EP1714247A2 - Method for producing a sectional image - Google Patents

Method for producing a sectional image

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Publication number
EP1714247A2
EP1714247A2 EP05700684A EP05700684A EP1714247A2 EP 1714247 A2 EP1714247 A2 EP 1714247A2 EP 05700684 A EP05700684 A EP 05700684A EP 05700684 A EP05700684 A EP 05700684A EP 1714247 A2 EP1714247 A2 EP 1714247A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
artifact
data
sectional
sectional image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05700684A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marc Lievin
Erwin Keeve
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sirona Dental Systems GmbH
Original Assignee
Sirona Dental Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sirona Dental Systems GmbH filed Critical Sirona Dental Systems GmbH
Publication of EP1714247A2 publication Critical patent/EP1714247A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
    • G06T11/005—Specific pre-processing for tomographic reconstruction, e.g. calibration, source positioning, rebinning, scatter correction, retrospective gating
    • G06T5/77—

Definitions

  • the invention relates to a method for generating a sectional image of an object which has one or more artifacts.
  • the invention relates to the use of this method in medical fields.
  • sectional images of an object can be generated.
  • a number of X-ray examinations are carried out from different angles.
  • an X-ray source is rotated around a human head.
  • a cone-beam device is used which generates a cone-shaped beam, in particular an X-ray beam, which is rotated around the object to be examined.
  • a cross section i.e. a computed tomography image of a plane is generated by the so-called back projection of the data obtained.
  • Rear projection methods are described, for example, in F. Natterer, "The Mathematics of Computerized Tomography", New York: Wiley, 1986 and in W.208 et al., "Reduction of CT Artifacts Caused by Metallic Implants", Radiology, vol. 164, No. 2, Aug. 1987, pp. 576-577.
  • the denser areas are, for example, tooth fillings of the prostheses or prosthesis parts made of metal.
  • the denser areas referred to as artifacts can also be, for example, metal screws or metal plates that were used, for example, in bone fracture operations. Due to the strong attenuation of the radiation caused by such artifacts, gaps arise in the image projection. Artifacts also create streaks in the image projection. A lot of information is lost within these strips. The image quality in the area of the artifacts and in particular the stripes produced is so poor that reliable medical conclusions can no longer be drawn.
  • filtered back projection Another method for improving the image data is the filtered back projection, which is implemented in conventional computed tomography scanners. With the help of an algorithm, the raw data are filtered in a suitable filter and the filtered data is then projected back from the frequency range into the 2D image area.
  • this method is limited by the number of projection angles. Such a method is described, for example, in F. Natterer, "The Mathematics of Computerized Tomography", New York: Wiley, 1986.
  • the object of the invention is to provide a method of a sectional image, in which disturbances caused by artifacts are reduced.
  • the generated two-dimensional image data is pre-processed and then the object sectional image is generated from the corrected image data.
  • two-dimensional image data of the object from different projection directions are generated in a first step using the method according to the invention.
  • the object like a human body part, is illuminated by X-rays from several directions.
  • a conical beam is preferably used, it being particularly preferred to move the radiation source along a scan path. This can be, for example, an elliptical movement, a circular movement or parts of such movements.
  • the generated image data which correspond to two-dimensional images, but which do not necessarily have to be combined according to the invention, are temporarily stored or processed immediately.
  • image data individual image points are recorded which have a disruptive data value caused by the artifact.
  • This can be a Act the image of the artifact, ie the foreign body itself. If the artifact is, for example, a metallic inclusion, such as a tooth filling or a screw in a bone, then this area has a high density, which creates a kind of shadow on the projection image, ie image points, on which there is no or only little Amounts of radiation are received.
  • the disturbing data values can also be areas that were caused by saturation. Such areas can also be processed using the method according to the invention, and thus the image quality can be improved.
  • the captured, disruptive pixels are combined to form an image area.
  • the determined image areas for example the two-dimensional artifact, are corrected by filling methods, so that corrected image data are generated.
  • the image data present in the combined image areas are preferably buffered for possible later use.
  • image data which are similar to the image data surrounding the image area are assigned to the individual pixels.
  • Different filling methods are suitable for this purpose, as described, for example, in: "Gray Scale Image Mophological Operations" in Digital Image Processing, by W.K. Pratt, Second Edition, ISBN 0-471-85766-1, pp.
  • the desired object sectional image is then generated from the corrected image data generated in this way.
  • This is, for example, a computed tomography slice image.
  • the object sectional view is preferred generated by a back projection of the individual two-dimensional, corrected image data obtained.
  • Such a rear projection method is described, for example, in F. Natterer, "The mathematics of computerized tomography",
  • the object sectional image can also be a preferably direct generation of a three-dimensional volume from the projections.
  • the interfering data value can be defined by a limit value, a pixel being recorded as "having an interfering data value” as soon as the limit value is exceeded or fallen below.
  • a limit range can also be defined, so that a pixel is recorded as "having a disruptive data value” as soon as the data value lies within predetermined limits.
  • a large number of two-dimensional image filling methods are suitable as the filling method for correcting the combined image areas.
  • Image filling algorithms and / or morphological image closing methods and / or image smoothing methods are particularly preferred.
  • image filling methods the combined areas are filled with values from neighboring image areas or pixels. Suitable image filling methods are described, for example, in "Image Inpainting”, M. Bertalmao et al., Proceedings of SIGGRAPH 2000, New La, USA (July 2000) and “Filling-In by Joint Interpolation of Vector Fields and Gray Levels", C. Ballester et al. IEEE Transactions on Image Processing (August 2001).
  • a sectional image of the artifact is generated on the basis of the disturbing pixels. This is possible by separately capturing the recorded disturbing pixels in the two-dimensional projection and, if necessary, temporarily storing them. These two-dimensional images can then be used in accordance with the method for generating an object sectional image Artifact slice image, preferably by rear projection. The two sectional images are then preferably combined with one another.
  • the object sectional image and / or the artifact sectional image is preferably generated by filtered rear projection. Furthermore, the generation of the slice image can be generated by the algebraic reconstruction technique (ART) or the maximum probability method (ML). These methods are described, for example, in "Multiscale Cone-Beam X-Ray Reconstruction” by Yves Trouset et. AI., SPIE Vol 1231 Medical Imaging IV: Image Formation (1990).
  • a cone-beam device which in particular has a C-shaped arm, is preferably generated. It is also possible to generate the two-dimensional image data by "digital volume tomography (DVT)", by “spriral computer tomography” and / or “headical computer tomography”. Instead of using x-rays, gamma cameras can also be used for position emission tomography (PET) or for single position emission tomography (SPECT).
  • PET position emission tomography
  • SPECT single position emission tomography
  • the method according to the invention is particularly suitable for medical applications. This involves, for example, examinations or operations on teeth with fillings or the examination or operation of broken bones or the like, in which screws, pins, plates, etc. were used.
  • FIGS. 1 and 2 show a schematic view of a computer tomography device with a C-arm in different positions that generates a conical beam
  • Fig. 3 is a two-dimensional, by one in Figs. 1 and 2 shown computer tomograph generated image
  • FIG. 4 shows the image shown in FIG. 3, in which the image areas are additionally marked which have interfering pixels,
  • FIG. 5 shows the two-dimensional image shown in FIG. 4, in which the image areas have been corrected by a filling method
  • FIG. 6 shows a sectional image generated from several two-dimensional images corresponding to the image shown in FIG. 5,
  • FIG. 7 is a two-dimensional image of the artifacts removed from the image shown in FIG. 4;
  • FIG. 8 shows a combination of an artifact sectional view with the object sectional view shown in FIG. 6, and
  • FIG. 9 shows a sectional view corresponding to FIG. 8, to which the method according to the invention was not applied.
  • Cross-sectional images can be generated, for example, with computer tomographs.
  • Computed tomographs of this type have, for example, an X-ray source 10 which generates a conical beam 12.
  • the conical beam 12 is aimed at an object 14, such as a human body.
  • Two-dimensional image data are recorded by a detector 16 opposite the radiation source 10.
  • the object 14, such as the human body are arranged on a table 18.
  • a C-shaped arm 24 of the computer tomograph can be pivoted in the direction of an arrow 26 into the position shown in FIG. 2.
  • To generate a computed tomography slice image up to 200 individual images are generated from different projection directions.
  • FIG. 3 A single two-dimensional image of a human spine generated by computed tomography is shown in FIG. 3.
  • the two-dimensional image data obtained by projection from a projection direction are thus visualized in FIG. 3.
  • Two artifacts 28 in the form of screws can be seen in the projection.
  • the artifacts 28 would produce stripes in one image when generating a sectional image from a multiplicity of two-dimensional images from different projection directions and would make it impossible to determine the position of the screw and to make a statement about the material surrounding the screw.
  • Such a sectional view is shown in FIG. 9.
  • the pixels of the artifacts 28, which have disruptive data values are recorded. In the example shown, this can be done using a predetermined limit can be reached, which is below the shadow-like image of the screws.
  • the captured pixels are combined into image areas 30 (FIG. 4) and buffered for later use.
  • the image areas 30 are then filled by suitable filling methods, so that corrected, two-dimensional image data (FIG. 5) are generated.
  • the generation of corrected image data is carried out for all two-dimensional images generated from the different projection directions.
  • the object sectional image (FIG. 6) is then generated from the large number of corrected image data thus obtained, preferably by back-projection.
  • An artifact slice image can be generated in the same way from the temporarily stored two-dimensional data of the artifacts 28 from different projection directions. This can then in turn be combined with the object sectional image (FIG. 6), so that the desired sectional image (FIG. 8) is produced, in which the position of the artifact 28 is exactly determined and the surroundings are also shown in a defined manner. From such an image, considerably better information can be derived, for example, about the healing process than from a computed tomography sectional image (FIG. 9) that was not processed with the method according to the invention.

Abstract

The invention relates to a method for producing a sectional image of an object consisting of artefacts (28), wherein two-dimensional image data is, for example, produced with the aid of a computer tomograph. Two-dimensional image data is produced from various projection devices (20, 22). According to the invention, pixels, which have a disruptive data value caused by the artefact, are detected. The thus defected pixels are combined to form image areas (30). In a next step, the image areas (30) are filled by means of filling methods and corrected image data is thus produced. The cross-sectional image of the object is produced on the basis of the corrected image data by retroprojection, for example.

Description

Verfahren zur Erzeugung eines Schnittbildes Process for generating a sectional image
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Schnittbildes eines Objekts, das ein oder mehrere Artefakte aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung die Anwendung dieses Verfahrens in medizinischen Bereichen.The invention relates to a method for generating a sectional image of an object which has one or more artifacts. In particular, the invention relates to the use of this method in medical fields.
Beispielsweise mit Hilfe der Computertomografie können Schnittbilder eines Objekts, üblicherweise Teile eines menschlichen Körpers, erzeugt werden. Hierbei wird eine Anzahl von Röntgenstrahluntersuchungen aus unterschiedlichen Winkeln durchgeführt. Beispielsweise wird eine Röntgenstrahlquelle um einen menschlichen Kopf rotiert. Hierzu wird beispielsweise eine Konus-Strahl-Vorrichtung verwendet, die einen konusförmigen Strahl, insbesondere einen Röntgenstrahl, erzeugt, der um das zu untersuchende Objekt rotiert wird. Ein Schnittbild, d.h. ein Computertomografie-Bild einer Ebene, wird durch die sog. Rückprojektion der erhaltenen Daten erzeugt. Rückprojektionsverfahren sind beispielsweise in F. Natterer, "The Mathematics of Computerized Tomography", New York: Wiley, 1986 und in W. Kalender et al., "Reduction of CT Artifacts Caused by Metallic Implants", Radiology, vol. 164, No. 2, Aug. 1987, pp. 576-577 beschrieben.For example, with the aid of computer tomography, sectional images of an object, usually parts of a human body, can be generated. Here, a number of X-ray examinations are carried out from different angles. For example, an X-ray source is rotated around a human head. For this purpose, for example, a cone-beam device is used which generates a cone-shaped beam, in particular an X-ray beam, which is rotated around the object to be examined. A cross section, i.e. a computed tomography image of a plane is generated by the so-called back projection of the data obtained. Rear projection methods are described, for example, in F. Natterer, "The Mathematics of Computerized Tomography", New York: Wiley, 1986 and in W. Kalender et al., "Reduction of CT Artifacts Caused by Metallic Implants", Radiology, vol. 164, No. 2, Aug. 1987, pp. 576-577.
Befindet sich in dem Bereich, der durch ein Computertomografie-Bild erfasst werden soll, ein Bereich mit gegenüber dem herkömmlichen Gewebe, den Knochen oder den Zähnen vergleichsweise hoher Dichte, so werden dieIf there is an area in the area that is to be captured by a computed tomography image with a comparatively high density compared to the conventional tissue, the bones or the teeth, then the
BESTATIGUNGSKOPIE Röntgenstrahlen oder andere geeignete Untersuchungsstrahlen in diesen Bereichen stärker abgeschwächt als in den umgebenden vergleichsweise weichen Bereichen, den Knochen, den Zähnen etc. Bei den dichteren Bereichen handelt es sich beispielsweise um Zahnfüllungen der Prothesen bzw. Prothesenteile aus Metall. Bei den als Artefakte bezeichneten, dichteren Bereichen kann es sich beispielsweise auch um Metallschrauben oder Metallplatten handeln, die beispielsweise bei Knochenbruch-Operationen eingesetzt wurden. Durch die starke Abschwächung der Strahlung, die durch derartige Artefakte hervorgerufen werden, entstehen in der Bildprojektion Lücken. Ferner erzeugen Artefakte in der Bildprojektion Streifen. Innerhalb dieser Streifen geht eine Vielzahl von Informationen verloren. Die Bildqualität im Bereich der Artefakte und insbesondere der hervorgerufenen Streifen ist derart schlecht, dass sichere medizinische Rückschlüsse nicht mehr gezogen werden können. Beispielsweise sind Knochensegmentationen mit klassischen Methoden, wie Schwellwertmethoden, nicht mehr möglich bzw. führen zu keinen zuverlässigen Ergebnissen (Otsu, N. "A thresholding selection method from gray- level histogram", IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 9(1): 62-66, 1979).BESTATIGUNGSKOPIE X-rays or other suitable examination rays in these areas are attenuated more than in the surrounding comparatively soft areas, the bones, the teeth, etc. The denser areas are, for example, tooth fillings of the prostheses or prosthesis parts made of metal. The denser areas referred to as artifacts can also be, for example, metal screws or metal plates that were used, for example, in bone fracture operations. Due to the strong attenuation of the radiation caused by such artifacts, gaps arise in the image projection. Artifacts also create streaks in the image projection. A lot of information is lost within these strips. The image quality in the area of the artifacts and in particular the stripes produced is so poor that reliable medical conclusions can no longer be drawn. For example, bone segmentations using classic methods such as threshold methods are no longer possible or do not lead to reliable results (Otsu, N. "A thresholding selection method from gray-level histogram", IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 9 (1 ): 62-66, 1979).
Das Problem des Auftretens von Streifen in Schnittbildern tritt auch bei Sättigung auf. Hierbei tritt Sättigung auf, wenn die Röntgenstrahlen nicht abgeschwächt werden. Im Gegensatz zu metallischen Artifakten, bei denen die Strahlen absorbiert werden und in der Projektion ein weißer Bereich erzeugt wird, erscheinen bei Sättigung schwarze Bereiche in der Projektion. In beiden Fällen handelt es sich um durch Artifakte hervorgerufene störende Bereiche in dem Bild, die durch die selben Bildbearbeitungsverfahren bearbeitet werden können.The problem of streaking in slice images also occurs with saturation. Saturation occurs when the X-rays are not attenuated. In contrast to metallic artifacts, in which the rays are absorbed and a white area is created in the projection, black areas appear in the projection when saturated. In both cases, artifacts are distracting areas in the image that can be processed using the same image processing methods.
Zur Rekonstruktion dreidimensionaler Objekte bzw. zur Erzeugung von Schnittbildern aus zweidimensionalen, projizierten Bildern sind unterschiedliche Verfahren unter Verwendung eines konusförmigen Strahls bekannt. Ein derartiges Verfahren ist in "Practical cone-beam algorithm" von L.A. Feldkamp, et. AI. J. Opt. Soc. Am. A/Vol. 1, No. 6 (June 1984) beschrieben. Das Verfahren basiert auf einer gefilterten Rückprojektion erzeugt durch zweidimensionale Bilddaten, wobei alle projizierten Bilder zuerst gefiltert und dann zurückprojiziert werden. Die rückprojizierten Bilder werden sodann zu einem dreidimensionalen Bild bzw. einem Schnittbild kombiniert.Various methods using a cone-shaped beam are known for the reconstruction of three-dimensional objects or for generating sectional images from two-dimensional, projected images. Such a method is described in "Practical cone-beam algorithm" by LA Feldkamp, et. AI. J. Opt. Soc. At the. A / Vol. 1, No. 6 (June 1984). The method is based on a filtered back-projection generated by two-dimensional image data, with all projected images being filtered first and then back-projected. The back-projected images are then combined into a three-dimensional image or a sectional image.
Zur Verbesserung der Bildqualität ist es bekannt, die Metallfüllungen manuell in den Bildern oder den Rohdaten herauszunehmen. Dieses Verfahren ist jedoch äußerst aufwändig und unzuverlässig.To improve the image quality, it is known to manually remove the metal fillings in the images or the raw data. However, this process is extremely complex and unreliable.
Eine weitere Methode zur Verbesserung der Bilddaten ist die gefilterte Rückprojektion, die in herkömmlichen Computertomografie-Scannem implementiert ist. Hierbei werden mit Hilfe eines Algorithmus die Rohdaten in einem geeigneten Filter gefiltert und anschließend die gefilterten Daten aus dem Frequenzbereich in den 2D-Bildbereich zurückprojiziert. Dieses Verfahren ist jedoch durch die Anzahl der Projektionswinkel begrenzt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in F. Natterer, "The Mathematics of Computerized Tomography", New York: Wiley, 1986 beschrieben.Another method for improving the image data is the filtered back projection, which is implemented in conventional computed tomography scanners. With the help of an algorithm, the raw data are filtered in a suitable filter and the filtered data is then projected back from the frequency range into the 2D image area. However, this method is limited by the number of projection angles. Such a method is described, for example, in F. Natterer, "The Mathematics of Computerized Tomography", New York: Wiley, 1986.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Reduktion von Artefakten bei der Computertomografie ist in G. Wang et al., "Iterative Deblurring for CT Metal Artifact Reduction", IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 15, No. 5, Oct. 1995, pp. 657-664 beschrieben. Dieses Verfahren basiert auf einer Schätzung einer die Unscharfe verbessernden Formel der gefilterten Rückprojektionstechnik. Jeder Schritt des Algorithmusses maximiert die Schätzfunktion, die zum nächsten Wert führt. Hierbei wird die erforderliche Anzahl an Schritten durchgeführt, um ein Konvergenzkriterium zu erreichen. Nach Erreichen des Konvergenzkriteriums wird die Rekonstruktion durchgeführt. Auf Grund der Vielzahl der erforderlichen Iterationsschritte ist dieses Verfahren sehr langsam, führt jedoch zu relativ guten Ergebnissen. Ein weiteres Verfahren zur Reduzierung von Artefakten ist in W. Kalender et al., "Reduction of CT Artifacts Caused by Metallic Implants", Radiology, vol. 164, No. 2, Aug. 1987, pp. 576-577 beschrieben. Hierbei wird eine gefilterte Rückprojektion eingesetzt, wobei die Metallobjekte manuell in dem erzeugten Bild detektiert und rückprojiziert werden. Diese Projektionen werden dann linear mit den in der Umgebung der Artefakte befindlichen Bilddaten interpoliert. Als nächstes werden die gefilterten Daten in einer Rückprojektion auf das Bild projiziert.Another known method for reducing artifacts in computer tomography is in G. Wang et al., "Iterative Deblurring for CT Metal Artifact Reduction", IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 15, No. 5, Oct. 1995, pp. 657-664. This method is based on an estimate of a fuzzy enhancement formula of the filtered rear projection technique. Each step of the algorithm maximizes the estimator that leads to the next value. The number of steps required to achieve a convergence criterion is carried out here. After reaching the convergence criterion, the reconstruction is carried out. Due to the large number of iteration steps required, this process is very slow, but leads to relatively good results. Another method for reducing artifacts is in W. Calendar et al., "Reduction of CT Artifacts Caused by Metallic Implants", Radiology, vol. 164, No. 2, Aug. 1987, pp. 576-577. In this case, a filtered back projection is used, the metal objects being detected and back projected manually in the generated image. These projections are then linearly interpolated with the image data in the vicinity of the artifacts. Next, the filtered data is projected onto the image in a rear projection.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren eines Schnittbildes zu schaffen, bei welchem durch Artefakte hervorgerufene Störungen verringert werden.The object of the invention is to provide a method of a sectional image, in which disturbances caused by artifacts are reduced.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.According to the invention, the object is achieved by the features of claim 1.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren ein Vorbearbeiten der erzeugten zweidimensionalen Bilddaten und anschließend ein Erzeugen des Objekt- Schnittbildes aus den korrigierten Bilddaten. Hierzu werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten Schritt zweidimensionale Bilddaten des Objekts aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen erzeugt. Beispielsweise wird das Objekt, wie ein menschliches Körperteil, durch Röntgenstrahlung von mehreren Richtungen beleuchtet. Hierzu wird vorzugsweise ein konusförmiger Strahl eingesetzt, wobei es besonders bevorzugt ist, die Strahlungsquelle entlang eines Scanwegs zu bewegen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine elliptische Bewegung, eine Kreisbewegung oder Teile derartiger Bewegungen handeln.According to the invention, the generated two-dimensional image data is pre-processed and then the object sectional image is generated from the corrected image data. For this purpose, two-dimensional image data of the object from different projection directions are generated in a first step using the method according to the invention. For example, the object, like a human body part, is illuminated by X-rays from several directions. For this purpose, a conical beam is preferably used, it being particularly preferred to move the radiation source along a scan path. This can be, for example, an elliptical movement, a circular movement or parts of such movements.
Die erzeugten Bilddaten, die zweidimensionalen Bildern entsprechen, jedoch erfindungsgemäß nicht unbedingt zu solchen zusammengesetzt werden müssen, werden zwischengespeichert oder unmittelbar bearbeitet. Bei der Bearbeitung der Bilddaten werden einzelne Bildpunkte erfasst, die einen durch das Artefakt hervorgerufenen, störenden Datenwert aufweisen. Hierbei kann es sich um eine Abbildung des Artefakts, d.h. des Fremdkörpers selbst, handeln. Handelt es sich bei dem Artefakt beispielsweise um einen metallischen Einschluss, wie eine Zahnfüllung oder eine Schraube in einem Knochen, so weist dieser Bereich eine hohe Dichte auf, die eine Art Schatten auf dem Projektionsbild, d.h. Bildpunkte, erzeugt, an denen keine oder nur geringe Mengen an Strahlung empfangen werden.The generated image data, which correspond to two-dimensional images, but which do not necessarily have to be combined according to the invention, are temporarily stored or processed immediately. When processing the image data, individual image points are recorded which have a disruptive data value caused by the artifact. This can be a Act the image of the artifact, ie the foreign body itself. If the artifact is, for example, a metallic inclusion, such as a tooth filling or a screw in a bone, then this area has a high density, which creates a kind of shadow on the projection image, ie image points, on which there is no or only little Amounts of radiation are received.
Bei den störenden Datenwerten kann es sich jedoch auch um Bereiche handeln, die durch Sättigung hervorgerufen wurden . Derartige Bereiche können ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet und somit die Bildqualität verbessert werden.However, the disturbing data values can also be areas that were caused by saturation. Such areas can also be processed using the method according to the invention, and thus the image quality can be improved.
Im nächsten Schritt werden die erfassten, störenden Bildpunkte zu einem Bildbereich zusammengefasst. Dies erfolgt erfindungsgemäß insbesondere jeweils gesondert für jede einzelne zweidimensionale Projektion aus unterschiedlichen Richtungen. Die ermittelten Bildbereiche, beispielsweise das zweidimensional abgebildete Artefakt, werden durch Füllverfahren korrigiert, so dass korrigierte Bilddaten erzeugt werden. Hierzu werden die in den zusammengefassten Bildbereichen vorhandenen Bilddaten vorzugsweise zur ggf. späteren Weiterverwendung zwischengespeichert. Mit Hilfe der Füllverfahren werden den einzelnen Bildpunkten Bilddaten zugewiesen, die den den Bildbereich umgebenden Bilddaten ähnlich sind. Hierzu sind unterschiedliche Füllverfahren geeignet, wie beispielsweise beschrieben in: "Grey Scale Image Mophological Operations" in Digital Image Processing, von W.K. Pratt, Second Edition, ISBN 0-471-85766-1, pp. 484-490; "Image Inpainting" von M. Bertalmfo et al., Proceedings of SIGGRAPH 2000, New Orleans, USA (July 2000) und "Filling-In by Joint Interpolation of Vector Fields and Gray Levels", C. Ballester et. AI. IEEE Transactions on Image Processing (August 2001).In the next step, the captured, disruptive pixels are combined to form an image area. This is done according to the invention in particular separately for each individual two-dimensional projection from different directions. The determined image areas, for example the two-dimensional artifact, are corrected by filling methods, so that corrected image data are generated. For this purpose, the image data present in the combined image areas are preferably buffered for possible later use. With the aid of the filling method, image data which are similar to the image data surrounding the image area are assigned to the individual pixels. Different filling methods are suitable for this purpose, as described, for example, in: "Gray Scale Image Mophological Operations" in Digital Image Processing, by W.K. Pratt, Second Edition, ISBN 0-471-85766-1, pp. 484-490; "Image Inpainting" by M. Bertalmfo et al., Proceedings of SIGGRAPH 2000, New Orleans, USA (July 2000) and "Filling-In by Joint Interpolation of Vector Fields and Gray Levels", C. Ballester et. AI. IEEE Transactions on Image Processing (August 2001).
Aus den so erzeugten korrigierten Bilddaten wird sodann das gewünschte Objekt-Schnittbild erzeugt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Computertomographie-Schnittbild. Vorzugsweise wird das Objekt-Schnittbild durch eine Rückprojektion der einzelnen erhaltenen zweidimensionalen, korrigierten Bilddaten erzeugt. Ein derartiges Rückprojektionsverfahren ist beispielsweise in F. Natterer, "The mathematics of computerized tomography",The desired object sectional image is then generated from the corrected image data generated in this way. This is, for example, a computed tomography slice image. The object sectional view is preferred generated by a back projection of the individual two-dimensional, corrected image data obtained. Such a rear projection method is described, for example, in F. Natterer, "The mathematics of computerized tomography",
New York: Wiley, 1986, beschrieben.New York: Wiley, 1986.
Bei dem Objekt-Schnittbild kann es sich auch um eine vorzugsweise unmittelbare Erzeugung eines dreidimensionalen Volumens aus den Projektionen handeln.The object sectional image can also be a preferably direct generation of a three-dimensional volume from the projections.
Der störende Datenwert kann durch einen Grenzwert definiert werden, wobei ein Bildpunkt als "einen störenden Datenwert aufweisend" erfasst wird, sobald der Grenzwert über- oder unterschritten wird. Ebenso kann ein Grenzbereich definiert werden, so dass ein Bildpunkt als "einen störenden Datenwert aufweisend" erfasst wird, sobald der Datenwert innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.The interfering data value can be defined by a limit value, a pixel being recorded as "having an interfering data value" as soon as the limit value is exceeded or fallen below. A limit range can also be defined, so that a pixel is recorded as "having a disruptive data value" as soon as the data value lies within predetermined limits.
Als Füllverfahren zum Korrigieren der zusammengefassten Bildbereiche sind eine Vielzahl zweidimensionaler Bildfüllverfahren geeignet. Besonders bevorzugt sind Bild-Füll-Algorithmen und/ oder morphologische Bildschließverfahren und/ oder Bildglättungsverfahren. Mit Hilfe von Bildfüllverfahren werden die zusammengefassten Bereiche mit Werten von benachbarten Bildbereichen bzw. Pixeln gefüllt. Geeignete Bildfüllverfahren sind beispielsweise beschrieben in " Image Inpainting", M. Bertalmao et al., Proceedings of SIGGRAPH 2000, New Orleans, USA (July 2000) und "Filling-In by Joint Interpolation of Vector Fields and Gray Levels", C. Ballester et al. IEEE Transactions on Image Processing (August 2001).A large number of two-dimensional image filling methods are suitable as the filling method for correcting the combined image areas. Image filling algorithms and / or morphological image closing methods and / or image smoothing methods are particularly preferred. With the help of image filling methods, the combined areas are filled with values from neighboring image areas or pixels. Suitable image filling methods are described, for example, in "Image Inpainting", M. Bertalmao et al., Proceedings of SIGGRAPH 2000, New Orleans, USA (July 2000) and "Filling-In by Joint Interpolation of Vector Fields and Gray Levels", C. Ballester et al. IEEE Transactions on Image Processing (August 2001).
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf Grundlage der störenden Bildpunkte ein Schnittbild des Artefakts erzeugt. Dies ist möglich, indem die erfassten störenden Bildpunkte in der zweidimensionalen Projektion gesondert erfasst und ggf. zwischengespeichert werden. Aus diesen zweidimensionalen Bildern kann sodann entsprechend dem Verfahren zur Erzeugung eines Objekt-Schnittbildes ein Artefakt-Schnittbild, vorzugsweise durch Rückprojektion, erzeugt werden. Vorzugsweise werden die beiden Schnittbilder anschließend miteinander kombiniert. Hierdurch ist es möglich, ein Schnittbild, beispielsweise durch einen Kiefer oder einen operierten Knochen etc. zu erzeugen, auf dem das Artefakt wie eine Zahnfüllung, eine Schraube oder eine Metallplatte exakt in ihrer Lage erkannt werden kann, da keine störenden, durch das Artefakt hervorgerufenen Streifen eine Bestimmung der Lage des Artefakts stören bzw. unmöglich machen. Dies ist dadurch erzielt, dass das Objekt-Schnittbild auf Grundlage der korrigierten Bilddaten, d.h. insbesondere korrigierter zweidimensionaler Bilder, erzeugt wird und erst anschließend das ebenfalls erzeugte Artefakt-Schnittbild mit dem Objekt-Schnittbild kombiniert wird. Die durch das Artefakt hervorgerufenen Streifen in dem Schnittbild, die bei einer Kombination unbearbeiteter zweidimensionaler Bilddaten entstehen, sind somit vermieden.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a sectional image of the artifact is generated on the basis of the disturbing pixels. This is possible by separately capturing the recorded disturbing pixels in the two-dimensional projection and, if necessary, temporarily storing them. These two-dimensional images can then be used in accordance with the method for generating an object sectional image Artifact slice image, preferably by rear projection. The two sectional images are then preferably combined with one another. This makes it possible to generate a sectional image, for example through a jaw or an operated bone, etc., on which the artifact, such as a tooth filling, a screw or a metal plate, can be exactly identified in its position, since there are no disruptive effects caused by the artifact Stripes interfere with a determination of the position of the artifact or make it impossible. This is achieved in that the object sectional image is generated on the basis of the corrected image data, ie in particular corrected two-dimensional images, and only then is the combined artifact sectional image combined with the object sectional image. The stripes in the sectional image caused by the artifact, which result from a combination of unprocessed two-dimensional image data, are thus avoided.
Vorzugsweise erfolgt die Erzeugung des Objekt-Schnittbildes und/ oder des Artefakt-Schnittbildes durch gefilterte Rückprojektion. Ferner kann die Erzeugung des Schnittbildes durch die algebraische Rekonstruktionstechnik (ART) oder die Maximal-Wahrscheinlichkeits-Methode (ML) erzeugt werden. Diese Methoden sind beispielsweise in "Multiscale Cone-Beam X-Ray Reconstruction" von Yves Trouset et. AI., SPIE Vol 1231 Medical Imaging IV: Image Formation (1990), beschrieben.The object sectional image and / or the artifact sectional image is preferably generated by filtered rear projection. Furthermore, the generation of the slice image can be generated by the algebraic reconstruction technique (ART) or the maximum probability method (ML). These methods are described, for example, in "Multiscale Cone-Beam X-Ray Reconstruction" by Yves Trouset et. AI., SPIE Vol 1231 Medical Imaging IV: Image Formation (1990).
Zur Erzeugung der zweidimensionalen Bilddaten wird vorzugsweise eine Konus- Strahl-Vorrichtung, die insbesondere einen C-förmigen Arm aufweist, erzeugt. Ebenso ist es möglich, die zweidimensionalen Bilddaten durch "digital volume tomography (DVT)", durch "spriral Computer tomography" und/ oder "headical Computer tomography" zu erzeugen. Anstelle des Verwendens von Röntgenstrahlen können auch Gammakameras für die Positions- Emissions-Tomographie (PET) oder für die Einzelpositions- Emissions-Tomographie (SPECT) eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für medizinische Anwendungen geeignet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Untersuchungen oder Operationen an Zahnfüllungen aufweisenden Zähnen oder um die Untersuchung bzw. Operation von Knochenbrüchen oder dgl., bei denen Schrauben, Stifte, Platten etc. verwendet wurden.To generate the two-dimensional image data, a cone-beam device, which in particular has a C-shaped arm, is preferably generated. It is also possible to generate the two-dimensional image data by "digital volume tomography (DVT)", by "spriral computer tomography" and / or "headical computer tomography". Instead of using x-rays, gamma cameras can also be used for position emission tomography (PET) or for single position emission tomography (SPECT). The method according to the invention is particularly suitable for medical applications. This involves, for example, examinations or operations on teeth with fillings or the examination or operation of broken bones or the like, in which screws, pins, plates, etc. were used.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred embodiment with reference to the attached drawings.
Es zeigen:Show it:
Fign. 1 und 2 eine schematische Ansicht einer einen konusförmigen Strahl erzeugenden Computertomographie-Vorrichtung mit C- Bogen in unterschiedlichen Stellungen,FIGS. 1 and 2 show a schematic view of a computer tomography device with a C-arm in different positions that generates a conical beam,
Fig. 3 ein zweidimensionales, durch einen in den Fign. 1 und 2 dargestellten Computertomographen erzeugtes Bild,Fig. 3 is a two-dimensional, by one in Figs. 1 and 2 shown computer tomograph generated image,
Fig. 4 das in Fig. 3 dargestellte Bild, in dem zusätzlich die Bildbereiche markiert sind, die störende Bildpunkte aufweisen,4 shows the image shown in FIG. 3, in which the image areas are additionally marked which have interfering pixels,
Fig. 5 das in Fig. 4 dargestellte zweidimensionale Bild, in dem die Bildbereiche durch ein Füllverfahren korrigiert wurden,5 shows the two-dimensional image shown in FIG. 4, in which the image areas have been corrected by a filling method,
Fig. 6 ein aus mehreren zweidimensionalen Bildern entsprechend dem in Fig. 5 dargestellten Bild erzeugtes Schnittbild,6 shows a sectional image generated from several two-dimensional images corresponding to the image shown in FIG. 5,
Fig. 7 ein zweidimensionales Bild der aus dem in Fig. 4 dargestellten Bild entfernten Artefakte, Fig. 8 eine Kombination aus einem Artefakte-Schnittbild mit dem in Fig. 6 dargestellten Objekt-Schnittbild, und7 is a two-dimensional image of the artifacts removed from the image shown in FIG. 4; FIG. 8 shows a combination of an artifact sectional view with the object sectional view shown in FIG. 6, and
Fig. 9 ein Fig. 8 entsprechendes Schnittbild, auf welches das erfindungsgemäße Verfahren nicht angewandt wurde.FIG. 9 shows a sectional view corresponding to FIG. 8, to which the method according to the invention was not applied.
Schnittbilder können beispielsweise mit Computertomographen erzeugt werden. Derartige Computertomographen weisen beispielsweise eine Röntgenstrahlquelle 10 auf, die einen konusförmigen Strahl 12 erzeugt. Der konusförmige Strahl 12 ist auf ein Objekt 14, wie einen menschlichen Körper, gerichtet. Von einem der Strahlenquelle 10 gegenüberliegenden Detektor 16 werden zweidimensionale Bilddaten aufgenommen. Das Objekt 14, wie beispielsweise der menschliche Körper, sind auf einem Tisch 18 angeordnet. Zur Erzeugung von zweidimensionalen Bilddaten aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen 20, 22 kann ein C-förmiger Arm 24 des Computertomographen in Richtung eines Pfeils 26 in die in der Fig. 2 dargestellte Stellung verschwenkt werden. Zur Erzeugung eines Computertomographie-Schnittbildes werden bis zu 200 Einzelbilder aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen erzeugt.Cross-sectional images can be generated, for example, with computer tomographs. Computed tomographs of this type have, for example, an X-ray source 10 which generates a conical beam 12. The conical beam 12 is aimed at an object 14, such as a human body. Two-dimensional image data are recorded by a detector 16 opposite the radiation source 10. The object 14, such as the human body, are arranged on a table 18. To generate two-dimensional image data from different projection directions 20, 22, a C-shaped arm 24 of the computer tomograph can be pivoted in the direction of an arrow 26 into the position shown in FIG. 2. To generate a computed tomography slice image, up to 200 individual images are generated from different projection directions.
Ein einziges zweidimensionales, durch Computertomographie erzeugtes Bild einer menschlichen Wirbelsäule ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 3 sind somit die zweidimensionalen Bilddaten, die durch Projektion aus einer Projektionsrichtung erhalten werden, visualisiert. Hierbei sind in der Projektion zwei Artefakte 28 in Form von Schrauben erkennbar. Die Artefakte 28 würden bei der Erzeugung eines Schnittbildes aus einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen in einem Bild Streifen erzeugen und ein Bestimmen der Lage der Schraube und eine Aussage über das die Schraube umgebende Material unmöglich machen. Ein derartiges Schnittbild ist in Fig. 9 dargestellt.A single two-dimensional image of a human spine generated by computed tomography is shown in FIG. 3. The two-dimensional image data obtained by projection from a projection direction are thus visualized in FIG. 3. Two artifacts 28 in the form of screws can be seen in the projection. The artifacts 28 would produce stripes in one image when generating a sectional image from a multiplicity of two-dimensional images from different projection directions and would make it impossible to determine the position of the screw and to make a statement about the material surrounding the screw. Such a sectional view is shown in FIG. 9.
Erfindungsgemäß werden die Bildpunkte der Artefakte 28, die störende Datenwerte aufweisen, erfasst. Im dargestellten Beispiel kann dies durch einen vorgegebenen Grenzwert erreicht werden, der durch die schattenartige Abbildung der Schrauben unterschritten ist. Die erfassten Bildpunkte werden zu Bildbereichen 30 (Fig. 4) zusammengefasst und zur späteren Verwendung zwischengespeichert.According to the invention, the pixels of the artifacts 28, which have disruptive data values, are recorded. In the example shown, this can be done using a predetermined limit can be reached, which is below the shadow-like image of the screws. The captured pixels are combined into image areas 30 (FIG. 4) and buffered for later use.
Anschließend werden die Bildbereiche 30 durch geeignete Füllverfahren gefüllt, so dass korrigierte, zweidimensionale Bilddaten (Fig. 5) erzeugt werden. Das Erzeugen korrigierter Bilddaten wird für sämtliche aus den unterschiedlichen Projektionsrichtungen erzeugten zweidimensionalen Bilder durchgeführt. Aus der Vielzahl der so erhaltenen korrigierten Bilddaten wird sodann, vorzugsweise durch Rückprojektion, das Objekt-Schnittbild (Fig. 6) erzeugt.The image areas 30 are then filled by suitable filling methods, so that corrected, two-dimensional image data (FIG. 5) are generated. The generation of corrected image data is carried out for all two-dimensional images generated from the different projection directions. The object sectional image (FIG. 6) is then generated from the large number of corrected image data thus obtained, preferably by back-projection.
Aus den zwischengespeicherten zweidimensionalen Daten der Artefakte 28 aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen kann auf dieselbe Weise ein Artefakte- Schnittbild erzeugt werden. Dieses kann sodann wiederum mit dem Objekt- Schnittbild (Fig. 6) kombiniert werden, so dass das gewünschte Schnittbild (Fig. 8) entsteht, in dem die Lage des Artefakts 28 exakt bestimmt und auch die Umgebung definiert abgebildet ist. Aus einem derartigen Bild können beispielsweise über den Heilungsprozess erheblich bessere Informationen abgeleitet werden als aus einem Computertomographie-Schnittbild (Fig. 9), das nicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet wurde. An artifact slice image can be generated in the same way from the temporarily stored two-dimensional data of the artifacts 28 from different projection directions. This can then in turn be combined with the object sectional image (FIG. 6), so that the desired sectional image (FIG. 8) is produced, in which the position of the artifact 28 is exactly determined and the surroundings are also shown in a defined manner. From such an image, considerably better information can be derived, for example, about the healing process than from a computed tomography sectional image (FIG. 9) that was not processed with the method according to the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erzeugung eines Schnittbildes eines ein Artefakt (28) aufweisenden Objekts aus zweidimensionalen Daten, insbesondere eines Computertomographie-Schnittbildes, mit den Schritten:1. A method for generating a sectional image of an object having an artifact (28) from two-dimensional data, in particular a computed tomography sectional image, with the steps:
- Erzeugen zweidimensionaler Bilddaten des Objekts aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen (20, 22),Generating two-dimensional image data of the object from different projection directions (20, 22),
- Erfassen von Bildpunkten, die einen durch das Artefakt (28) hervorgerufenen, störenden Datenwert aufweisen,- Acquisition of pixels which have a disturbing data value caused by the artifact (28),
- Zusammenfassen der störenden Bildpunkte zu Bildbereichen (30),- Combining the disruptive pixels to image areas (30),
- Korrigieren der Bildbereiche (30) durch Füllverfahren zur Erzeugen korrigierter Bilddaten und- Correcting the image areas (30) by filling methods for generating corrected image data and
- Erzeugen des Objekt-Schnittbildes aus den korrigierten Bilddaten.- Generation of the object sectional image from the corrected image data.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die störenden Datenwerte einen Grenzwert über- oder unterschreiten oder innerhalb eines Grenzbereichs liegen.2. The method according to claim 1, in which the interfering data values exceed or fall below a limit value or lie within a limit range.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem zum Korrigieren der Bildbereiche als Füllverfahren Bild-Füll-Algorithmen und/ oder morphologische Bild-Schließverfahren und/ oder Bild-Glättungsverfahren eingesetzt werden.3. The method as claimed in claim 1 or 2, in which image filling algorithms and / or morphological image closing methods and / or image smoothing methods are used as correction methods for correcting the image areas.
4. Verfahren nach Anspruch 1 - 3, bei welchem auf Grundlage der störenden Bildpunkte ein Schnittbild des Artefakts (28) erzeugt und das Artefakt- Schnittbild mit dem Objekt-Schnittbild kombiniert wird. 4. The method according to claim 1-3, in which a sectional image of the artifact (28) is generated on the basis of the interfering image points and the artifact sectional image is combined with the object sectional image.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei welchem das Objekt- Schnittbild und/ oder das Artefakt-Schnittbild erzeugt wird durch gefilterte Rückprojektion und/ oder algebraische Rekonstruktionstechnik.5. The method according to any one of claims 1-4, in which the object sectional image and / or the artifact sectional image is generated by filtered rear projection and / or algebraic reconstruction technology.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, bei welchem die zweidimensionalen Bilddaten durch eine Konus-Strahl-Vorrichtung, insbesondere eine einen C-Bogen aufweisende, einen konusförmigen Röntgenstrahl erzeugende Vorrichtung erzeugt werden.6. The method according to any one of claims 1-5, wherein the two-dimensional image data are generated by a cone-beam device, in particular a device having a C-arm and generating a cone-shaped X-ray beam.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6 für medizinische Anwendungen. 7. The method according to any one of claims 1-6 for medical applications.
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