DE602005004653T2 - Korrektur der Strahlungsaufhärtung und der Dämpfung in der coherent scatter computed tomography (CSCT) - Google Patents

Korrektur der Strahlungsaufhärtung und der Dämpfung in der coherent scatter computed tomography (CSCT) Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung (engl. coherent-scatter computed tomography, CSCT), bei der ein interessierendes Objekt einem fächerförmigen Strahlenbündel ausgesetzt wird. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Rekonstruieren von Daten eines interessierenden Objekts aus einer Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung, ein Gerät der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung, eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Rekonstruieren von Daten aus einer Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung und ein Computerprogramm zum Rekonstruieren von Daten aus einer Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung.
  • In dem Dokument US 4.751.722 wird eine Einrichtung beschrieben, die auf dem Prinzip der Registrierung einer Winkelverteilung von kohärenter Streustrahlung innerhalb eines Winkelbereichs von 1° bis 12° im Verhältnis zur Richtung des Strahlenbündels basiert. Wie in dem Dokument US 4.751.722 dargelegt, wird der Hauptanteil der elastischen Streustrahlung in Winkeln von unter 12° für Photonenenergien > 40 eV konzentriert, und die Streustrahlung weist eine charakteristische Winkelabhängigkeit mit gut markierten Maxima auf, deren Positionen durch die bestrahlte Substanz selbst bestimmt werden. Da die Verteilung der Intensität der kohärent gestreuten Strahlung in kleinen Winkeln vom molekularen Aufbau der Substanz abhängt, können verschiedene Substanzen mit der gleichen Absorptionskapazität (was mit herkömmlicher Durchleuchtung oder Computertomographie nicht unterschieden werden kann) nach der Verteilung der Intensität der Winkelstreuung von kohärenter Strahlung unterschieden werden, die für jede Substanz typisch ist.
  • Aufgrund der verbesserten Fähigkeiten derartiger Systeme bei der Unterscheidung zwischen verschiedenen Objektmaterialien nimmt der Einsatz derartiger Systeme auf medizinischem oder industriellem Gebiet immer mehr zu.
  • Die dominierende Komponente der Kleinwinkelstreuung ist die kohärente Streuung. Da die kohärente Streuung Störeffekte bewirkt, die von der Anordnung der Atome der streuenden Probe abhängen, ist die Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung im Prinzip ein empfindliches Verfahren zum Abbilden räumlicher Veränderungen im molekularen Aufbau von Gewebe und anderen Materialien an einem zweidimensionalen Objektabschnitt.
  • Harding et al beschreibt in seinem Artikel „Energy-dispersive x-ray diffraction tmography", erschienen in Phys. Med. Biol., 1990, Band 35, Nr. 1, auf den Seiten 33–41 eine Tomographie mit energiedispersiver Röntgenbeugung (EXDT), einem tomographischen Abbildungsverfahren, das auf einer Energieanalyse unter feststehendem Winkel von kohärenter Röntgenstreustrahlung basiert, die in einem Objekt durch polychromatische Strahlung angeregt wird. Gemäß diesem Verfahren wird durch den Einsatz von geeigneten Apertursystemen ein Strahlenbündel erzeugt, das die Form eines Stiftes hat und auch als Schmalbündel bezeichnet wird. Der Schmalbündelquelle gegenüber ist ein für eine Energieanalyse geeignetes Detektorelement zum Erkennen des durch das interessierende Objekt veränderten Schmalbündels angeordnet.
  • Aufgrund des Einsatzes des Schmalbündels kombiniert mit lediglich einem Detektorelement kann lediglich eine begrenzte Anzahl von durch die Strahlungsquelle emittierten Photonen und somit lediglich ein reduzierter Informationsgehalt gemessen werden. Wird die EXDT bei größeren Objekten wie beispielsweise Gepäckstücken angewendet, muss sie im Abtastmodus eingesetzt werden, wodurch extrem lange Messzeiten entstehen.
  • In dem Dokument US 6.470.067 B1 wurde eine Anordnung mit kohärenter Streustrahlung beschrieben, bei der ein fächerförmiges primäres Strahlenbündel und ein 2D-Detektor kombiniert mit Computertomographie eingesetzt werden, wodurch die mit dem EXDT-Abtastmodus einhergehende lange Messzeit umgangen wird. Der Nachteil der winkeldispersiven Anordnung kombiniert mit einer polychromatischen Strahlungsquelle liegt in unscharfen Streufunktionen, was beispielsweise in dem Artikel „Coherent Scatter Computer Tomography Applying a Fan-Beam Geometry" von Schneider et al, erschienen in Proc. SPIE, 2001, Band 4320, auf den Seiten 754–763 beschrieben wird.
  • Bezüglich der Schwächungskompensation und der Strahlaufhärtungskompensation stellen diese Artikel Folgendes fest: „... the projection data is normalized using the primary beam data for each detector row. This approximates the attenuation of the scattered beam through the irradiated object to be the same as for the primary beam" (... die Datenprojektion wird mit Hilfe der Primärstrahldaten für jede Detektorreihe normalisiert. Hierdurch wird die Schwächung des Streustrahlenbündels durch das bestrahlte Objekt so approximiert, so dass sie der des primären Strahlenbündels entspricht) und "Future imple mentations of the reconstruction procedure will use a mean energy value depending an the traversed object thickness and a more realistic spectral intensity distribution function" (künftige Implementierungen der Rekonstruktionsprozedur werden einen mittleren Energiewert abhängig von der Dicke des durchquerten Objekts und eine realistischere Verteilungsfunktion für die spektrale Intensität verwenden).
  • William D. McDavid et al beschreibt in dem Artikel „Correction for spectral artifacts in cross-sectional reconstruction from x-rays", erschienen in Medical Physics, Band 4, Nr. 1, 1977, auf Seite 54 ein Verfahren zum Kompensieren der Strahlaufhärtung: "One first calculates or measures with reference to the incident spectrum, the value of ln(I0/I) as a function of increasing mass thickness t of water. This information is then used in reverse (assuming the materials encountered within the scan are sufficiently water-like in their attenuation properties) to determine the effective water mass thickness t to which a particular measured I corresponds. From this t, the attenuation of monoenergetic beam of a convenient effective energy can be derived." (Man berechnet oder misst zunächst in Bezug auf das einfallende Spektrum den Wert von ln(I0/I) als eine Funktion der zunehmenden Massendicke t von Wasser. Diese Information wird anschließend umgekehrt verwendet (davon ausgehend, dass das im Scan angetroffene Material hinsichtlich seiner Schwächungseigenschaften ausreichend wasserähnlich ist), um die effektive Wassermassendicke t zu bestimmen, der ein bestimmtes gemessenes I entspricht. Von diesem t-Wert kann die Schwächung des monoenergetischen Strahlenbündels von einer angemessenen effektiven Energie abgeleitet werden).
  • O. Nalcioglu und R. Y. Lou beschreiben in dem Artikel „Post-reconstruction Method for Beam Hardening in Computerised Tomography", erschienen in Phys. Med. Biol., 1979, Band 24, Nr. 2, auf Seite 330 ein weiteres Verfahren zum Korrigieren der Strahlaufhärtungsartefakte in der Computertomographie: „After an initial reconstruction of the object the uncorrected image is used to estimate the amount of bone and tissue along each ray. The bone and tissue lengths obtained from the initial reconstruction are used to add a correction term to each original projection. A second reconstruction using the corrected projection data yields the final beam hardening corrected image" (Nach einer ersten Rekonstruktion des Objekts wird das unkorrigierte Bild verwendet, um die Menge an Knochen und Gewebe auf jedem Strahlengang zu schätzen. Die aus der ersten Rekonstruktion gewonnenen Knochen- und Gewebelängen werden verwendet, um zu jeder ursprünglichen Projektion einen Korrekturterm hinzuzufügen. Eine zweite Rekonstruktion anhand der korrigierten Projektionsdaten ergibt das endgültige strahlaufgehärtete korrigierte Bild).
  • In heutigen CT-Scannern werden gewöhnlich polychromatische Röntgenquellen als Strahlungsquellen eingesetzt. Es ist keine genaue Rekonstruktion einer Streufunktion für ein Voxel bei polychromatischer Primärstrahlung, wie sie von derartigen polychromatischen Röntgenquellen ausgesendet wird, bekannt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Rekonstruktion von Daten aus der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren der Rekonstruktion von Daten aus der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Es hat sich herausgestellt, dass ein Streuwinkel für eine gegebene Impulsübertragung von der Energie des gestreuten Photons abhängt und die an dem betreffenden Streustrahlungsdetektor gemessene Signalstruktur dann eine Funktion von überlagerten Streuungsprojektionen für die verschiedenen Energien ist, die mit der Intensität und der energieabhängigen Schwächung gewichtet werden. Wenn Bilder aus polychromatischen Projektionen, d. h. mit einer polychromatischen Strahlungsquelle aufgenommenen Projektionen, rekonstruiert werden, kann eine mittlere Energie des Spektrums verwendet werden, und anschließend kann mit Hilfe dieser mittleren Energie eine monochromatische Rekonstruktion angewendet werden. Dadurch kann jedoch ein Verwischen der Streufunktion aufgrund der Spektrumsverteilung der Primärstrahlung verursacht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wie eingangs angeführt werden in den Streustrahlungsdaten die Strahlaufhärtungseffekte kompensiert. Dadurch kann eine Verwischung der rekonstruierten Streufunktion reduziert werden. Ferner kann hierdurch eine quasigenaue Bestimmung der Rückprojektionsbahnen ermöglicht werden, indem der Strahlaufhärtungseffekt berücksichtigt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vor der CSCT-Rekonstruktion eine CT-Rekonstruktion durchgeführt. Dies gestattet vorteilhaft eine quasigenaue Berechnung der Rückprojektionsbahnen (von Materialien, die auf diesen Bahnen liegen), indem der Strahlaufhärtungseffekt auf die mittlere Energie der gestreuten Photonen berücksichtigt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 4 werden Materialien auf der Grundlage der Schwächungsdaten ermittelt, die sich auf einer Bahn eines gestreuten Photons der Streustrahlung befinden. Dies erfolgt auf der Grundlage der CT-Rekonstruktion. Anschließend werden diese Materialien bei der Durchführung einer Korrektur oder Kompensation der Streustrahlungsdaten berücksichtigt, und Strahlaufhärtungseffekte und im Besonderen Absorptionseffekte können in den Streustrahlungsdaten kompensiert werden. Eine CSCT-Rekonstruktion wird danach auf der Grundlage der korrigierten Streustrahlungsdaten durchgeführt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 5 wird ein Computertomographiegerät mit kohärenter Streustrahlung geschaffen, in dem eine Strahlaufhärtungskompensation von Streustrahlungsdaten durchgeführt wird. Vorteilhafterweise kann dieses Computertomographiegerät mit kohärenter Streustrahlung Teil eines CT-Systems mit kegelförmigem Strahlenbündel sein. Aufgrund der beschriebenen Rekonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine verbesserte Bildqualität bieten kann, kann dieses Gerät vorteilhaft in der medizinischen Bildgebung, für Materialanalysen und beispielsweise für die Gepäckkontrolle eingesetzt werden. Vorteilhafterweise ist für diese Anwendungen eine gute Auflösung der Streufunktion von Bedeutung, die mit dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann.
  • Ausführungsbeispiele des Computertomographiegerätes mit kohärenter Streustrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 6 und 7 angeführt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 8 wird eine Datenverarbeitungseinrichtung geschaffen, die einen Speicher und einen Datenprozessor umfasst. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel so angepasst, dass sie das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchführt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 9 wird ein Softwareprogramm zum Rekonstruieren von Daten eines interessierenden Objekts aus der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung geschaffen, bei dem bei Ausführung der Computersoftware entweder in dem Datenprozessor oder in einem Computertomographiegerät mit kohärenter Streustrahlung ein Arbeitsgang gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf einem computerlesbaren Medium wie einer CD-ROM gespeichert werden. Das Computerprogramm kann auch über ein Netzwerk wie das World Wide Web vorliegen und von einem derartigen Netzwerk in den Arbeitsspeicher eines Datenprozessors herunter geladen werden. Das Computerprogramm kann in jeglicher geeigneten Programmiersprache, beispielsweise C++, geschrieben sein.
  • Es kann als Kern eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung angesehen werden, dass an den Streustrahlungsdaten eine Strahlaufhärtungskompensation durchgeführt wird, bevor die Streustrahlungsdaten für die Rekonstruktion verwendet werden. Dies kann eine sehr gute spektrale Auflösung von rekonstruierten Streufunktionen ermöglichen und die Bildqualität verbessern.
  • Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen ersichtlich und werden mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Computertomographen gemäß der vorliegenden Erfindung:
  • 2 eine schematische Darstellung einer Geometrie des Computertomographen aus 1 zum Messen von kohärenter Streustrahlung:
  • 3 eine weitere schematische Darstellung der Geometrie des Computertomographen aus 1.
  • 4 eine weitere schematische Darstellung einer Messgeometrie des Computertomographen aus 1 zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung,
  • 5 eine weitere schematische Darstellung einer Seitenansicht der Geometrie des Computertomographen aus 1,
  • 6 eine weitere schematische Darstellung zur weiteren Erläuterung eines Streuereignisses, das in einem Computertomographen aus 1 eintritt,
  • 7 eine schematische Darstellung eines Mehrlinien-CSCT-Scanners gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 8 zur Durchführung einer Rückprojektion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendete Rückprojektionsbahnen,
  • 9 eine zur Ermittlung einer Energieverschiebung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzte Tabelle,
  • 10 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Betreiben des Computertomographen, das keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
  • 11 den Ablaufplan der Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben des Computertomographen gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 12 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Streuereignisses zur weiteren Erläuterung des in 11 dargestellten Verfahrens,
  • 13 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Durchführung der Verfahren der vorliegenden Erfindung.
  • In der folgenden Beschreibung der 1–13 werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen oder entsprechende Elemente verwendet.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Computertomographen gemäß der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf dieses Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung für den Einsatz in der Gepäckkontrolle, beispielsweise zum Erkennen von gefährlichen Materialien wie Sprengstoffen, in Gepäckstücken beschrieben. Es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das Gebiet der Gepäckkontrolle beschränkt ist sondern auch in anderen industriellen oder medizinischen Anwendungsbereichen wie beispielsweise der Abbildung von Knochen oder der Unterscheidung von Gewebearten in der Medizin eingesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung eingesetzt werden.
  • Der in 1 dargestellte Computertomograph umfasst eine Gantry 1, die um eine Drehachse 2 drehbar ist. Die Gantry 1 wird von einem Motor 3 angetrieben. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet die Strahlungsquelle, beispielsweise eine Röntgenquelle, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung polychromatische Strahlung aussendet.
  • Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Kollimator, beispielsweise eine Schlitzblende. Die Fächerebene des fächerförmigen Strahlenbündels 11, das das interessierende Objekt 7 durchdringt, schneidet eine Sendedetektorzeile 15 des Strahlungsdetektors 8.
  • Mit anderen Worten: Das fächerförmige Strahlenbündel 11 wird so gelenkt, dass es das Gepäckstück 7 in der Mitte der Gantry 1, d. h. einen Untersuchungsbereich des Computertomographen, durchdringt und auf den Detektor 8 fällt. Wie oben beschrieben ist der Detektor 8 an der Gantry 1 gegenüber der Strahlungsquelle 4 angeordnet, so dass die Fächerebene des fächerförmigen Strahlenbündels 11 die Reihe oder Zeile 15 des Detektors 8 schneidet. Der Detektor 8 ist in 1 mit sieben Detektorzeilen dargestellt, wobei jede eine Vielzahl von Detektorelementen umfasst. Wie oben erwähnt ist der Detektor 8 so aus gelegt, dass der Primärstrahlungsdetektor 15, d. h. die mittlere Zeile des Detektors 8, in der Fächerebene des fächerförmigen Strahlenbündels 11 liegt.
  • Die restlichen sechs Zeilen des Detektors 8, d. h. die schraffiert dargestellten drei Detektorzeilen 30 und 34 auf jeder Seite der Detektorzeile 15, sind Streustrahlungsdetektorzeilen. Diese Detektorzeilen 30 und 34 sind jeweils außerhalb der Fächerebene des fächerförmigen Strahlenbündels 11 angeordnet. Mit anderen Worten: Diese Zeilen 30 und 34 sind in der Gantry 1 gegenüber der Röntgenquelle 4 mit einem Versatz zur Fächerebene in einer Richtung parallel zur Drehachse 2 oder in einer Richtung senkrecht zur Fächerebene angeordnet. Die Detektorzeile 30 ist mit einem positiven Versatz zur Richtung der in 1 dargestellten Drehachse 2 angeordnet, während die Zeile 34 mit einem negativen Versatz zur Richtung der in 1 dargestellten Drehachse 2 angeordnet ist.
  • Die Detektorzeilen 30 und 34 sind so an der Gantry 1 angeordnet, dass sie parallel zur Fächerebene und außerhalb der Fächerebene mit einem derartigen Versatz in einer positiven oder negativen Richtung von der Drehachse 2 der Gantry 1 verlaufen, dass sie eine von dem Gepäckstück 7 im Untersuchungsbereich des Computertomographen gestreuten Streustrahlung empfangen oder messen. Im Folgenden werden die Zeilen 30 und 34 somit auch als Streustrahlungsdetektor bezeichnet.
  • Die Detektorelemente der Detektorzeilen 15, 30 und 34 können Szintillatordetektorzellen sein. Gemäß einer Variante dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung können jedoch auf Kadmium-Tellurid basierende oder andere direkt umwandelnde Detektorzellen entweder für die Zeile 15 oder für die Zeile 34 oder 30 verwendet werden. Die Zeilen 30 und 34 können auch auf Kadmium-Tellurid oder CZT basierende Detektorzellen enthalten, und die Zeile 15 kann eine Zeile aus einer Szintillatordetektorzelle sein. Die Primärstrahlenbündel-Detektoren und Streustrahlungsdetektoren können in getrennten Gehäusen untergebracht werden.
  • Es ist anzumerken, dass die Schaffung von lediglich einer Zeile 30 oder 34 ausreichen kann. Vorzugsweise wird jedoch eine Vielzahl von Zeilen 30 und/oder 34 geschaffen. Die Schaffung von lediglich einer Zeile 15, die die von dem Gepäckstück 7 verursachte Schwächung des Primärstrahlenbündels des fächerförmigen Strahlenbündels 11 in der Fächerebene misst, kann ausreichen. Wie im Fall der Zeilen 30 und 34 kann die Schaffung einer Vielzahl von Detektorzeilen 15 jedoch die Messgeschwindigkeit des Computertomographen weiter erhöhen. Im Folgenden wird der Ausdruck „Primärstrahlungsdetektor" verwendet, um einen Detektor mit mindestens einer Detektorzeile zum Messen einer Schwächung der Primärstrahlung des fächerförmigen Strahlenbündels 11 zu bezeichnen.
  • Wie aus 1 zu ersehen ist, sind die Detektorzellen des Detektors 8 in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei die Spalten parallel zur Drehachse 2 und die Zeilen in Ebenen senkrecht zur Drehachse 2 und parallel zur Schichtebene des fächerförmigen Strahlenbündels 11 verlaufen.
  • Während eines Abtastvorgangs des Gepäckstückes 7 werden die Strahlungsquelle 4, der Kollimator 9 (oder ein Apertursystem) und der Detektor 8 mit der Gantry 1 in der durch den Pfeil 16 angegebenen Richtung gedreht. Für die Drehung der Gantry 1 ist der Motor 3 mit einer Motorsteuereinheit 17 verbunden, die mit einer Recheneinheit 18 verbunden ist.
  • In 1 wird das Gepäckstück 7 auf ein Förderband 19 gelegt. Während des Abtastvorgangs des Gepäckstückes 7 und der Drehung der Gantry 1 um das Gepäckstück 7 verschiebt das Förderband 19 das Gepäckstück 7 längs einer parallel zur Drehachse 2 der Gantry verlaufenden Richtung. Auf diese Weise wird das Gepäckstück längs einer spiralförmigen Abtastbahn abgetastet. Das Förderband 19 kann auch während der Abtastvorgänge gestoppt werden, um einzelne schichtförmige Bereiche zu messen.
  • Der Detektor 8 ist mit einer Recheneinheit 18 verbunden. Die Recheneinheit 18 empfängt die Ergebnisse der Erkennung, d. h. die Ausgaben der Detektorelemente des Detektors 8, und ermittelt ein Abtastergebnis auf der Grundlage der Abtastergebnisse vom Detektor 8, d. h. von den Streustrahlungsdetektorzeilen 30 und 34 und der Zeile 15, um die Schwächung der Primärstrahlung des facherförmigen Strahlenbündels 11 zu messen. Zusätzlich dazu kommuniziert die Recheneinheit 18 mit der Motorsteuereinheit 17, um die Bewegung der Gantry 1 mit den Motoren 3 und 20 oder mit dem Förderband 19 zu koordinieren.
  • Die Recheneinheit 18 ist so angepasst, dass sie ein Bild aus den Ausgaben des Primärstrahlungsdetektors, d. h. der Detektorzeile 15, und des Streustrahlungsdetektors, d. h. der Zeilen 30 und 34, rekonstruiert. Das von der Recheneinheit 18 erstellte Bild kann über eine Schnittstelle 22 in einer (in 1 nicht gezeigten) Anzeige ausgegeben werden.
  • Ferner ist die Recheneinheit 18 so angepasst, dass sie Sprengstoffe in dem Gepäckstück 7 auf der Grundlage der Ausgaben der Zeilen 30 und 34 und 15 und 32 erkennt. Dies kann automatisch durch Rekonstruieren von Streufunktionen aus den Ausgaben dieser Detektorzeilen und Vergleichen mit Tabellen erfolgen, die charakteristische Mess werte von Sprengstoffen enthalten, wie sie während vorhergehender Messungen ermittelt wurden. Ermittelt die Recheneinheit 18, dass die aus dem Detektor 8 ausgelesenen Messwerte mit charakteristischen Messwerten eines Sprengstoffes übereinstimmen, gibt die Recheneinheit 18 automatisch über einen Lautsprecher 21 einen Alarm aus.
  • 2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Geometrie des in 1 dargestellten CSCT-Abtastsystems. Wie aus 2 zu ersehen ist, sendet die Röntgenquelle 4 das fächerförmige Strahlenbündel 11 so aus, dass es das Gepäckstück 7 einschließt, das in diesem Fall einen Durchmesser u hat und den gesamten Detektor 8 abdeckt. Der Durchmesser des Objektbereichs kann beispielsweise 100 cm betragen. In diesem Fall kann ein Winkel α des fächerförmigen Strahlenbündels 11 80° betragen. Bei einer derartigen Anordnung beträgt der Abstand v von der Röntgenquelle 4 zum Mittelpunkt des Objektbereichs ungefähr 80 cm und der Abstand des Detektors 8, d. h. der einzelnen Detektorzellen, von der Röntgenquelle 4 ungefähr w = 150 cm.
  • Wie aus 2 zu ersehen ist, können gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Detektorzellen oder -zeilen mit Kollimatoren 40 ausgestattet werden um zu verhindern, dass die Zellen oder Zeilen unerwünschte Strahlung mit einem anderen Streuwinkel messen. Die Kollimatoren 40 haben die Form von Blättern oder Lamellen, die zur Quelle hin fokussiert werden können. Der Abstand zwischen den Lamellen kann unabhängig von dem Abstand zwischen den Detektorelementen gewählt werden.
  • Anstelle eines gekrümmten Detektors 8, wie er in den 1 und 2 dargestellt ist, ist es auch möglich ein ebenes Detektorarray einzusetzen.
  • 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Detektorgeometrie, wie sie in dem Computertomographen aus 1 verwendet wird. Wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben kann der Detektor 8 eine, zwei oder mehr Detektorzeilen 30 und 34 und eine Vielzahl von Zeilen 15 zum Messen der durch das Gepäckstück 7 verursachten Schwächung des Primärfächerstrahlenbündels aufweisen. Wie aus 3 zu ersehen ist, ist der Detektor 8 vorzugsweise so ausgelegt, dass sich die mittlere Zeile 15 des Detektors 8 innerhalb der Fächerebene des fächerförmigen Strahlenbündels 11 befindet und dadurch die Schwächung der Primärstrahlung misst. Wie durch den Pfeil 42 angegeben werden die Röntgenstrahlenquelle 4 und der Detektor 8 gemeinsam um das Gepäckstück gedreht, um Projektionen aus unterschiedlichen Winkeln zu erfassen.
  • Wie in 3 dargestellt umfasst der Detektor 8 eine Vielzahl von Spalten t.
  • 4 zeigt eine weitere schematische Darstellung der Geometrie des in 1 dargestellten Computertomographen zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung. In 4 ist ein Detektor 46 mit lediglich einer Zeile 15 und lediglich einer Zeile 30 dargestellt. Die Zeile 15 ist in der Fächerebene des durch den Kollimator 9 gebildeten fächerförmigen Strahlenbündels 11 angeordnet. Die Zeile 15 umfasst beispielsweise Szintillatorzellen oder andere geeignete Zellen zum Messen der Schwächung des Primärstrahlenbündels des fächerförmigen Strahlenbündels 11 und gestattet eine vollständige Messung der durch das interessierende Objekt in dem Objektbereich oder dem Untersuchungsbereich verursachten Schwächung des Primärstrahlenbündels.
  • Die in 4 dargestellte Zeile 30 kann Energie auflösende Zellen oder Szintillatorzellen umfassen. Wie aus 4 zu ersehen ist, verläuft die Zeile 30 parallel zur Fächerebene des fächerförmigen Strahlenbündels 11 jedoch außerhalb der Ebene. Mit anderen Worten: Die Zeile 30 ist in einer parallel zur Fächerebene und parallel zur Zeile 15 verlaufenden Ebene angeordnet. Die Fächerebene kann ebenfalls als Schichtebene bezeichnet werden.
  • Das Bezugszeichen 44 bezeichnet eine Streustrahlung, d. h. ein von dem interessierenden Objekt wie dem Gepäckstück gestreutes Photon. Wie aus 4 zu ersehen ist, verlässt die Streustrahlung die Schichtebene und fällt auf eine Detektorzelle der Zeile 30.
  • 5 zeigt eine Seitenansicht der Detektorgeometrie des Computertomographen aus 1. 5 kann auch als Seitenansicht von 4 angesehen werden, wobei in 5 jedoch anstelle lediglich einer Zeile 30 und einer Zeile 15 eine Vielzahl von Detektorzeilen 32 zwischen der Zeile 30 und der Zeile 15 geschaffen werden. Das Detektorelement Di ist mit einem festen Abstand a von der Schichtebene des Primärfächerstrahlenbündels angeordnet. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird für jedes Detektorelement Di der Spalte t und für jede Projektion Φ (siehe 3) ein Spektrum I (E, t, Φ) gemessen. Durch die Durchführung dieser Messung an einer Vielzahl von Projektionen Φ längs einer kreisförmigen oder spiralförmigen Abtastbahn wird ein Satz mit dreidimensionalen Daten erfasst. Jedes Objektpixel wird durch drei Koordinaten (x, y, q) beschrieben. Somit wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Rekonstruieren eines Bildes oder zum Rekonstruieren weiterer Informationen aus dem Satz mit dreidimensionalen Daten ein 3D→3D-Rekonstruktionsverfahren angewendet, wie in dem Dokument DE 10252662.1 beschrieben, das durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Streuereignisses, das in dem interessierenden Objekt eintritt. Die Intensität I am Detektor 8 kann aus der folgenden Gleichung ermittelt werden:
    Figure 00120001
  • Gleichung 3 ist zu entnehmen, dass das Detektorsignal I an einem Detektor 8 eine Überlagerung von gestreuten Projektionen für die verschiedensten Energien ist, die mit der Intensität I0(E) und der Schwächung gewichtet werden, die von der Energie abhängt. F ist die Streufunktion. Die Schwächungsfaktoren α(E) und β(E) beschreiben die Schwächung der einfallenden Strahlung längs der Bahn von der Quelle zur Position des Streuereignisses und von der Position des Streuereignisses zum Detektor.
  • Ein einfacher Ansatz zum Rekonstruieren von Bildern aus den Projektionsdaten, die auf der Grundlage von polychromatischer Strahlung ermittelt wurden, besteht darin, eine mittlere Energie des Spektrums zu berechnen und anschließend eine „monochromatische" Rekonstruktion durchzuführen. Wie oben erwähnt kann dies jedoch durch die spektrale Natur der Primärstrahlung ein Verwischen der gestreuten Funktion in Abhängigkeit von dem Wellenvektortransfer in den rekonstruierten Bildern bewirken.
  • Gemäß den 10 und 11 werden Verfahren geschaffen, bei denen die polychromatische Natur und dadurch die Strahlaufhärtung der Primärstrahlung für die Bestimmung der Rückprojektionsbahnen berücksichtigt werden. Dies kann eine quasipolychromatische Rekonstruktion gestatten.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen Mehrlinien-CSCT-Scanner. Dieser Scanner ist mit einem Detektor 48 ausgestattet, der eine Vielzahl von Zeilen mit Energie auflösenden Detektorelementen umfasst, die denjenigen entsprechen können, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurden. Die Strahlungsquelle 49 ist so mit Kollimatoren ausgestattet, dass sie ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel erzeugt. Der Detektor 48 und die Strahlungsquelle 49 sind so angeordnet, dass der Detektor 48 fokuszentriert ist. Die in 6 dargestellte Ansicht liegt parallel zur abgetasteten oder Schichtebene, um den Abtastvorgang außerhalb der x-y-Ebene, d. h. der Drehebene der Strahlungsquelle 49 und des Detektors 48, weiter zu verdeutlichen. Wie aus 6 zu ersehen ist, ist der Abstand zwischen der Strahlungsquelle 49 und dem Detektor 48 mit „SD", der Abstand zwischen der Quelle 49 und dem Drehmittelpunkt 47 mit „S", der Abstand zwischen dem Streumittelpunkt und dem Detektor 48 mit „d", der Abstand zwischen einem Strahlung empfangenden Detektorelement und der abgetasteten oder Schichtebene mit „a" und die Höhe des Detektors 48 mit „h" bezeichnet.
  • Die Koordinatenachse z verläuft senkrecht zum Mittelpunkt der Drehebene der Strahlungsquelle 49, d. h. der Drehachse der Strahlungsquelle 49. Die y-Koordinate liegt in der Drehebene der Strahlungsquelle.
  • Wie aus 7 zu ersehen ist, wird in der folgenden Beschreibung ein CSCT-Scanner mit einer polychromatischen Röntgenquelle 49 und einem Detektor 48 betrachtet. Der Detektor umfasst oder besteht aus Energie auflösenden Detektorelementen, die denjenigen entsprechen können, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurden. Die ausgesendeten Röntgenstrahlen wurden parallel gerichtet, so dass ein fächerförmiges Strahlenbündel das sich in einem Bereich um den Strahlungsmittelpunkt 47 befindliche interessierende Objekt bestrahlt.
  • Das folgende Verfahren kann in dem oben erwähnten Scanner oder in dem mit Bezug auf 1 beschriebenen Scanner zum Rekonstruieren der CSCT-Daten, d. h. zum Rekonstruieren eines Bildes aus den Ausgaben der Detektoren 8 und 48, angewendet werden.
  • Schritt 1: Die Daten werden während einer kreisförmigen Erfassung gemessen, die sich auf die Trajektorie der Strahlungsquelle im x-y-z-Raum bezieht. Mit anderen Worten: Es werden von den Detektoren 8 oder 48 Ausgaben ermittelt, während sich die Strahlungsquellen 4 und 49 und die Detektoren 8 und 48 um das interessierende Objekt in einer Drehebene drehen. Die Ausgaben werden als gemessene Daten oder erfasste CSCT-Daten bezeichnet. Die gemessenen CSCT-Daten werden als Linienintegrale im x-y-q-Raum interpretiert, wobei „q" die Wellenvektortransfers darstellt. Die Berechnung der Wellenvektortransfers wird später noch beschrieben werden.
  • Schritt 2: Die erfassten CSCT-Daten werden neu sortiert und extrapoliert, so dass sie einer Erfassung längs einer spiralförmigen Trajektorie im x-y-q-Raum entsprechen.
  • Schritt 3: Ein weiterer Schritt kann durchgeführt werden, um die Daten gemäß herkömmlichen Algorithmen für spiralförmige Rekonstruktion, wie beispielsweise das von Katsevich in „Analysis of an exact inversion algorithm for spiral cone-beam CT", erschienen in Phys. Med. Biol., Band 47, S. 2583–2597, 2002, beschriebene genaue Rekonstruktionsverfahren vorzuverarbeiten, das durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
  • Schritt 4: Anschließend können die neu sortierten und/oder extrapolierten Daten rückprojiziert werden. Diese Rückprojektion kann längs der gekrümmten Linien im x-y-q-Raum erfolgen. Diese gekrümmten Linien können beispielsweise Hyperbeln sein.
  • Diese Vorgehensweise, insbesondere der Schritt 2, wird im Folgenden ausführlicher beschrieben:
    Die CSCT nutzt kohärent gestreute Röntgenstrahlen zur Rekonstruktion des Formfaktors für kohärente Streuung F2(q). Die Querschnittdifferenz für kohärent gestreute Röntgenstrahlen dσRaylegh/dΩ ergibt sich aus
    Figure 00140001
    wobei re den klassischen Elektronenradius und Θ den Winkel zwischen den einfallenden und den gestreuten Röntgenstrahlen bezeichnet. Der Wellenvektortransfer q, der die Abweichung des Photons um den Winkel Θ bewirkt, ist definiert durch
    Figure 00140002
    mit der Energie E des entsprechenden Röntgenphotons, der Planckschen Konstante h und der Lichtgeschwindigkeit c. Bei Kleinwinkelstreuung, beispielsweise liegt der hier interessierende Winkelbereich zwischen 0 und 6°, kann sin(Θ/2) approximiert werden durch Θ/2, und die Gleichung (5) kann geschrieben werden als
    Figure 00140003
  • Gemäß 6 ergibt sich der Streuwinkel aus dem Abstand d des Streumittelpunktes von dem Detektor und dem Abstand a des Detektorelements, das die Streustrahlung von der Abtastebene empfängt:
    Figure 00140004
  • Zusammen mit der Gleichung (6) ergibt dies:
    Figure 00140005
  • Im x-y-q-Raum beschreibt die Gleichung (8) Hyperbeln. Diese Hyperbeln können durch gerade Linien approximiert werden. Von mehreren Möglichkeiten besteht beispielsweise eine Approximation darin, dass die Fläche unterhalb einer geraden Linie mit der Fläche der entsprechenden Hyperbel übereinstimmt. Eine weitere Approximation wird hier beschrieben. Die gerade Linie schneidet die Hyperbel am Anfang (dmax) und am Ende (dmin) des interessierenden Bereichs:
    Figure 00150001
  • 8 zeigt derartige Hyperbeln. Im Detail zeigt 8 eine Rückprojektionsbahn, wie sie durch die Gleichung 8 bestimmt wird. Wie aus 8 zu ersehen ist, wird für jede mittlere Energie eine neue Bahn erzielt.
  • Es wird ein Abtastsystem wie in den 1 und 6 dargestellt betrachtet, bei dem die reelle Bahn so neu sortiert und extrapoliert werden kann, dass sie einer Erfassung längs einer spiralförmigen Trajektorie im x-y-q-Raum entspricht. Die Extrapolation der auf einer kreisförmigen Trajektorie gemessenen Daten auf virtuelle benachbarte Trajektorien erfolgt mit Hilfe der John-Gleichung. Die Idee der John-Gleichung besteht darin, dass der Raum von Linienintegralen durch den dreidimensionalen Raum vierdimensional ist, so dass die Abbildung einer Objektfunktion auf ihre Linienintegralfunktion eine zusätzliche Dimension schafft, wie es von S. K. Patch in „Consistency conditions upon 3D CT data and the wave equation", erschienen in Phys. Med. Biol. 47, S. 2637–2650, US-amerikanisches Patent 6173030 (1999) beschrieben wird, das durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
  • Linienintegrale für die virtuelle Quellenposition q ~ können aus den Linienintegralen extrapoliert werden, die für die Quellenpositionen für q ~ = 0 gemessen wurden.
  • Daraus ergibt sich eine Redundanz im Linienintegralraum, die dann dazu verwendet wird, ungemessene Daten aus gemessenen Daten zu konstruieren, wie es von S. K. Patch in „Computation of unmeasured third-generation VCT views from measured views", erschienen in IEEE Trans. Med. Img. MI-21, S. 801–813, US-amerikanisches Patent 6292526 (1999), beschrieben wird, das durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird. Die John-Gleichung wird folgendermaßen für den Satz mit Geometrieparametern parametrisiert, wie es von M. Defrise, F. Noo, H. Kudo in „Improved 2D rebinning of helical cone-beam CT data using John's equation", erschienen in Proc. 2002 IEEE Nuclear Science of Medical Imaging Symposium, Norfolk (VA), Paper M10-74, beschrieben wird, das durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird:
    Figure 00150002
    wobei R der Abstand von der virtuellen Quellenposition zum Isozentrum und u der Abstand vom mittleren Strahlengang zur belichteten Detektorspalte in Fächerrichtung ist. Die Li nienintegrale sind mit g bezeichnet und die Ableitung des Linienintegrals bezüglich einer Variablen wird durch den Index ausgedrückt. Aus den gemessenen Linienintegralen g können die Linienintegrale
    Figure 00160001
    für eine virtuelle Quellenposition q ~ extrapoliert werden gemäß
    Figure 00160002
  • Daher muss die Gleichung (10) für q ~ gelöst werden. Das Umformen der Gleichung (10) in
    Figure 00160003
    und die teilweise Integration bezüglich u führt zu
    Figure 00160004
    die die Linienintegrale für die virtuelle Quellenposition q ~ wiedergibt.
  • Die erfassten und extrapolierten Daten können nun so neu sortiert werden, dass sie einer Erfassung längs einer spiralförmigen Trajektorie im x-y-q-Raum entsprechen. R → sei der Vektor vom Drehmittelpunkt des Abtastsystems zu der virtuellen Strahlungsquelle. Die spiralförmige Trajektorie ergibt dann:
    Figure 00160005
    wobei α die Winkelposition der Quelle im Verhältnis zur x-Achse bezeichnet.
  • In einem bestimmten Bereich kann jeder Wert von q ∊ [qmin, qmax] ausgedrückt werden durch die lineare Gleichung
    Figure 00160006
    die die Datenerfassung einer spiralförmigen Trajektorie im x-y-q-Raum erfüllt. Durch diese Beschreibung ist es möglich, einen Versatz α0 als Startpunkt für die spiralförmige Datenerfassung festzulegen, um redundante Daten für den Rekonstruktionsprozess zu verwenden. Dies kann zu einer besseren Bildqualität führen.
  • Die oben beschriebenen Schritte 1 bis 4 und insbesondere Schritt 3 können in dem mit Bezug auf die 1 bis 5 dargestellten und beschriebenen CSCT-Scanner, in dem in 6 dargestellten Scanner und in der in 13 dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung angewendet und ausgeführt werden.
  • Wie bereits erwähnt wird das Röntgenstrahlenspektrum während der Durchstrahlung eines Materials aufgehärtet. Aufgrund dieser Tatsache sind die mittleren Energien der gesendeten Röntgenstrahlenspektren unterschiedlich in Abhängigkeit von dem Primärspektrum und dem in dem interessierenden Objekt angetroffenen Material. Bei der Durchführung einer Rückprojektion längs der Bahn, wie sie in der Gleichung 5 dargelegt wurde, auf der Grundlage der verschiedenen mittleren Energien werden dadurch verschiedene Rückprojektionsbahnen erzielt. Es hat sich herausgestellt, dass zur Berücksichtigung dieses Effekts während der Rekonstruktion die mittleren Energien der betreffenden Rückprojektionsbahnen ermittelt werden müssen. Dies kann wie in den Verfahren dargelegt erfolgen, die mit Bezug auf die 10 und 11 beschrieben wurden.
  • Wie oben gezeigt hängen die Bahn der Streustrahlung und daher auch der Faktor β(E) von dem Streuwinkel ab. Im Folgenden sei angenommen, dass die Schwächung der Streustrahlung der Schwächung der direkt gesendeten Strahlung entspricht. Die Schwächung der gesendeten Strahlung, d. h. der Primärstrahlung, kann als
    Figure 00170001
    ermittelt werden. Diese Schwächung kann mit Hilfe des Primärstrahlungsdetektors 15 ermittelt werden. Die Anwendung dieser Annahme bewirkt, dass das Produkt α(E) × β(E) unabhängig von der Bahn ist.
  • Zur Bestimmung einer Verschiebung der mittleren Energien der gestreuten Photonen auf der Grundlage der mittleren Schwächung
    Figure 00170002
    die gemessen wurde, werden die folgenden Annahmen bezüglich des Materials des interessierenden Objekts gemacht. Für medizinische Anwendungen kann beispielsweise angenommen werden, dass das interessierende Objekt in erster Linie aus Wasser besteht, d. h. dass die Strahlung primär durch Wasser gesendet wird. Für Anwendungen auf dem Gebiet der Gepäckkontrolle kann beispielsweise ein „mittleres Material" verwendet werden, dass beispielsweise aus 10% Aluminium und 90% Stoff besteht.
  • Im Folgenden wird auf der Grundlage der mittleren Schwächung eine Simulation mit Bezug auf die mittlere Energieverschiebung durchgeführt. Mit anderen Worten: Es wird ermittelt, wie stark die mittlere Energie noch oben verschoben wird.
  • Für Wasser kann beispielsweise eine äquivalente Wassermassendicke auf der Grundlage einer mittleren Schwächung
    Figure 00180001
    mit Hilfe der folgenden Gleichung ermittelt werden:
    Figure 00180002
  • ∊ ist die mittlere Schwächung des durchdrungenen Materials, d. h. des Wassers oder des mittleren Materials.
  • 9 zeigt eine Tabelle mit approximierten linearen Abhängigkeiten zwischen Energie und einer Massendicke von Wasser und PMMA für eine Vielzahl von gefilterten Wolframspektren. Die Tabelle in 9 zeigt beispielsweise in der ersten Zeile, dass bei Verwendung einer Röntgenröhre mit 150 keV und einem Aluminiumfilter von 1,5 mm die mittlere von der Röhre ausgesendete Energie 63,3 keV beträgt. Wird eine äquivalente Wassermassendicke von 10 cm angenommen, würde die Energieverschiebung 7,2 keV betragen. Somit beträgt die mittlere Energie, die beim Detektor 8 ermittelt wurde und bezüglich Strahlaufhärtungseffekten und Schwächung korrigiert wurde, 63,6 keV + 7,2 keV = 70,5 keV.
  • 10 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens, das nicht innerhalb des Rahmens der Ansprüche liegt.
  • Nach dem Beginn in Schritt S1 wird in Schritt S2 eine Luftabtastung durchgeführt. Bei einer Luftabtastung handelt es sich um eine Abtastung, bei der sich kein interessierendes Objekt im Untersuchungsbereich des CT-Scanners befindet. Die Luftabtastung dient dazu, I0 zu ermitteln. Anschließend wird in Schritt S3 eine mittlere Schwächung
    Figure 00180003
    auf der Grundlage der gesendeten Strahlung, d. h. auf der Grundlage der Ausgaben des Primärstrahlungsdetektors 15, ermittelt. Mit anderen Worten: Eine Ermittlung der mittleren Schwächungswerte wird auf der Grundlage der Primärstrahlung durchgeführt.
  • Im anschließenden Schritt S5 erfolgt dann eine Ermittlung einer äquivalenten Wassermassendicke auf der Grundlage der mittleren Schwächung. Diese äquivalente Wassermassendicke (oder Lucitedicke oder die Dicke eines mittleren Materials) kann auf der Grundlage der folgenden Gleichung ermittelt werden:
    Figure 00180004
  • Danach wird im anschließenden Schritt S6 eine von dem Material verursachte Energieverschiebung aus der äquivalenten Wassermassendicke berechnet. Dies kann beispielsweise durch Zuhilfenahme einer vorher festgelegten Tabelle wie der in 9 dargestellte Tabelle erfolgen.
  • Im anschließenden Schritt S7 wird nun die anfängliche mittlere Energie der Streustrahlung mit Hilfe der Energieverschiebung korrigiert oder kompensiert. Mit anderen Worten: in Schritt S7 werden eine Kompensation der Strahlaufhärtungseffekte und im Besonderen eine Kompensation der Schwächung durchgeführt. Danach wird in Schritt S8 eine Rekonstruktion mit Hilfe der korrigierten Energiemessungen durchgeführt. Die Rekonstruktion kann längs der oben beschriebenen Rückprojektionsbahnen durchgeführt werden. Mit anderen Worten: Die Rekonstruktion kann in Übereinstimmung mit den Schritten 1–4 wie oben beschrieben vorgenommen werden. Das Verfahren fährt nun mit Schritt S9 fort, wo es endet.
  • 11 zeigt den Ablaufplan des Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben des CT-Scannersystems oder der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu dem mit Bezug auf 10 beschriebenen Verfahren, in dem keine vorläufige CT-Rekonstruktion vorgenommen wird, kann in dem mit Bezug auf 11 beschriebenen Verfahren eine CT-Rekonstruktion vor der tatsächlichen Rekonstruktion durchgeführt werden.
  • Vorteilhafterweise kann dies eine verbesserte Kompensation von Strahlaufhärtungseffekten und im Besonderen eine verbesserte Absorptionskompensation ermöglichen.
  • Nach dem Beginn in Schritt S10 wird in Schritt S11 eine Luftabtastung zur Ermittlung von I0 durchgeführt. Im anschließenden Schritt S12 erfolgt eine CT-Erfassung. Mit anderen Worten: In Schritt S12 kann eine Datenerfassung des interessierenden Objektvolumens längs einer beispielsweise spiralförmigen Trajektorie vorgenommen werden. Zu diesem Zweck kann ein fächerförmiges Strahlenbündel eingesetzt werden. Vorteilhafterweise können mit Hilfe einer derartigen Anordnung die Projektionsdaten sowohl der Sende- als auch der Streustrahlung gleichzeitig ermittelt werden. Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine Vorabtastung vorgenommen werden, bei der lediglich die Sendestrahlung gemessen wird, d. h. lediglich die Ausgaben des Primärstrahlungsdetektors zusammengetragen werden. Danach kann eine zweite Abtastung zur Ermittlung der Streustrahlung durchgeführt werden.
  • Danach wird im anschließenden Schritt S13 aus den Ausgaben des Primärstrahlungsdetektors, d. h. aus den Sendestrahlungsdaten, ein Volumendatensatz rekonstruiert, in dem jedes Voxel einen Absorptionskoeffizienten des in dem interessierenden Objektvolumen enthaltenen interessierenden Objekts umfasst. Im anschließenden Schritt S14 werden die Kompensation von Strahlaufhärtungseffekten und im Besonderen die Absorptionskompensation durchgeführt. An dieser Stelle wird die mittlere Energie für die gestreuten Photonen ermittelt auf der Grundlage des Volumendatensatzes unter Berücksichtigung von Materialien des interessierenden Objekts, die in der Bahn der gestreuten Photonen durch das interessierende Objekt auftreten. Diese Materialien können in dem in Schritt S13 ermittelten Volumendatensatz unterschieden werden. Beispielsweise können sie mit Hilfe geeigneter Schwellenwertoperationen unterschieden werden.
  • Mit anderen Worten: Da die Projektionsbahn des Objekts für ein gestreutes Photon für ein bekanntes Spektrum bekannt ist, wird die Schwächung längs dieser Bahn berechnet. Durch geeignete Schwellenwertoperationen können Materialien längs der Streubahn des betreffenden Photons identifiziert und seine Absorptionsspektren berücksichtigt werden. Aus den resultierenden Spektren kann die mittlere Energie für das gestreute Photon ermittelt werden.
  • Im anschließenden Schritt S15 kann nun eine Rekonstruktion mit Hilfe dieser mittleren Energien durchgeführt werden. Aufgrund dieser Tatsache wird während der tatsächlichen in Schritt S15 durchgeführten Rekonstruktion, bei der die Streufunktion für jedes Voxel ermittelt wird, die in Schritt S14 ermittelte mittlere Energie in die Gleichung 5 eingesetzt und kann somit eine verbesserte spektrale Auflösung der rekonstruierten Streufunktion in Abhängigkeit von dem Wellenvektortransfer gestatten.
  • Ferner kann auf der Grundlage der in Schritt S13 ermittelten Absorptionswerte eine Absorptionskorrektur für die betreffende Projektionsbahn durchgefüht werden, wodurch auch die Bildqualität verbessert werden kann. Das Verfahren fährt dann mit Schritt S16 fort, wo es endet.
  • 12 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung zur weiteren Erläuterung des mit Bezug auf 11 beschriebenen Verfahrens. Wie aus 12 zu ersehen ist, wird eine von der Strahlungsquelle 4 ausgesendete Strahlung durch das interessierende Objekt 7 gesendet und kann mit Hilfe des Primärstrahlungsdetektors gemessen werden, der die Zeile 15 umfasst. Die von dem interessierenden Objekt 7 gestreute Streustrahlung kann mit Hilfe des Streustrahlungsdetektors 30 ermittelt werden.
  • In einem vorläufigen Schritt wird eine CT-Rekonstruktion auf der Grundlage der Ausgaben der Detektorzeile 15, d. h. des Primärstrahlungsdetektors, durchgeführt. Daraus wird ein Volumendatensatz rekonstruiert. Ausgehend von dem Volumendatensatz können Materialien ermittelt werden, die von der Streustrahlung 44 auf ihrer Bahn durch das interessierende Objekt 7 angetroffen werden. Der durch diese Materialien verursachte Strahlaufhärtungseffekt wird berücksichtigt und auch die von diesen Materialien verursachten Absorptionsspektren können berücksichtigt werden, um die tatsächlich von der Detektorzeile 30 gemessene Energie zu korrigieren.
  • 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Datenverarbeitungseinrichtung zum Durchführen der Verfahren der vorliegenden Erfindung, beispielsweise der mit Bezug auf die 10 und 11 beschriebenen Verfahren. Wie aus 9 zu ersehen ist, ist eine Zentraleinheit (CPU) oder ein Bildprozessor 1 mit einem Speicher 2 zum Speichern der Ausgaben von den Detektoren oder der schließlich rekonstruierten Daten verbunden. Wie oben angegeben, können die Daten durch einen CSCT-Scanner wie in den 1 und 6 dargestellt erfasst werden. Der Datenprozessor 1 kann ferner mit einer Vielzahl von Eingabe-/Ausgabe-Netzwerk- oder anderen Diagnoseeinrichtungen verbunden sein. Der Bildprozessor 1 ist ferner mit einer Anzeige 4 (beispielsweise einem Computerbildschirm) zum Anzeigen von Informationen oder Bildern verbunden, die in dem Bildprozessor 1 berechnet oder angepasst wurden. Ein Bediener kann mit dem Datenprozessor 1 über eine Tastatur 5 und/oder andere Eingabe- oder Ausgabeeinrichtungen interagieren, die in 1 nicht dargestellt sind.
  • Die oben beschriebene vorliegende Erfindung kann beispielsweise auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch wie oben beschrieben ebenso auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung oder Gepäckkontrolle eingesetzt werden. Vorteilhafterweise kann die vorliegende Erfindung eine sehr gute spektrale Auflösung von rekonstruierten Streufunktionen gestatten, um beispielsweise Materialien mit den gleichen Schwächungswerten zu unterscheiden. Ferner kann insbesondere bei medizinischen Anwendungen eine verbesserte Bildqualität erzielt werden. Die vorliegende Erfindung kann als zusätzliche Funktionalität für Kegelstrahlenbündel-CT-Systeme eingesetzt werden. Vorzugsweise wird sie zusammen mit nicht Energie auflösenden Detektoren angewendet.
  • Text in den Figuren
  • 2
    • Obejct region – Objektbereich
  • 9
    • Primary spectrum – Primärspektrum
    • Mean energy – Mittlere Energie
    • Spectral width – Spektrale Breite
    • Energy shift – Energieverschiebung
    • Water/Lucite – Wasser/Lucite
    • Filtered – gefiltert

Claims (6)

  1. Verfahren zum Rekonstruieren von Daten eines interessierenden Objekts aus einer Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung (engl. coherent scatter computed tomography, CSCT), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Erfassen von Schwächungsdaten des interessierenden Objekts aus durch das interessierende Objekt gesendeter Primärstrahlung; – Rekonstruieren eines Volumendatensatzes, der Absorptionskoeffizienten des interessierenden Objekts umfasst; – Ermitteln von Strahlungsspektren für gestreute Photonen der Streustrahlung auf der Grundlage des Volumendatensatzes; – Ermitteln von mittleren Energien der gestreuten Photonen auf der Grundlage der Strahlungsspektren; – Durchführen einer Strahlaufhärtungskompensation von Streustrahlungsdaten auf der Grundlage der erfassten Schwächungsdaten, wobei die Streustrahlungsdaten auf von dem interessierenden Objekt gestreuter Streustrahlung basieren; und – Rekonstruieren der Daten aus der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung mit Hilfe der kompensierten Streustrahlungsdaten und der ermittelten mittleren Energien.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf der Grundlage der CT-Rekonstruktion Materialien ermittelt werden, die sich in einer Bahn eines gestreuten Photons der Streustrahlung in dem interessierenden Objekt befinden, wobei Absorptionsspektren der genannten Materialien dazu verwendet werden, die mittlere Energie des gestreuten Photons zu ermitteln.
  3. Computertomographiegerät mit kohärenter Streustrahlung, das Folgendes umfasst: eine Detektorbaugruppe (1, 4, 15, 30, 34) mit einer Strahlungsquelle (4), einem ersten Detektor (15) und einem zweiten Detektor (30, 34), wobei die Detektorbaugruppe so ausgelegt ist, dass sie sich um ein interessierendes Objekt (7) dreht, wobei der erste und der zweite Detektor der Strahlungsquelle gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der erste Detektor so ausgelegt ist, dass er Schwächungsdaten des interessierenden Objekts von der durch das interessierende Objekt gesendeten Primärstrahlung erfasst, wobei der zweite Detektor so ausgelegt ist, dass er Streustrahlungsdaten des interessierenden Objekts aus von dem interessierenden Objekt gestreuter Streustrahlung erfasst, wobei das Gerät so angepasst ist, dass es die folgenden Schritte ausführt: – Erfassen von Schwächungsdaten des interessierenden Objekts von der durch das interessierende Objekt gesendeten Primärstrahlung; – Rekonstruieren eines Volumendatensatzes, der Absorptionskoeffizienten des interessierenden Objekts umfasst; – Ermitteln von Strahlungsspektren für gestreute Photonen der Streustrahlung; – Ermitteln von mittleren Energien der gestreuten Photonen auf der Grundlage der Strahlungsspektren; – Durchführen einer Strahlaufhärtungskompensation von Streustrahlungsdaten auf der Grundlage der erfassten Schwächungsdaten, wobei die Streustrahlungsdaten auf von dem interessierenden Objekt gestreuter Streustrahlung basieren; und – Rekonstruieren der Daten aus der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung mit Hilfe der kompensierten Streustrahlungsdaten und der ermittelten mittleren Energien.
  4. Gerät nach Anspruch 3, wobei auf der Grundlage der CT-Rekonstruktion Materialien ermittelt werden, die sich in einer Bahn eines gestreuten Photons der Streustrahlung in dem interessierenden Objekt befinden, wobei Absorptionsspektren der genannten Materialien dazu verwendet werden, die mittlere Energie des gestreuten Photons zu ermitteln.
  5. Datenverarbeitungseinrichtung zum Rekonstruieren von Daten eines interessierenden Objekts (7) aus einer Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung, wobei die Einrichtung einen Speicher (52) zum Speichern von Schwächungsdaten und von Streustrahlungsdaten und einen Datenprozessor (51) umfasst, der so angepasst ist, dass er die folgenden Arbeitsgänge durchführt: – Erfassen von Schwächungsdaten des interessierenden Objekts von der durch das interessierende Objekt gesendeten Primärstrahlung: – Rekonstruieren eines Volumendatensatzes, der Absorptionskoeffizienten des interessierenden Objekts umfasst; – Ermitteln von Strahlungsspektren für gestreute Photonen der Streustrahlung; – Ermitteln von mittleren Energien der gestreuten Photonen auf der Grundlage der Strahlungsspektren; – Durchführen einer Strahlaufhärtungskompensation von Streustrahlungsdaten auf der Grundlage der erfassten Schwächungsdaten, wobei die Streustrahlungsdaten auf von dem interessierenden Objekt gestreuter Streustrahlung basieren; und – Rekonstruieren der Daten aus der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung mit Hilfe der kompensierten Streustrahlungsdaten und der ermittelten mittleren Energien.
  6. Computerprogramm zum Rekonstruieren von Daten eines interessierenden Objekts (7) aus einer Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung, wobei das Computerprogramm bei Ausführung auf einem Datenprozessor oder einem Computertomographiegerät mit kohärenter Streustrahlung die folgenden Arbeitsgänge durchführt: – Erfassen von Schwächungsdaten des interessierenden Objekts von der durch das interessierende Objekt gesendeten Primärstrahlung; – Rekonstruieren eines Volumendatensatzes, der Absorptionskoeffizienten des interessierenden Objekts umfasst; – Ermitteln von Strahlungsspektren für gestreute Photonen der Streustrahlung; – Ermitteln von mittleren Energien der gestreuten Photonen auf der Grundlage der Strahlungsspektren; – Durchführen einer Strahlaufhärtungskompensation von Streustrahlungsdaten auf der Grundlage der erfassten Schwächungsdaten, wobei die Streustrahlungsdaten auf von dem interessierenden Objekt gestreuter Streustrahlung basieren; und – Rekonstruieren der Daten aus der Computertomographie mit kohärenter Streustrahlung mit Hilfe der kompensierten Streustrahlungsdaten und der ermittelten mittleren Energien.
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