DE60036839T2

DE60036839T2 - Verfahren und Gerät für Projektionsdatenkorrektur und für strahlungstomographische Bilderzeugung

Info

Publication number: DE60036839T2
Application number: DE60036839T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Hino-chi Horiuchi
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd; Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2020-08-05
Also published as: EP1077045A3; EP1077045A2; DE60036839D1; CN1292497A; JP3789728B2; JP2001112749A; EP1077045B1; CN1310619C; US6463115B1; KR20010067067A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsdatenkorrekturverfahren und -gerät sowie auf ein tomographisches Strahlungsbildgebungsverfahren und -gerät, und insbesondere auf ein Verfahren und Gerät zur individuellen Korrektur von Daten, die eine Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung dargestellt werden soll, und auf ein tomographisches Strahlungsbildgebungsverfahren, bei dem solch ein Projektionsdatenkorrekturverfahren angewendet wird sowie ein tomographisches Strahlungsbildgebungsgerät, das das Projektionsdatenkorrekturgerät umfasst.
Bei einem tomographischen Strahlungsbildgebungsgerät, bei dem Röntgenstrahlung, d. h. eine Röntgen-CT(Computertomographie), eingesetzt wird, wird ein Röntgenstrahl aus einem röntgenstrahlenemittierenden Gerät ausgesendet, wobei er eine Breite, die einen abzubildenden Bereich enthält, sowie eine Dicke in eine orthogonale Richtung zur Breite aufweist. Die Dicke eines Röntgenstrahls kann verändert werden, indem die Öffnungsbreite der Röntgenstrahlen-Durchgangsöffnung eines Kollimators reguliert wird, so dass die Schichtdicke bei der Bildgebung angepasst wird.
Ein Röntgendetektorgerät umfasst einen Multikanal-Röntgendetektor, der dazu dient, einen Röntgenstrahl zu erkennen, wobei der Detektor eine Vielzahl von Röntgendetektorelementen (z. B. in der Größenordnung von 1000) aufweist, die in einer Anordnung in Richtung der Röntgenstrahlbreite positioniert sind.
Das Röntgenstrahlenaussendungs-/Erkennungsgerät dreht sich um ein abzubildendes Objekt herum (bzw. tastet dieses ab), um Röntgenprojektionsdaten des Objekts in einer Vielzahl von um das Objekt herum liegenden Ansichtsrichtungen zu generieren, und ein Computer erzeugt (oder rekonstruiert) ein tomographisches Bild, welches auf den Projektionsdaten beruht.
Das SNR (Signal/Rausch-Verhältnis) der Projektionsdaten verändert sich mit der „Messung" der durchdringenden Röntgenstrahlung, wobei eine niedrigere Messung eine niedrigere SNR ergibt. Wenn bei einem abzubildenden Objekt je nach Ansichtsrichtung wesentlich voneinander abweichende Messungen geliefert werden, also sich die SNRs der Projektionsdaten wesentlich voneinander unterscheiden, wird das rekonstruierte Bild aufgrund des in [dieser] Richtung auftretenden Rauschmustereffekts durch verfälschte lineare Bilder, oder so genannte Streifenartefakte, beeinträchtigt, was zu einem schlechten SNR führt.
So ist es unvermeidlich, dass Streifenartefakte beispielsweise bei der Abbildung des Brustkorbs oder des Bauches auftreten, wenn beide Arme seitlich am Körper anliegen, und zwar in der Richtung, durch welche die Arme miteinander verbunden werden, was zu dem Problem führt, dass die Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Bildes nicht möglich ist. In Dokument US-A-4 507 681 wird ein Verfahren zur Röntgenstrahlenbearbeitung beschrieben.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, das zuvor erwähnte Problem zu lösen, wobei die Erfindung Folgendes zur Aufgabe hat: ein Projektionsdatenkorrekturverfahren und -gerät, das die Generierung von Artefakten in einer Richtung mit einer niedrigen Messung von durchdringender Strahlung verhindert, ein tomographisches Strahlungsbildgebungsverfahren, bei dem solch ein Projektionsdatenkorrekturverfahren zum Einsatz kommt, sowie ein tomographisches Strahlungsbildgebungsgerät, welches das Projektionsdatenkorrekturgerät umfasst.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionsdaten-Korrekturverfahren mit folgenden Schritten geschaffen:
Individuelle Berechnung eines Durchschnittswerts für Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten eine Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung abgebildet werden soll;
Berechnung eines ersten Produktes durch Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von der die Daten abgeleitet wurden;
Berechnung eines zweiten Produktes durch Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und
Addition des ersten und des zweiten Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Faktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
In einem zweiten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Projektionsdatenkorrekturgerät, das Folgendes umfasst:
eine Durchschnittswertberechnungsvorrichtung zur individuellen Berechnung eines Durchschnittswertes für Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten die Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung abgebildet werden soll;
eine erste Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines ersten Produkts durch die Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von welcher die Daten abgeleitet sind;
eine zweite Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines zweiten Produkts durch die Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der die Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und
eine Addiervorrichtung zur Addition des ersten und des zweiten Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner Gewichtungsfaktorbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung des ersten Gewichtungsfaktors umfasst, so dass der erste Gewichtungsfaktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Projektionsdatenkorrekturverfahren geliefert, das die folgenden Schritte umfasst: individuelle Berechnung eines Durchschnittswerts für Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten eine Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung abgebildet werden soll; Berechnung eines ersten Produktes durch die Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von der die Daten abgeleitet sind; Berechnung eines zweiten Produktes durch die Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und Addition des ersten und des zwei ten Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Faktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Projektionsdatenkorrekturverfahren geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst: die individuelle Berechnung eines Durchschnittswerts für Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten eine Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung abgebildet werden soll; die Berechnung eines ersten Produktes durch die Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der annähernd proportional zu einer Messung der durchdringenden Strahlung ist, von welcher die Daten in einem Bereich unterhalb eines festgelegten Messungswerts abgeleitet wurden; die Berechnung eines zweiten Produktes durch Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und die Addition des ersten und des zweiten Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass dies ferner Gewichtungsfaktorbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung des ersten Gewichtungsfaktors umfasst, so dass der erste Gewichtungsfaktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Es wird ein Projektionsdatenkorrekturgerät geschaffen, das umfasst: eine Durchschnittswertberechnungsvorrichtung zur individuellen Berechnung eines Durchschnittswerts für Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten die Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung abgebildet werden soll; eine erste Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines ersten Produkts durch die Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von welcher die Daten abgeleitet wurden; eine zweite Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines zweiten Produkts durch die Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und eine Addiervorrichtung zur Addition des ersten und des zweiten Produkts.
Es wird ein Projektionsdatenkorrekturgerät geliefert, das umfasst: eine Durchschnittswertberechnungsvorrichtung zur individuellen Berechnung eines Durchschnittswerts für Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten die Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung abgebildet werden soll; eine erste Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines ersten Produkts durch Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der annähernd proportional zu einer Messung der durchdringenden Strahlung ist, von der die Daten in einem Bereich unterhalb eines festgelegten Messungswerts abgeleitet wurden; eine zweite Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines zweiten Produkts durch Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und eine Addiervorrichtung zur Addition des ersten und des zweiten Produkts.
Es wird ein tomographisches Strahlungsbildgebungsverfahren geschaffen, das der Aussendung einer Strahlung zu einem Objekt hin, das in einer Vielzahl von Ansichtsrichtungen abgebildet werden soll, sowie zur Erkennung der durchdringenden Strahlung und zur Erzeugung eines Bildes unter Verwendung einer Projektion dient, die auf den Signalen beruht, die im Zuge des Schrittes der Strahlungsaussendung/-erkennung erfasst worden sind, wobei der Schritt der Bilderzeugung durchgeführt wird durch: die individuelle Berechnung eines Durchschnittswerts für die Daten und für ihre Nachfolgedaten, wobei diese Daten die Projektion darstellen; die Berechnung eines ersten Produktes durch die Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von welcher die Daten abgeleitet wurden; die Berechnung eines zweiten Produktes durch Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und die Addition des ersten und des zweiten Produkts, und Rekonstruktion eines Bildes unter Verwendung einer Projektion, welche aus Daten besteht, die aus dieser Addition resultieren.
Es wird ein tomographisches Strahlungsbildgebungsverfahren geschaffen, das der Aussendung einer Strahlung zu einem Objekt hin, das in einer Vielzahl von Ansichtsrichtungen abgebildet werden soll, und zur Erkennung der durchdringenden Strahlung sowie zur Erzeugung eines Bildes unter Verwendung einer Projektion dient, die auf den Signalen beruht, die im Zuge des Schrittes der Strahlungsaussendung/-erkennung erfasst worden sind, wobei der Schritt der Bilderzeugung durchgeführt wird durch: die individuelle Berechnung eines Durchschnittswerts für die Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten die Projektion darstellen; die Berechnung eines ersten Produktes durch Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der annähernd proportional zu einer Messung der durchdringenden Strahlung ist, von der die Daten in einem Bereich unterhalb eines festgelegten Messungswertes abgeleitet wurden; die Berechnung eines zweiten Produktes durch die Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und die Ad dition des ersten und des zweiten Produktes, sowie Rekonstruktion eines Bildes unter Verwendung einer Projektion, die aus Daten besteht, die aus dieser Addition resultieren.
Es wird ein tomographisches Strahlungsbildgebungsgerät geliefert, welches Folgendes umfasst: Vorrichtung zur Strahlungsemission/-erkennung zum Zwecke der Aussendung einer Strahlung zu einem Objekt hin, das in einer Vielzahl von Ansichtsrichtungen abgebildet werden soll, sowie zur Erkennung der durchdringenden Strahlung, und Bilderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Bildes unter Verwendung einer Projektion, die auf den Signalen beruht, die mit Hilfe der Vorrichtung zur Strahlenaussendung/-erkennung erfasst wurden, wobei das Bilderzeugungsvorrichtung umfasst:
eine Durchschnittswertberechnungsvorrichtung zur individuellen Berechnung eines Durchschnittswerts für die Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten die Projektion darstellen; eine erste Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines ersten Produktes durch die Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von welcher die Daten abgeleitet wurden; eine zweite Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines zweiten Produktes durch die Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; eine Addiervorrichtung zur Addition des ersten und des zweiten Produkts, und Bildrekonstruktionsvorrichtung zur Rekonstruktion eines Bildes unter Verwendung einer Projektion, welche aus Daten besteht, die aus dieser Addition resultieren.
Es wird ein tomographisches Strahlungsbildgebungsgerät geliefert, welches Folgendes umfasst: eine Vorrichtung zur Strahlungsaussendung/-erkennung zum Zwecke der Aussendung einer Strahlung zu einem Objekt hin, das in einer Vielzahl von Ansichtsrichtungen abgebildet werden soll, sowie zur Erkennung der durchdringenden Strahlung, und Bilderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Bildes unter Verwendung einer Projektion, welche auf den Signalen beruht, die mit Hilfe der Vorrichtung zur Strahlenaussendung/-erkennung erfasst wurden, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung umfasst:
eine Durchschnittswertberechnungsvorrichtung zur individuellen Berechnung eines Durchschnittswerts für die Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten die Projektion darstellen; eine erste Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines ersten Produktes durch die Multiplikation dieser Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der annähernd proportional zur Messung der durchdringenden Strahlung ist, von welcher die Daten innerhalb eines Bereiches unterhalb eines festgelegten Messungswertes abgeleitet wurden; eine zweite Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines zweiten Produktes durch die Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und eine Addiervorrichtung zur Addition des ersten und des zweiten Produkts; und eine Bildrekonstruktionsvorrichtung zur Rekonstruktion eines Bildes unter Verwendung einer Projektion, die aus Daten besteht, die aus dieser Addition resultieren.
Als Strahlung kann eine Röntgenstrahlung eingesetzt werden.
Der erste Gewichtungsfaktor kann durch die folgende Gleichung angegeben werden: 1 – e(–C/α),wobei

C:: eine Messung der durchdringenden Strahlung ist, von der die Daten abgeleitet worden sind, und
α:: eine Konstante ist, die von dem entsprechenden Projektionsbereich bestimmt wird.

Vorzugsweise sollte die Konstante α bestimmt werden, indem im Zuge eines Scoutscans erfasste Daten oder Daten von einer Startansicht einer Axialabtastung verwendet werden, und indem ein Wert der Konstante α des Projektionsbereichs dieser Daten durch eine Gleichung oder eine Tabelle ermittelt wird.
Der erste Gewichtungsfaktor kann mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner werden.
Das Projektionsdatenkorrekturverfahren kann den Schritt umfassen, bei dem im Zuge eines Scoutscans erfasste Daten oder Daten von einer Ansicht einer Axialabtastung verwendet werden, um eine Rate zu bestimmen, bei welcher der erste Gewichtungsfaktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Das Projektionsdatenkorrekturgerät kann eine erste Gewichtungsfaktor-Bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung des ersten Gewichtungsfaktors umfassen, so dass der erste Gewichtungsfaktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Bei der ersten Gewichtungsfaktorbestimmungsvorrichtung können im Zuge eines Scoutscans erfasste Daten oder Daten von einer Ansicht einer Axialabtastung verwendet werden, um eine Rate zu bestimmen, bei welcher der erste Gewichtungsfaktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Das tomographische Strahlungsbildgebungsgerät kann eine erste Gewichtungsfaktor-Bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung des ersten Gewichtungsfaktors umfassen, so dass der erste Gewichtungsfaktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Bei der ersten Gewichtungsfaktorbestimmungsvorrichtung können im Zuge eines Scoutscans erfasste Daten oder Daten von einer Ansicht einer Axialabtastung verwendet werden, um eine Rate zu bestimmen, bei welcher der erste Gewichtungsfaktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
So werden in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Projektionsdaten individuell durch eine gewichtete Addition mit einem Durchschnittswert korrigiert, welcher die Nachfolgedaten enthält. Die Gewichtung der Daten wird so vorgenommen, dass sie einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von der die Daten abgeleitet sind. So weisen Daten mit einer niedrigeren Messung eine geringere Gewichtung dieser Daten und eine größere Gewichtung des Durchschnittswerts auf, wodurch die Reduktion des SNR ausgeglichen werden kann.
Außerdem werden gemäß diesen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Rate, bei der mit der Abnahme der Messung die Gewichtung der Daten gemindert wird, und eine Rate, bei der die Gewichtung des Durchschnittswerts erhöht wird, be stimmt, wenn die Gewichtung der Daten gemindert und die Gewichtung des Durchschnittswerts mit der Abnahme der dazugehörigen Messung erhöht wird, wobei bei einem Scoutscan erfasste Daten oder Daten von einer Ansicht einer Axialabtastung verwendet werden. So kann die Korrektur vergleichsweise abgeschwächt werden, indem die Rate reduziert wird, sofern das abzubildende Objekt groß ist, so dass Streifenartefakte vergleichsweise vermieden werden können (d. h. wenn die Differenz beim SNR der Projektionsdaten in Abhängigkeit von der Ansichtsrichtung relativ klein ist); und die Korrektur kann vergleichsweise verstärkt werden, indem die Rate erhöht wird, sofern das abzubildende Objekts klein ist und es tendenziell zum Auftreten von Streifenartefakten kommt (d. h. wenn die Differenz beim SNR der Projektionsdaten in Abhängigkeit von der Ansichtsrichtung relativ groß ist).
So kann die vorliegende Erfindung ein Projektionsdatenkorrekturverfahren und -gerät liefern, durch welches die Generierung von Artefakten in der Richtung, in der sich eine niedrige Messung von durchdringender Strahlung ergibt, vermieden wird, und sie kann ein tomographisches Strahlungsbildgebungsgerät liefern, welches solch ein Projektionsdatenkorrekturgerät umfasst.
Die Erfindung ist entsprechend dem angehängten Satz von Ansprüchen definiert.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Verwendung von Beispielen und unter Verweis auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben, für welche gilt:
1 ist ein Blockdiagramm eines Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematisches Diagramm, das die Detektoranordnung in dem Gerät zeigt, das in 1 dargestellt ist.
3 und 4 sind schematische Diagramme, die das Gerät zur Röntgenstrahlenaussendung/-erfassung in dem Gerät zeigen, das in 1 dargestellt ist.
5 ist ein Blockdiagramm des zentralen Verarbeitungsgeräts mit Hinblick auf die Projektionsdatenkorrekturfunktion.
6 illustriert ein Konzept einer Projektion eines abzubildenden Objekts.
7 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Messung eines durchdringenden Röntgenstrahls und einem Gewichtungsfaktor illustriert.
8 ist ein Blockdiagramm des zentralen Verarbeitungsgeräts mit Hinblick auf die Projektionsdatenkorrekturfunktion.
9 und 10 sind Flussdiagramme der Funktionsweise des Geräts, das in 1 dargestellt ist.
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verweis auf die dazugehörigen Zeichnungen detaillierter beschrieben. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Röntgen-CT-Geräts, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Konfiguration des Geräts stellt eine Ausführungsform des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar, und die Funktionsweise des Geräts stellt eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 1 gezeigt wird, umfasst das Gerät eine Gantry 2, einen Bildgebungstisch 4 und eine Bedienerkonsole 6. Die Gantry 2 stellt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Strahlungsaussendung-/erkennung der vorliegenden Erfindung dar. Die Gantry 2 ist mit einer Röntgenröhre 20 ausgestattet. Ein Röntgenstrahl (nicht gezeigt), der aus der Röntgenröhre 20 emittiert wird, wird von einem Kollimator 22 beispielsweise in einen fächerstrahlförmigen Strahl, d. h. einen Fächerstrahl, geformt, und auf eine Detektoranordnung 24 projiziert. Die Detektoranordnung 24 weist eine Vielzahl von Röntgendetektorelementen auf, die in Richtung der Ausbreitung des fächerförmigen Röntgenstrahls in einer Anordnung positioniert sind. Die Konfiguration der Detektoranordnung 24 wird im Folgenden genauer beschrieben.
Die Röntgenröhre 20, der Kollimator 22 und die Detektoranordnung 24 bilden zusammen ein Gerät zur Röntgenstrahlenaussendung/-erfassung, das im Folgenden genauer beschrieben werden wird. Die Detektoranordnung 24 ist mit einem Datenerfassungsabschnitt 26 zur Erfassung von Daten verbunden, die von den einzelnen Röntgendetektorelementen in der Detektoranordnung 24 erfasst wurden.
Die Aussendung des Röntgenstrahls aus der Röntgenröhre 20 wird durch einen Röntgenregler 28 reguliert. Die Verbindungsbeziehung zwischen der Röntgenröhre 20 und dem Röntgenregler 28 wird in der Zeichnung vernachlässigt. Der Kollimator 22 wird mit Hilfe eines Kollimatorreglers 30 reguliert. Die Verbindungsbeziehung zwischen dem Kollimator 22 und dem Kollimatorregler 30 wird in der Zeichnung vernachlässigt.
Die oben beschriebenen Komponenten, von der Röntgenröhre 20 bis zum Kollimatorregler 30, werden von einem Rotationsabschnitt 34 der Gantry 2 getragen. Die Drehung des Rotationsabschnitts 34 wird durch einen Rotationsregler 36 reguliert. Die Verbindungsbeziehung zwischen dem Rotationsabschnitt 34 und dem Rotationsregler 36 wird in der Zeichnung vernachlässigt.
Der Bildgebungstisch 4 ist so konfiguriert, dass er ein abzubildendes Objekt (nicht in 1 gezeigt) in den Röntgenbestrahlungsraum innerhalb der Gantry 2 und wieder aus diesem hinaus befördern kann. Die Beziehung zwischen dem abzubildenden Objekt und dem Röntgenbestrahlungsraum wird im Folgenden beschrieben.
Die Bedienerkonsole 6 ist mit einem zentralen Verarbeitungsgerät 60 ausgestattet, das beispielsweise aus einem Computer bestehen kann. Das zentrale Verarbeitungsgerät 60 ist mit einer Kontrollschnittstelle 62 verbunden, die wiederum mit der Gantry 2 und dem Bildgebungstisch 4 in Verbindung steht. Das zentrale Verarbeitungsgerät 60 steuert die Gantry 2 und den Bildgebungstisch 4 über die Kontrollschnittstelle 62.
Der Datenerfassungsabschnitt 26, der Röntgenregler 28, der Kollimatorregler 30 und der Rotationsregler 36 in der Gantry 2 werden über die Kontrollschnittstelle 62 gesteuert. Die einzelnen Verbindungen zwischen Regler 30 und Rotationsregler 36 in der Gantry 2 werden über die Kontrollschnittstelle 62 reguliert. Die individuellen Verbindungen zwischen diesen Abschnitten und der Kontrollschnittstelle 62 werden in der Zeichnung vernachlässigt.
Das zentrale Verarbeitungsgerät 60 ist auch mit einem Datenerfassungspuffer 64 verbunden, der wiederum mit dem Datenerfassungsabschnitt 26 innerhalb der Gantry 2 in Verbindung steht. Die an dem Datenerfassungsabschnitt 26 erfassten Daten werden in den Datenerfassungspuffer 64 eingespeist, und der Puffer 64 führt eine temporäre Speicherung der Daten durch.
Das zentrale Verarbeitungsgerät 60 führt eine Datenkorrektur für Projektionen von einer Vielzahl von Ansichten durch, die über den Datenerfassungspuffer 64 erfasst wurden, und führt unter Verwendung der korrigierten Projektionsdaten eine Bildrekonstruktion durch. Das zentrale Verarbeitungsgerät 60 stellt eine Ausführungsform der Bilderzeugungsvorrichtung und auch eine Ausführungsform der Bildrekonstruktionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar. Die Bildrekonstruktion wird beispielsweise unter Verwendung einer gefilterten Rückprojektionstechnik durchgeführt.
Das zentrale Verarbeitungsgerät 60 ist auch mit einer Speichervorrichtung 66 zur Speicherung von sämtlichen Daten, rekonstruierten Bildern, Programmen usw. verbunden. Das zentrale Verarbeitungsgerät 60 ist außerdem mit einer Anzeigevorrichtung 68, welche das rekonstruierte Bild und andere Informationen anzeigt, die vom zentralen Verarbeitungsgerät 60 ausgegeben werden, sowie einer Bedienungsvorrichtung 70 verbunden, die von einem menschlichen Bediener gesteuert wird, so dass sämtliche Befehle und Informationen an das zentrale Verarbeitungsgerät 60 geschickt werden.
2 illustriert schematisch eine Konfiguration der Detektoranordnung 24. Bei Detektoranordnung 24 handelt es sich um einen Multikanaldetektor, der eine Vielzahl von Röntgendetektorelementen 24(i) aufweist, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Vielzahl von Röntgendetektorelementen 24(i) bildet zusammen eine Röntgenstrahlauftrefffläche, die in eine zylindrische konkave Fläche gewölbt ist. Das Referenzsymbol ,i' bezeichnet einen Kanalindex, wobei beispielsweise ,i' = 1–1000 gelten kann.
Jedes Röntgendetektorelement 24(i) kann beispielsweise aus einer Kombination von einem Szintillator und einer Fotodiode bestehen. Es ist offensichtlich, dass das Röntgendetektorelement 24(i) nicht auf diese beschränkt ist, sondern auch ein Halbleiter-Röntgendetektorelement sein kann, bei dem Cadmiumtellurid (CdTe) o. Ä. verwendet wird, oder aber ein Ionisierungskammer-Röntgendetektorelement sein kann, bei dem beispielsweise Xenon(Xe)-Gas benutzt wird.
3 illustriert die Beziehung zwischen der Röntgenröhre 20, dem Kollimator 22 und der Detektoranordnung 24 im Gerät zur Röntgenstrahlenaussendung/-erkennung. 3(a) ist eine Ansicht von der Vorderseite der Gantry 2 und (b) ist eine seitliche Ansicht der Gantry 2. Wie gezeigt wird, wird der aus der Röntgenröhre 20 emittierte Röntgenstrahl vom Kollimator 22 zu einem fächerförmigen Röntgenstrahl 400 geformt, und auf die Detektoranordnung 24 projiziert.
In 3(a) wird die Ausbreitung des fächerförmigen Strahls 400, d. h. die Breite des Röntgenstrahls 400, illustriert. Die Richtung der Breite des Röntgenstrahls 400 ist identisch mit der Richtung der Kanalzeile in der Detektoranordnung 24. In 3(b) wird die Dicke des Röntgenstrahls 400 illustriert.
Wie in 4 beispielhaft gezeigt, wird ein abzubildendes Objekt 8 auf dem Bildgebungstisch 4 abgelegt und in den Rönt genbestrahlungsraum eingebracht, wobei die Körperachse des Objekts die Fächeroberfläche des Röntgenstrahls 400 überschneidet. Die Gantry 2 weist eine zylindrische Struktur auf, in welcher das Gerät zur Röntgenstrahlenaussendung/-erfassung enthalten ist.
Der Röntgenbestrahlungsraum wird im Innenraum der zylindrischen Struktur der Gantry 2 gebildet. Ein Bild des abzubildenden Objekts 8, welches vom Röntgenstrahl 400 durchquert wird, wird auf die Detektoranordnung 24 projiziert, und die Detektoranordnung 24 erfasst den Röntgenstrahl, nachdem dieser das Objekt 8 durchdrungen hat. Die Schichtdicke ,th' des Röntgenstrahls 400, der auf das abzubildende Objekt 8 auftrifft, wird durch die [Weite] der Öffnung des Kollimators reguliert.
5 zeigt ein Blockdiagramm des zentralen Verarbeitungsgeräts 60 mit Hinblick auf die Projektionsdatenkorrektur. Die jeweilige Funktion jedes Blocks, der in 5 gezeigt wird, kann beispielsweise durch ein Computerprogramm implementiert werden. Das zentrale Verarbeitungsgerät 60, das in 5 gezeigt wird, stellt eine Ausführungsform des Projektionsdatenkorrekturgeräts der vorliegenden Erfindung dar. Die Konfiguration des Geräts stellt eine Ausführungsform des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar, und die Funktionsweise des Geräts stellt eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Wie gezeigt wird, weist das zentrale Verarbeitungsgerät 60 eine bewegliche Durchschnittberechnungseinheit 602 auf, die eine Ausführungsform der Durchschnittswertsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt. Die bewegliche Durchschnittberechnungseinheit 602 berechnet individuell ei nen beweglichen Durchschnittswert in Richtung des Kanals ,i' für die Projektionsdaten Proj_ij (wobei ,i' = Kanalindex und ,j' = Ansichtsindex), welche die Projektion eines abzubildenden Objekts 8 darstellen, wie in 6 beispielhaft gezeigt wird. Die Daten zur Verwendung in der beweglichen Durchschnittberechnungs[einheit] können beispielsweise von sieben aufeinander folgenden Kanälen stammen.
Die Projektionsdaten Proj_ij werden an einem Multiplizierer 604 mit einem ersten Gewichtungsfaktor SGij multipliziert. Der Multiplizierer 604 stellt eine Ausführungsform der ersten Produktberechnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar. Der erste Gewichtungsfaktor SGij wird durch die folgende Gleichung angegeben: SGij = 1 – exp{–Cij/α}, (1)wobei Cij eine Messung der durchdringenden Strahlung ist, von der die Projektionsdaten Proj_ij abgeleitet sind. α ist eine Funktion des Projektionsbereichs ,s', die durch die folgende Gleichung gegeben ist: α = f(s). (2)
Genauer gesagt kann α beispielsweise mit Hilfe der folgenden Gleichung gewonnen werden: α = A/s, (2')wobei α ein geeigneter Koeffizient ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Entsprechung zwischen dem Projektionsbereich ,s' und der Konstante α im Vorfeld in Tabellenform aufgestellt werden kann.
Eine Beziehung zwischen der Messung Cij und dem Faktor SGij entsprechend Gleichung (1) wird in 7 graphisch dargestellt.
Ein bestimmter Bereich, bei dem die Messung Cij klein ist, ergibt einen ersten Gewichtungsfaktor SGij, der annähernd proportional zu Cij ist. Außerdem wird α als eine Funktion des Projektionsbereichs ,s' aufgestellt, und wird mit dem Projektionsbereich verändert. So kann ein erster Gewichtungsfaktor SGij gewonnen werden, der dem Querschnittsbereich des abzubildenden Objekts angepasst wird.
Der bewegliche Durchschnittswert der Projektionsdaten Proj_ij wird am Multiplizierer 606 mit einem zweiten Gewichtungsfaktor (1-SGij) multipliziert. Der Multiplizierer 606 stellt eine Ausführungsform der zweiten Produktberechnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Ein Addierer 608 berechnet die Summe der von den Multiplizierern 604 und 606 ausgegebenen Ausgangsdaten. Der Addierer 608 stellt eine Ausführungsform der Addiervorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Im Ganzen führt das in 5 gezeigte Gerät die Berechnung wie folgt durch: Proj'ij = SGij·Proj_ij + (1-SGij)ave7(Proj_ij}, (3)wobei

ave7{Proj_ij}: die bewegliche Durchschnittberechnung der Daten von sieben Kanälen darstellt, die den Projektionsdaten Proj_ij nachfolgen.

Gleichung (3) kann wie folgt umgeformt werden: Proj'ij = ave7{Proj_ij} + SGij(Proj_ij – ave7{Proj_ij}). (4)
Ein Blockdiagramm eines Geräts zur Durchführung der durch Gleichung (4) gegebenen Berechnung wird in 8 gezeigt.
In 8 werden die Komponenten, die den in 5 gezeigten entsprechen, durch die gleichen Symbole gekennzeichnet, wobei im Folgenden auf deren Beschreibung verzichtet wird.
Ein Subtrahierer 612 berechnet die Differenz zwischen den Projektionsdaten Proj_ij und deren beweglichem Durchschnittswert ave7{Proj_ij}. Die Differenz wird am Multiplizierer 614 mit dem ersten Gewichtungsfaktor SGij multipliziert. Ein Addierer 616 berechnet die Summe der vom Multiplizierer 614 stammenden Ausgangsdaten und der von der beweglichen Durchschnittberechnungseinheit 602 stammenden Ausgangsdaten, d. h. den beweglichen Durchschnittswert ave7{Proj_ij}.
Beide Gleichungen (3) und (4) geben an, dass eine gewichtete Addition bei den Projektionsdaten und einem beweglichen Durchschnittswert, welcher die Nachfolgedaten enthält, individuell durchgeführt wird. Im Ergebnis der Addition wird die Gewichtung der Projektionsdaten mit abnehmender Messung des durchdringenden Röntgenstrahls, von welchem die Projektionsdaten abgeleitet werden, verringert.
Im Gegensatz dazu wird die Gewichtung des beweglichen Mittelwerts komplementär erhöht. Daher wird die Gewichtung des beweglichen Mittelwerts bei sich verringernder Messung gesteigert. So kann die Minderung des SNR trotz der Tatsache, dass die auf einer kleinen Messung beruhende Projektionsdaten ein schlechtes SNR aufweisen, ausgeglichen werden, indem die Gewichtung des beweglichen Mittelwerts für diese Projektionsdaten wie oben beschrieben erhöht wird.
Nun wird die Funktionsweise des vorliegenden Geräts beschrieben. 9 zeigt ein Flussdiagramm der Funktionsweise des vorliegenden Geräts. Wie gezeigt wird, gibt ein menschlicher Benutzer in Schritt 912 über die Bedienungsvorrichtung 70 einen Abtastplan ein. Der Abtastplan enthält die Bedingung, unter welcher der Röntgenstrahl emittiert wird, die Schichtdicke, die Schichtposition usw. Danach arbeitet das vorliegende Gerät, dem eingegebenen Abtastplan folgend, gemäß der Steuerung durch den menschlichen Bediener und das zentrale Verarbeitungsgerät 60.
In Schritt 914 wird eine Abtastpositionierung durchgeführt. Genauer gesagt steuert der Bediener die Bedienungsvorrichtung 70 so, dass sie den Bildgebungstisch 4 bewegt und das Zentrum einer abzubildenden Stelle des Objekts 8 am Rotationszentrum (d. h. Isozentrum) des Geräts zur Röntgenstrahlenaussendung/-erfassung ausrichtet.
In Schritt 916 wird eine Abtastung durchgeführt. Genauer gesagt wird das Gerät zur Röntgenstrahlenaussendung/-erfassung um das abzubildende Objekt 8 herum gedreht, so dass es Pro jektionen für beispielsweise 1000 Ansichten pro Umdrehung im Datenerfassungspuffer 64 erfasst.
In Schritt 917 wird die Stärke der Korrektur in Abhängigkeit von der Größe des abzubildenden Objekts bestimmt, so dass eine starke Korrektur angewendet wird, wenn die Größe des abzubildenden Objekts klein ist, und eine schwache Korrektur angewendet wird, wenn die Größe des abzubildenden Objekts groß ist. Insbesondere wird die Konstante α mit Hilfe der Gleichungen (2) oder (2') anhand des Projektionsbereichs ,s' bei einer Startansicht einer Abtastung (oder anhand von Daten eines Scoutscans) berechnet, oder die Konstante α wird anhand einer Tabelle ermittelst, in der die Entsprechung zwischen dem Projektionsbereich ,s' und der Konstante α definiert wird. Wenn der Projektionsbereich ,s' klein ist, wird die Konstante α groß, d. h. es wird eine starke Korrektur angewendet. Andererseits wird bei einem großen Projektionsbereich ,s' die Konstante α klein, d. h. es wird eine schwache Korrektur angewendet.
In Schritten 918 und 920 werden eine Datenkorrektur und eine Bildrekonstruktion jeweils nach der oder gleichzeitig mit der Abtastung durchgeführt.
In 10 wird ein detailliertes Flussdiagramm der Datenkorrektur in Schritt 918 gezeigt. Wie gezeigt wird, werden die Abtastdaten in Schritt 932 einer Offsetkorrektur unterzogen, so dass ein Offset korrigiert wird, das mit der Messung des durchdringenden Röntgenstrahls zusammenhängt.
Als nächstes wird in Schritt 934 eine Referenzkorrektur zur Korrektur der Röntgenstrahlintensität durchgeführt, indem die Messung des durchdringenden Röntgenstrahls durch die Messung des Röntgenstrahls geteilt wird, der an einem Referenzkanal gemessen wird.
Dann wird in Schritt 936 ein erster Gewichtungsfaktor SGij berechnet. Der erste Gewichtungsfaktor SGij wird mit Hilfe der Gleichung (1) berechnet, wobei eine in Bezug auf Offset und Referenz korrigierte Messung Cij verwendet wird, wonach sie in der Speichervorrichtung 66 gespeichert wird.
Als nächstes wird in Schritt 938 ein negativer Algorithmus zur Messung Cij berechnet.
Als nächstes wird in Schritt 940 eine Empfindlichkeitskorrektur durchgeführt.
Dann wird in Schritt 942 eine Strahlenhärtungskorrektur durchgeführt, um Projektionsdaten Proj_ij zu generieren.
In Schritt 944 werden die Projektionsdaten Proj_ij einer Projektionsdatenkorrektur unter Verwendung von Gleichung (3) oder (4) unterzogen. Der zu verwendende erste Gewichtungsfaktor SGij für die Korrekturberechnung wird aus der Speichervorrichtung 66 abgelesen.
Was nun wiederum 9 anbelangt, so wird die Bildrekonstruktion in Schritt 920 beispielsweise unter Anwendung einer gefilterten Rückprojektionstechnik durchgeführt, bei der Projektionen für eine Vielzahl von Ansichten verwendet werden, welche aus Daten bestehen, die auf diese Weise korrigiert worden sind.
In Schritt 922 wird das rekonstruierte Tomographiebild auf der Anzeigevorrichtung 68 angezeigt. Das angezeigte Bild ist ein Tomographiebild von guter Qualität, welches frei von Streifenartefakten o. Ä. ist. Insbesondere tritt kein richtungsbezogenes Rauschmuster auf, da durch die Projektionsdatenkorrektur in Schritt 944 in 10 die SNR-Minderung in einem Abschnitt mit niedriger Messung beispielsweise selbst dann ausgeglichen wird, wenn der Brustkorb oder der Bauch mit seitlich am Körper anliegenden Armen abgebildet werden, wodurch verhindert wird, dass das rekonstruierte Bild Bildverfälschungen wie Streifenartefakte enthält.
Obwohl die vorangehende Beschreibung anhand des Falles ausgeführt wurde, bei dem Röntgenstrahlen als Strahlung verwendet werden, ist die Strahlung keinesfalls auf Röntgenstrahlung beschränkt, sondern kann aus anderen Arten von Strahlung wie γ-Strahlen bestehen. Wie dem auch sei, Röntgenstrahlung wird zum gegebenen Zeitpunkt insofern bevorzugt, als dass die praktischen Mittel zur Generierung, Erfassung und Regulierung usw. von Röntgenstrahlung am besten entwickelt sind.

Claims

Projektionsdatenkorrekturverfahren, bestehend aus den Schritten: individuelle Berechnung eines Durchschnittswertes für Daten sowie für deren Nachfolgedaten, wobei diese Daten die Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung abgebildet werden soll; Berechnung eines ersten Produkts durch Multiplikation der Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von der die Daten abgeleitet sind; Berechnung eines zweiten Produkts durch die Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der eine Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und Addition des ersten und zweiten Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Faktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Projektionsdatenkorrekturverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gewichtungsfaktor innerhalb eines Bereichs unterhalb eines festgelegten Messungswerts annähernd proportional zu einer Messung der durchdringenden Strahlung ist, von der die Daten abgeleitet sind.
Projektionsdatenkorrekturgerät, umfassend: eine Durchschnittswertberechnungsvorrichtung zur individuellen Berechnung eines Durchschnittswertes für Daten und für deren Nachfolgedaten, wobei die Daten die Projektion eines Objekts darstellen, das mit Hilfe von durchdringender Strahlung abgebildet werden soll; eine erste Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines ersten Produkts durch die Multiplikation der Daten mit einem ersten Gewichtungsfaktor, der einer Messung der durchdringenden Strahlung entspricht, von der die Daten abgeleitet sind; eine zweite Produktberechnungsvorrichtung zur Berechnung eines zweiten Produkts durch die Multiplikation des Durchschnittswerts mit einem zweiten Gewichtungsfaktor, der die Ergänzung des ersten Gewichtungsfaktors in Bezug auf 1 darstellt; und eine Addiervorrichtung zur Addition des ersten und des zweiten Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Gewichtungsfaktorbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung des ersten Gewichtungsfaktors umfasst, so dass der erste Gewichtungsfaktor mit der Abnahme der dazugehörigen Messung kleiner wird.
Projektionsdatenkorrekturgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gewichtungsfaktor in einem Bereich unterhalb eines festgelegten Messungswerts annähernd proportional zu einer Messung der durchdringenden Strahlung ist, von der die Messung abgeleitet wurde.
Tomographisches Strahlungsbildgebungsverfahren zur Aussendung von Strahlung in eine Vielzahl von Ansichtsrichtungen zu einem abzubildenden Objekt hin und zur Erkennung von durchdringender Strahlung sowie zur Erzeugung eines Bildes unter Verwendung einer Projektion, die auf Signalen beruht, die im Zuge des Schrittes zur Aussendung/Erkennung der Strahlung erfasst wurden, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Erzeugung eines Bildes mit Hilfe eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 durchgeführt wird; und zur Rekonstruktion eines Bildes unter Verwendung der Projektion, die aus den Daten besteht, die aus der Addition resultieren.
Gerät zur tomographischen Strahlungsbildgebung, umfassend: eine Vorrichtung zur Aussendung/Erkennung von Strahlung zum Zwecke der Aussendung von Strahlung in eine Vielzahl von Ansichtsrichtungen zu einem abzubildenden Objekt hin sowie zur Erkennung der Strahlung; und eine Bilderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Bildes unter Verwendung einer Projektion, welche auf Signalen beruht, die von der Vorrichtung zur Aussendung/Erkennung von Strahlung erfasst wurden, wobei die Vorrichtung zur Bilderzeugung aus einem Gerät gemäß den Ansprüchen 3 oder 4 besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gewichtungsfaktor durch die folgende Gleichung gegeben ist: 1 – e(–C/α),wobei C eine Messung der durchdringenden Strahlung ist, von der die Daten abgeleitet sind, und α eine Konstante ist, die durch den Projektionsbereich bestimmt wird.
Gerät nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gewichtungsfaktor durch die folgende Gleichung gegeben ist: 1 – e(–C/α),wobei C eine Messung der durchdringenden Strahlung ist, von der die Daten abgeleitet sind, und α eine Konstante ist, die durch den Projektionsbereich bestimmt wird.