstruction, but also by other effects, can cause serious differences in determining the transmission length. If an image pixel still sees several centimeters of material, its neighboring pixel may no longer see anything at all.

Gerade bei dichten Materialien, wie beispielsweise Metall, lassen sich im Bereich der Materialkanten sogenannte Aliasing-Artefakte beobachten, die durch die diskrete Abtastung von eigentlich kontinuierlichen Werten, insbesondere bei der Durchstrahlbildaufnahme, der Volumenrekonstruktion und bei der Strahlverfolgung (Ray-Tracing) durch das Volumenmodell, entstehen. Gerade Pixel des Projektionsbildes die sich in Bereichen solcher Materialkanten, bzw. im Bereich dieser Aliasing-Effekte befinden, werden mit hoher Wahrscheinlichkeit beim Ray-Tracing auch fehlerbehaftete Durchstrahlungslängen zurückliefern.Especially with dense materials, such as metal, so-called aliasing artifacts can be observed in the area of the material edges, which are caused by the discrete scanning of actually continuous values, especially in the transmission image recording, the volume reconstruction and in the ray tracing by the volume model , arise. Especially pixels of the projection image that are located in areas of such material edges or in the area of these aliasing effects will most likely return incorrect transmission lengths during ray tracing.

Daher wird vorgeschlagen die durch Strahlverfolgung (Ray-Tracing) bestimmten Durchstrahlungslängen einem Korrekturverfahren zu unterziehen. Bei einem solchen Korrekturverfahren werden Informationen, wie beispielsweise Durchstrahlungslängen, aus benachbarten, also unmittelbar benachbarten oder in der Nähe liegenden Pixeln berücksichtigt, um die Korrektheit der durch Ray-Tracing bestimmten Durchstrahllängen zu verifizieren und eventuell zu verbessern.It is therefore proposed to subject the transmission lengths determined by ray tracing to a correction process. In such a correction method, information, such as transmission lengths, from neighboring, i.e. immediately adjacent or nearby pixels, is taken into account in order to verify and possibly improve the correctness of the transmission lengths determined by ray tracing.

Hierfür ist es vorteilhaft, Pixel danach zu klassifizieren, wie wahrscheinlich die bestimmten Durchstrahllängen korrekt sind. Diese Klassifizierung teilt die Pixel in Klassen ein. In einem einfachen Fall lediglich in zwei Klassen, also mittels einer Einordnung in „sichere“ und „unsichere“ Pixel, wobei „sichere“ Pixel eine hohe und „unsichere“ Pixel eine niedrige Wahrscheinlichkeit für die Korrektheit der für sie bestimmten Durchstrahllängen aufweisen. Eine Aufteilung in mehr als zwei Klassen ist aber auch denkbar. Welche Wahrscheinlichkeit hierbei für welche Klasse der Klassifizierung gilt, kann beispielsweise vom Anwender eingegebenen oder auch fest vorgegeben in das Verfahren implementiert sein. Dabei kann zum Beispiel ein Grenzwert für die Wahrscheinlichkeit der Korrektheit gesetzt werden, ab dem ein Pixel als „sicher“ gilt und ansonsten als „unsicher“.For this purpose, it is advantageous to classify pixels according to how likely the specific transmission lengths are correct. This classification divides the pixels into classes. In a simple case, only in two classes, i.e. by classifying them into “safe” and “unsafe” pixels, whereby “safe” pixels have a high probability and “unsafe” pixels have a low probability of the correctness of the transmission lengths determined for them. However, a division into more than two classes is also conceivable. Which probability applies to which class of classification can, for example, be entered into the method by the user or can be implemented in a fixed manner. For example, a limit value can be set for the probability of correctness, from which a pixel is considered “safe” and otherwise “unsafe”.

Mittels einer solchen Klassifizierung kann die Korrektur lediglich für Pixel angewandt werden, die ausgewählten Klassen entsprechen, beispielsweise vorwiegend auf „unsichere“ Pixel.Using such a classification, the correction can only be applied to pixels that correspond to selected classes, for example primarily to “unsafe” pixels.

Die Durchstrahlungslängenkorrektur kann vorteilhafterweise vorwiegend anhand der für sichere Pixeln zur Verfügung stehenden Informationen erfolgen. Das heißt von den für das Korrekturverfahren verwendeten Informationen von benachbarten Pixeln, werden nur Informationen von Pixeln verwendet, die einer oder mehrerer ausgewählten Klassen angehören.The transmission length correction can advantageously be carried out primarily on the basis of the information available for safe pixels. This means that of the information from neighboring pixels used for the correction process, only information from pixels that belong to one or more selected classes is used.

Für die Klassifikation eignet es sich, insbesondere diejenigen Pixel als unsicher zu klassifizieren, deren Strahl bei der Verfolgung entlang von im Volumenmodell erkennbaren Objektkanten verläuft.For classification, it is particularly suitable to classify as unsafe those pixels whose ray runs along object edges that can be recognized in the volume model.

Das Korrekturverfahren, muss damit nicht für die Durchstrahlungslängen aller Materialien ausgeführt werden. So kann es auch lediglich auf die Durchstrahlungslängen eines Materials angewendet werden. Die mittels Korrekturverfahren korrigierten Durchstrahlungslängen für ein oder mehrere Materialien, können dann eingesetzt werden, um auf die Durchstrahlungslängen der anderen Materialien zurückzuschlie-ßen.The correction procedure does not have to be carried out for the transmission lengths of all materials. It can also only be applied to the transmission lengths of a material. The transmission lengths for one or more materials corrected using correction methods can then be used to draw conclusions about the transmission lengths of the other materials.

Für die Durchstrahllängenkorrektur kann ausgenutzt werden, dass bei einer Rekonstruktion mit einer Anzahl von n nicht-Luft Materialien nur die reduzierte Anzahl n - 1 der dazugehörigen Durchstrahllängen korrekt bestimmt werden müssen, um zum Beispiel ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells anwenden zu können.For the transmission length correction, it can be used that in a reconstruction with a number of n non-air materials, only the reduced number n - 1 of the associated transmission lengths have to be correctly determined in order, for example, to be able to use a method according to the invention to create a volume model.

Des Weiteren kann ausgenutzt werden, dass die Strahlen der meisten Pixel entlang höchstens einer Materialkante liegen, wodurch, falls diese Kante zwischen einem nicht-Luft Material und Luft verläuft, die Durchstrahllängen für alle außer ein nicht-Luft Material innerhalb der Nachbarschaft keine großen Unterschiede aufweisen oder, falls diese Kante zwischen zwei nicht-Luft Materialien verläuft, die Summe der Durchstrahllängen aller nicht-Luft Materialien innerhalb der Nachbarschaft keine gro-ßen Unterschiede aufweist.Furthermore, it can be exploited that the rays of most pixels lie along at most one material edge, whereby, if this edge runs between a non-air material and air, the transmission lengths for all but one non-air material within the neighborhood do not have large differences or, if this edge runs between two non-air materials, the sum of the transmission lengths of all non-air materials within the neighborhood does not show large differences.

Eine vorteilhafte Durchstrahlungslängenkorrektur korrigiert die Durchstrahlungslänge eines Materials an einem Pixel, indem sie für alle anderen Materialien die Durchstrahlungslängen basierend auf den Durchstrahlungslängen dieser Materialien an den Pixeln ihrer Nachbarschaft schätzt und dann basierend auf diesen geschätzten Durchstrahlungslängen der anderen Materialien aus die Durchstrahlungslänge für das gesuchte Material zurückzuschließt.An advantageous transmission length correction corrects the transmission length of a material at a pixel by estimating the transmission lengths for all other materials based on the transmission lengths of these materials at the pixels in their neighborhood and then inferring the transmission length for the searched material based on these estimated transmission lengths of the other materials .

Dies ist insbesondere vorteilhaft, um unsichere Pixel zu korrigieren, falls die Durchstrahllängen für alle außer ein nicht-Luft Material bei allen sicheren Pixeln innerhalb der Nachbarschaft keine großen Unterschiede aufweisen, indem für alle außer dieses eine nicht-Luft Material die Durchstrahllänge basierend auf den Durchstrahllängen der sichern Pixel in der Nachbarschaft geschätzt wird.This is particularly advantageous for correcting unsafe pixels if the transmission lengths for all but one non-air material do not have large differences for all safe pixels within the neighborhood, by adjusting the transmission length for all but this one non-air material based on the transmission lengths the safe pixel in the neighborhood is estimated.

Eine vorteilhafte Durchstrahlungslängenkorrektur korrigiert die Durchstrahlungslänge eines Materials an einem Pixel, indem sie die Summe der Durchstrahlungslängen aller Materialien basierend auf der Summe der Durchstrahlungslängen an den Pixeln der Nachbarschaft schätzt, und dann basierend auf dieser geschätzten Summe der Durchstrahlungslängen auf die Durchstrahlungslänge für das gesuchte Material zurückzuschließt.An advantageous transmission length correction corrects the transmission length of a material at a pixel by estimating the sum of the transmission lengths of all materials based on the sum of the transmission lengths at the pixels in the neighborhood, and then inferring the transmission length for the searched material based on this estimated sum of the transmission lengths .

Insbesondere ist dies vorteilhaft einzusetzen, um unsichere Pixel zu korrigieren, falls die Summe der Durchstrahllängen aller nicht-Luft Materialien innerhalb der Nachbarschaft keine großen Unterschiede aufweist, indem die Summe der Durchstrahllängen aller nicht-Luft Material basierend auf der Summe der Durchstrahllängen der sichern Pixel in der Nachbarschaft geschätzt wird. Basierend auf dieser Summe und der Information zwischen welchen Materialien die Kante verläuft, die zu der Klassifizierung des Pixels als unsicher beiträgt, sowie optional beispielsweise auch unter zur Hilfenahme einer wie in Schritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines Volumenmodells erstellten Korrekturfunktion kann auf die Verteilung der Durchstrahllängen auf die einzelnen Materialien geschlossen werden.In particular, this can be used advantageously to correct unsafe pixels if the sum of the transmission lengths of all non-air materials within the neighborhood does not have large differences, by calculating the sum of the transmission lengths of all non-air material based on the sum of the transmission lengths of the secure pixels the neighborhood is valued. Based on this sum and the information between which materials the edge runs, which contributes to the classification of the pixel as unsafe, and optionally, for example, with the help of a correction function created as in step C) of the method according to the invention for creating a volume model, the distribution can be applied the transmission lengths can be inferred from the individual materials.

Die geschätzten Informationen können in einem einfachen Fall beispielsweise durch die Errechnung eines gewichteten Mittelwertes geschätzt werden.In a simple case, the estimated information can be estimated, for example, by calculating a weighted average.

Sowohl das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells an sich, insbesondere auch in einer iterativen Ausführungsform, sowie auch die Detektorstreukorrektur und auch die Durchstrahlungslängenkorrektur können einzeln bereits zur Verbesserung des Volumenmodells durch eine Reduzierung von Artefakten beitragen. Eine Kombination der Korrekturverfahren ist allerdings besonders vorteilhaft. Auch eine Kombination mit weiteren Korrekturmethoden, wie zum Beispiel einer physikalischen Vorfilterung, kann erfolgen.Both the method according to the invention for creating a volume model itself, in particular in an iterative embodiment, as well as the detector scatter correction and the transmission length correction can individually contribute to improving the volume model by reducing artifacts. However, a combination of correction methods is particularly advantageous. A combination with other correction methods, such as physical pre-filtering, can also be done.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 - Schematische Darstellung einer Messeinrichtung zur computertomografischen Vermessung eines Objektes;
2 - Schematischer Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

The invention is explained in more detail using exemplary embodiments with the accompanying drawings. Show it:

1 - Schematic representation of a measuring device for computer tomographic measurement of an object;
2 - Schematic sequence of a method according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Messeinrichtung 1, die zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Messeinrichtung 1 hat eine Strahlungsquelle 2 zur Abgabe invasiver Strahlung, zum Beispiel eine Röntgenquelle, eine Positionierungsvorrichtung 3 zur Positionierung und Bewegung eines Messobjektes 4 (nachfolgend auch kurz als Objekt bezeichnet). Bei der Positionierungsvorrichtung 3 kann es sich beispielsweise wie hier dargestellt um einen Drehtisch mit einer Drehachse 5 handeln, aber auch andere Manipulationseinheiten, wie zum Beispiel Roboter können Anwendung finden. Des Weiteren ist eine Detektoreinheit 6, beispielsweise ein Flat-Panel-Detektor, vorgesehen. 1 shows a schematic representation of an exemplary measuring device 1, which is set up to carry out a method according to the invention. The measuring device 1 has a radiation source 2 for emitting invasive radiation, for example an X-ray source, a positioning device 3 for positioning and moving a measurement object 4 (hereinafter also referred to as an object for short). The positioning device 3 can, for example, be a turntable with a rotation axis 5 as shown here, but other manipulation units, such as robots, can also be used. Furthermore, a detector unit 6, for example a flat panel detector, is provided.

Um ein Objekt 4 computertomografisch zu vermessen, wird dieses beispielsweise mit Hilfe der Positionierungsvorrichtung 3 im Strahlengang 7 zwischen der Strahlungsquelle 2 und der Detektoreinheit 6 positioniert. Es werden mit Hilfe der Detektoreinheit 6 Projektionsbilder 8 in unterschiedlichen Positionen des Objektes 4 aufgenommen. Beispielsweise wird das Objekt 4 mit Hilfe des Drehtisches zwischen den Bildaufnahmen um einen vorgegebenen Winkel gedreht.In order to measure an object 4 by computer tomography, it is positioned, for example, with the aid of the positioning device 3 in the beam path 7 between the radiation source 2 and the detector unit 6. Using the detector unit 6, projection images 8 are recorded in different positions of the object 4. For example, the object 4 is rotated by a predetermined angle between image recordings using the turntable.

Des Weiteren ist eine Auswerteeinheit 9 vorhanden. Die Auswerteeinheit 9 ist zur Ausführung geeigneter Programmcodemittel ausgebildet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells des Messobjekts 4 basierend auf den Projektionsbildern 8, die durch computertomografische Vermessung des in den Strahlengang 7 zwischen der Strahlungsquelle 2 und der Detektoreinheit 6 positionierten Objektes 4 erfasst wurden, auszuführen.Furthermore, an evaluation unit 9 is available. The evaluation unit 9 is designed to execute suitable program code means in order to implement a method according to the invention for creating a volume model of the measurement object 4 based on the projection images 8, which were captured by computer tomographic measurement of the object 4 positioned in the beam path 7 between the radiation source 2 and the detector unit 6. to carry out.

Die vom Detektor 6 aufgenommenen Projektionsbilder 8 werden an die Auswerteeinheit 9 übertragen. Diese Datenübertragung kann beispielsweise Leitungsgebunden, aber auch drahtlos, z. B. über WiFi, Funk, Bluetooth oder Infrarotschnittstelle, erfolgen.The projection images 8 recorded by the detector 6 are transmitted to the evaluation unit 9. This data transmission can, for example, be wired, but also wireless, e.g. B. via WiFi, radio, Bluetooth or infrared interface.

Die Auswerteeinheit 9 kann auch kombiniert mit einer Steuereinheit ausgebildet sein. Wobei die Steuereinheit unter anderem zur Ansteuerung von Strahlungsquelle 2 und/oder Drehtisch und/oder Detektor 6 eingerichtet sein kann.The evaluation unit 9 can also be designed in combination with a control unit. The control unit can be set up, among other things, to control the radiation source 2 and/or the turntable and/or the detector 6.

Die Auswerteeinheit 9, kann beispielsweise ein mit geeigneten Programmcodemitteln ausgestalteter Computer sein, um ein Verfahren zur Erstellung eines Volumenmodells des mittels Computertomografie vermessenen Objektes 4 auszuführen, bei dem in der Vermessung auftretende Artefakte wie beispielsweise Strahlaufhärtung, Detektorstreuung oder auch Aliasing-Effekte durch entsprechende Korrekturverfahren reduziert werden.The evaluation unit 9 can, for example, be a computer designed with suitable program code means in order to carry out a method for creating a volume model of the object 4 measured using computer tomography, in which artifacts occurring in the measurement, such as beam hardening, detector scattering or even aliasing effects, are reduced by appropriate correction methods become.

2 stellt einen schematischen Ablauf einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines Volumenmodells eines mittels Computertomografie vermessenen Objektes 4 dar. Bei der computertomografischen Vermessung eines Objektes 4, beispielsweise mit einer wie in 1 beschriebenen Messeinrichtung 1, werden mit einem Detektor 6 Projektionsbilder 8 des im Strahlengang 7 zwischen einer Strahlungsquelle 2 und dem Detektor 6 positionierten Objektes 4 erfasst. Diese Projektionsbilder 8 werden zum Beispiel in einen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Computer 9 übertragen. 2 represents a schematic sequence of a possible embodiment of a method according to the invention for creating a volume model of an object 4 measured using computer tomography. When measuring an object 4 using computer tomography, for example with a device as in 1 Measuring device 1 described, projection images 8 of the object 4 positioned in the beam path 7 between a radiation source 2 and the detector 6 are recorded with a detector 6. These projection images 8 are, for example, transferred to a computer 9 suitable for carrying out a method according to the invention.

Die computertomografische Vermessung kann aber auch virtuell erfolgen. Das heißt es findet keine Vermessung eines realen Objektes mittels einer Messeinrichtung 1 statt, sondern der Messprozess wird beispielsweise in einem entsprechend ausgebildeten Computer simuliert. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es unerheblich, ob die verwendeten Daten aus einer realen Messung oder einer Simulation stammen.The computer tomographic measurement can also be carried out virtually. This means that no measurement of a real object takes place using a measuring device 1, but rather the measuring process is simulated, for example, in an appropriately designed computer. For carrying out the method according to the invention, it is irrelevant whether the data used comes from a real measurement or a simulation.

Die Projektionsbilder 8 haben Pixel mit einer Pixelposition (Koordinate) und jeweiligen Helligkeitswerten. Die Pixelposition kann beispielsweise in Form einer Koordinate in einem Bildkoordinatensystem angegeben werden.The projection images 8 have pixels with a pixel position (coordinate) and respective brightness values. For example, the pixel position can be specified in the form of a coordinate in an image coordinate system.

In einer vorteilhaften Ausführungsform werden in einem Vorverarbeitungsschritt 100 die Projektionsbilder 8 einer Detektorstreukorrektur unterzogen. Zur Vorbereitung wurde dazu im Vorfeld ein Verfahrensschritt 300 zur Ermittlung einer für den Detektor 6 spezifische Detektorstreukorrekturfunktion ausgeführt. Dieser Verfahrensschritt 300 umfasst dabei die Schritte

• 300a - Reales oder virtuelles Aufnehmen eines Detektorbildes bei teilabgedeckter Detektorfläche;
• 300b - Auswerten der Helligkeitswerte der Pixel des abgedeckten Teils der Detektorfläche;
• 300c - Erstellen einer Streufunktion mittels schneller Fourier Transformation und bilden einer die Detektorstreukorrekturfunktion bildenden Umkehrfunktion.

In an advantageous embodiment, the projection images 8 are subjected to detector scatter correction in a preprocessing step 100. In preparation for this, a method step 300 was carried out in advance to determine a detector scatter correction function specific to the detector 6. This method step 300 includes the steps

• 300a - Real or virtual recording of a detector image with the detector surface partially covered;
• 300b - evaluating the brightness values of the pixels of the covered part of the detector surface;
• 300c - Create a scattering function using fast Fourier transformation and form an inverse function forming the detector scattering correction function.

Auch der Verfahrensschritt 300 kann basierend auf einer Simulation erfolgen.Method step 300 can also be carried out based on a simulation.

Im Schritt 100 wird die Detektorstreufunktion auf die Projektionsbilder 8 angewendet, so dass entstreute Projektionsbilder 8e erhalten werden.In step 100, the detector scattering function is applied to the projection images 8, so that descattered projection images 8e are obtained.

Die entstreuten Projektionsbilder 8a werden verwendet um in Schritt 101 ein vorläufiges Rekonstruktionsergebnis, als ein erstes vorläufiges Volumenmodell zu erstellen (= Schritt A)). Für die spätere Weiterverarbeitung ist eine Segmentierung dieses vorläufigen Volumenmodells in Bereiche unterschiedlicher Materialien vorgesehen. Durch vorhandene Artefakte wird diese Segmentierung insbesondere für Materialien mit geringer Dichte, wie beispielsweise Kunststoffe, erschwert sein. Hochdichte Materialien, wie zum Beispiel Metalle, hingegen lassen sich oft nahezu perfekt segmentieren. Dies wird auch ausgenutzt um das vorläufige Volumenmodell als ein Volumenmodell mit einem multi-resolution Ansatz zu erstellen. Das heißt das vorläufige Rekonstruktionsergebnis weist Bereiche unterschiedlicher Auflösung auf. Dadurch kann im Gegensatz zur Verwendung eines vollaufgelösten Volumenmodells im Folgenden wichtige Rechenzeit und auch Speicherplatz gespart werden. In gut zu bestimmenden Bereichen, wie denen von Metallen, kann eine erhöhte Auflösung, bevorzugt die volle Auflösung, verwendet werden.The descattered projection images 8a are used to produce a preliminary reconstruction result in step 101, as a first preliminary volume to create a model (= step A)). For later further processing, this preliminary volume model is segmented into areas of different materials. Existing artifacts will make this segmentation more difficult, especially for low-density materials such as plastics. High-density materials, such as metals, on the other hand, can often be segmented almost perfectly. This is also exploited to create the preliminary solid model as a solid model with a multi-resolution approach. This means that the preliminary reconstruction result has areas of different resolution. In contrast to using a fully-resolved volume model, this saves important computing time and storage space. In areas that are easy to determine, such as those of metals, increased resolution, preferably full resolution, can be used.

Das in Schritt 101 (= Schritt A)) erstellte Volumenmodell (Start-Volumenmodell) wird in Schritt 102 (= Schritt B)) genutzt, um mittels Strahlverfolgung (Ray-Tracing) für die Pixel der Projektionsbilder 8e die Durchstrahlungslängen der verschiedenen im Objekt 4 vorhandenen Materialien zu bestimmen. Dabei können beispielsweise auch lediglich die Durchstrahlungslängen aller Materialien, außer dem mit der geringsten Dichte bestimmt werden. Gerade Materialien geringer Dichte werden besonders durch die dichteren Nachbarmaterialien negativ, zum Beispiel durch Strahlaufhärtungseffekte, beeinflusst.The volume model (start volume model) created in step 101 (= step A)) is used in step 102 (= step B)) to determine the transmission lengths of the various in the object 4 by means of ray tracing for the pixels of the projection images 8e determine existing materials. For example, only the transmission lengths of all materials except the one with the lowest density can be determined. Low-density materials in particular are negatively influenced by denser neighboring materials, for example through beam hardening effects.

Im Bereich von Materialkanten, die sich durch hohe Dichtedifferenzen auszeichnen, ist es zum Beispiel durch Aliasing Artefakte schwierig Durchstrahlungslängen korrekt zu bestimmen. Um diese Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Durchstrahlungslängen zu reduzieren, kann optional ein Verfahrensschritt 200 zur Durchstrahlungslängenkorrektur ausgeführt werden.In the area of material edges that are characterized by high density differences, it is difficult to correctly determine transmission lengths, for example due to aliasing artifacts. In order to reduce these inaccuracies when determining the transmission lengths, a method step 200 for transmission length correction can optionally be carried out.

Vorteilhaft ist es, wenn bereits vorab eine Klassifizierung der Pixel stattgefunden hat, die es ermöglicht, die besonders durch Aliasing Artefakte gefährdeten Pixel zu bestimmen. Dadurch kann Zeit gespart werden, indem die Durchstrahlungslängenkorrektur nur für diese „unsicheren“ Pixel Anwendung findet.It is advantageous if the pixels have already been classified in advance, which makes it possible to determine the pixels that are particularly at risk from aliasing artifacts. This can save time by applying the transmission length correction only to these “uncertain” pixels.

Die Durchstrahlungslängenkorrektur kann zur Bestimmung der korrekten oder annähernd korrekten Durchstrahlungslängen für einen Pixel eines Projektionsbildes auf die Informationen seiner benachbarten Pixel zurückgreifen.The transmission length correction can use the information of its neighboring pixels to determine the correct or approximately correct transmission lengths for a pixel of a projection image.

Die Größe der Nachbarschaft, kann frei definiert werden. Beispielsweise umfasst die Nachbarschaft nur die direkten Nachbarn, oder die direkten Nachbarn plus deren direkten Nachbarn oder eine vorgegebene geometrische Nähe wie einen Radius einer gewissen Länge.The size of the neighborhood can be freely defined. For example, the neighborhood only includes the direct neighbors, or the direct neighbors plus their direct neighbors, or a given geometric proximity such as a radius of a certain length.

Auch können die Ergebnisse der Nachbarpixel abstandsabhängig mit unterschiedlicher Wichtung in die Durchstrahlungslängenkorrektur eingehen.The results of the neighboring pixels can also be included in the transmission length correction with different weighting depending on the distance.

Die in Schritt 102 (= Schritt B)) ermittelten und optional in 200 korrigierten Durchstrahlungslängen können in Schritt 103 (= Schritt C)) genutzt werden, um zum Beispiel in einer vorteilhaften Ausführungsform mittels der Methode der kleinsten Quadrate eine n-dimensionale kubische Spline-Funktion f zu bilden, wobei n der Anzahl der unterschiedlichen Materialien entspricht. Die Ausgabe der Funktion f ist beispielsweise die Durchstrahlungslänge des am wenigsten dichten Materials und die Funktionseingabe besteht aus den Durchstrahlungslängen der anderen Materialien und der im Projektionsbild aufgenommen Helligkeit des betrachteten Pixels.The transmission lengths determined in step 102 (= step B)) and optionally corrected in 200 can be used in step 103 (= step C)) in order, for example, in an advantageous embodiment, to create an n-dimensional cubic spline using the least squares method. To form a function f, where n corresponds to the number of different materials. The output of the function f is, for example, the transmission length of the least dense material and the function input consists of the transmission lengths of the other materials and the brightness of the pixel under consideration recorded in the projection image.

Nehmen wir an, dass alle Materialien, außer dem der geringsten Dichte, gut rekonstruiert und segmentiert wurden, so kann auch die Durchstrahlungslänge des am wenigsten dichten Materials gut bestimmt werden.If we assume that all materials except the least dense material have been well reconstructed and segmented, the transmission length of the least dense material can also be well determined.

Sind die Durchstrahlungslängen aller Materialien bekannt, kann durch Umstellung der Funktion f zu einer Korrekturfunktion k für jeden Pixel seine korrekte Helligkeit mittels der Korrekturfunktion k berechnet werden. Durch Anwendung der Korrekturfunktion k auf die Projektionsbilder 8e werden korrigierte Projektionsbilder 8k ermittelt.If the transmission lengths of all materials are known, the correct brightness for each pixel can be calculated using the correction function k by changing the function f to a correction function k. By applying the correction function k to the projection images 8e, corrected projection images 8k are determined.

In Schritt 104 (= Schritt D)) werden die korrigierten Projektionsbilder 8k genutzt, um ein verbessertes Volumenmodell 10 zu erstellen und auszugeben.In step 104 (= step D)), the corrected projection images 8k are used to create and output an improved volume model 10.

Zur weiteren Verbesserung des Volumenmodells 10 werden dabei vorteilhafterweise die Schritte 102, 103 und 104, d.h. die Schritte B) bis D), mehrfach wiederholt, optional inklusive der Durchstrahlungslängenkorrektur 200. Die Anzahl der Wiederholungen kann beispielsweise vorab, zum Beispiel durch eine Benutzereingabe, definiert werden. Es kann aber auch ein anders gestaltetes Abbruchkriterium gewählt werden, wie fehlende oder geringe Unterschiede zweier in aufeinanderfolgenden Verfahrensausführungen erstellter Volumenmodelle 10.To further improve the volume model 10, steps 102, 103 and 104, i.e. steps B) to D), are advantageously repeated several times, optionally including the transmission length correction 200. The number of repetitions can, for example, be defined in advance, for example by user input become. However, a different termination criterion can also be selected, such as missing or minor differences between two volume models 10 created in successive process executions.

Ist das Abbruchkriterium erreicht, kann das Volumenmodell 10 zum Beispiel auf einem Monitor ausgegeben werden.If the termination criterion is reached, the volume model 10 can be output on a monitor, for example.

Zur Optimierung der Verfahrensdauer und/oder des Speicherbedarfs werden vorteilhafterweise Volumenmodelle mit unterschiedlichen Auflösungsbereichen während des Verfahrens verwendet. Um allerdings das finale verbesserte Volumenmodell 10 in besonders guter Qualität zu erhalten, kann eine letzte Rekonstruktion mit voller Auflösung erfolgen.To optimize the process duration and/or the storage requirement, it is advantageous Solid models with different resolution ranges used during the procedure. However, in order to obtain the final improved volume model 10 in particularly good quality, a final reconstruction can be carried out with full resolution.

Claims

Method for creating a volume model (10) of an object (4) measured using real or virtual computer tomography, wherein during the course of the computer tomographic measurement projection images (8) of the object are positioned in the beam path (7) between a radiation source (2) and a detector (6). Object (4) was detected with a detector (6), with the steps A) generating a starting volume model of the object (4) by means of reconstruction from the projection images (8, 8e) of the object obtained by real or virtual computer tomography; B) determining transmission lengths of object materials for positions of pixels in the projection images (8, 8e, 8k) obtained or corrected by real or virtual computer tomography by tracking a ray (ray tracing) through the starting volume model or a corrected volume model; C) determining a correction function dependent on the transmission lengths and the pixel brightness and applying this correction function to the projection images in order to obtain corrected projection images (8k); D) Calculating a corrected solid model from the corrected projection images.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that steps B) to D) are repeated up to a predefined termination criterion, whereby in step C) in the first run the start projection images (8, 8e) and in further runs the corrected projection images (8k) calculated in the previous iteration run and in step B) the starting volume model is used in the first run and the corrected volume model calculated in the previous iteration run is used as a basis for further runs.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the starting volume model is a volume model with a reduced resolution in comparison to the resolution of one of the corrected volume models calculated in step D) or in comparison to the maximum achievable resolution based on the computer tomographically measured projection images.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the starting volume model and/or subsequent corrected volume models can have areas of different resolution from one another.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the creation of the starting volume model with areas of different resolution is carried out by - first determining a volume model with a resolution that is lower than the maximum possible resolution, - dividing the volume model of low resolution into areas is segmented, which are assigned to different object materials - a new higher-resolution reconstruction takes place in selected areas, this higher-resolution reconstruction having a resolution that is higher than the reduced resolution and which can be equal to or lower than the maximum resolution.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that areas which are assigned to different materials are reconstructed with resolutions selected for these materials.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two different materials are assigned the same resolutions.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that areas which are assigned to materials which have a higher density compared to the density of another material of the object, or whose density exceeds a predetermined limit, are assigned resolutions which are higher, than the resolutions of the areas that are assigned to materials of a lower density or whose density does not exceed the specified limit.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that only the area that is assigned to the object material with the lowest density compared to the densities of the other materials of the object is reconstructed with a lower resolution than the areas that contain other object materials assigned and which are reconstructed in the highest possible resolution.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step C) a preliminary, estimated correction function is used for the first iteration.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a Target model of the object (4), in particular a CAD model, into which the reconstruction result is fitted in order to verify and/or improve the quality of the correction function, in particular in order to verify and/or improve the quality of the first specific correction function.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correction function is suitable for determining the transmission length of the least attenuating or least dense material of an object (4) consisting of several materials compared to the other materials of the object (4). depending on the pixel value and the transmission lengths of all other materials.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a detector scatter correction of the projection images (8) takes place in a preparation step before they are used for carrying out a method according to one of the Claims 1 until 12 be used.

Procedure according to Claim 13 , with a detector scatter correction in which the inverse function of a location-independent scatter function is used as the detector scatter correction function.

Procedure according to Claim 13 or 14 , wherein functional coefficients of the scattering function are determined by recording and analyzing an image of a radiation-attenuating object, in particular a lead plate, which is introduced into the beam path (7) between the radiation source (2) and the detector (6) and partially covers the detector (6).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transmission length correction is carried out.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transmission length correction is integrated into method step B), the determination of transmission lengths of object materials for positions of pixels in the projection images by tracking a beam through the volume model (ray tracing).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transmission length correction is carried out, in which the transmission lengths determined at neighboring pixels are used for the correction of the transmission lengths associated with a pixel.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission length correction corrects the transmission length of a material at a pixel, the transmission lengths of all other materials at this pixel or the sum of the transmission lengths of all materials at this pixel based on the transmission lengths of all other materials or the The sum of the transmission lengths of all materials at the pixels in its neighborhood is estimated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pixels of the projection images (8, 8e, 8k) are classified and a transmission length correction is carried out only for pixels of one or more selected classes, in particular the “uncertain” class.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pixels of the projection images (8, 8e, 8k) are classified and only information from pixels of selected classes, in particular the “safe” class, is used for a transmission length correction.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step A) the starting volume model of the object is generated by means of reconstruction from the projection images of the object obtained real or virtually by computer tomography and corrected with a preliminary, estimated correction function.

Computer program, comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause it to carry out the method according to one of the preceding claims.

Measuring device (1) for computer tomographic measurement of an object (4) with invasive radiation, with a detector (6) and with a radiation source (2), the radiation source (2) being set up to emit invasive radiation in the direction of the detector (6), and wherein the detector (6) is set up to capture projection images (8), and with a control unit, an evaluation unit or a combined control and evaluation unit, the control and/or evaluation unit being set up to provide a method for creating volume data (10) of the object (4) according to one of the Claims 1 until 22 to carry out.