WO2002039790A1 - Streustrahlungskorrekturverfahren für eine röntgen-computertomographieeinrichtung - Google Patents

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Definitions

  • the invention is concerned with the correction of image artifacts due to scattered radiation in X-ray computed tomography.
  • tungsten In order to suppress the scattered radiation component in the radiation intensity measured values measured with a detector, it is known to collimate the X-rays radiating through the examination object on the detector side. Collimators are usually made of tungsten, which is very suitable for this because of its high weakening. However, tungsten has the disadvantage that it is very expensive. This cost disadvantage is particularly significant if a detector matrix with a large number of detector elements arranged next to one another in several superimposed detector rows is used as the detector. With such detectors, the shaft depth of the collimator shafts provided for each individual detector element must be increased with increasing number of lines. From a certain number of lines of the detector, the constructive and the material expenditure would no longer be regarded as acceptable. The object of the invention is therefore to make it possible to avoid image artifacts caused by scattered radiation in the case of multi-cell detectors with less effort.
  • the invention is based, according to a first aspect, on a method for correcting the scattered radiation of radiation intensity measured values, which are obtained in an x-ray computer tomography device by means of a detector matrix lying in a tomography measurement field of the computer tomography device, which have a large number in a plurality of detector lines lying one above the other arranged detector elements.
  • At least one reference distribution of the scattered radiation intensity in the row direction of the detector matrix is determined, and then, based on this at least one reference distribution, a scattered radiation component of each intensity measurement value is determined and the intensity measurement values are corrected as a function of their respective scattered radiation component, the scattered radiation component the intensity measurement values of at least a partial number of the detector lines are determined by recursion in the following way: a) the scattered radiation component of the intensity measurement values of a current detector line of the recursion is determined from the intensity measurement values of this current detector line and a primary radiation component of the intensity measurement values of a previous detector line of the recursion, b) the primary radiation component of the Intensity measurements of the previous detector line become the intensity measurements of this previous detector line and its scattered radiation component are determined, and c) intensity values from the reference distribution of the scattered radiation intensity are used as the scattered radiation component of the intensity measurement values of a first detector line of the recursion.
  • a tomography measuring field is then understood to be a measuring area equipped with detector elements, in which the total radiation measured contains a primary radiation component.
  • the tomography measuring field is determined by an aperture arrangement on the source side.
  • a computational estimate of the scattered radiation component is made for all detector lines on the basis of at least one reference distribution.
  • expensive collimator shafts can be dispensed with.
  • the recursion which is used for at least a partial number of the detector lines, provides the basis for taking into account a profile of the scattered radiation component that changes across the detector lines.
  • the at least one reference distribution of the scattered radiation intensity is obtained from reference intensity measured values which are obtained by measuring the radiation intensity outside the tomography measurement field. This takes advantage of the fact that no primary radiation occurs outside the tomography measurement field. Measuring elements located there therefore only detect scattered radiation. From this, a distribution of the scattered radiation in the row direction can easily be determined, which is then used as a reference distribution.
  • the radiation intensity measurement is expediently carried out above a first detector row of the detector matrix or / and below a last detector row of the detector matrix.
  • the spatial profile of the scattered radiation can be represented by a comparatively low-frequency function. It is therefore sufficient if measured values for the scattered radiation are recorded only in a relatively coarse grid in the row direction.
  • the reference intensity measured values are preferably obtained at measuring locations which are spaced apart from one another in the row direction of the detector matrix, the number of which is smaller, in particular significantly smaller than the number of detector elements per detector row. The reference distribution of the scattered radiation intensity can then easily be obtained by interpolating the reference intensity measured values.
  • the recursion should expediently be started at least in an edge-side detector line of the detector matrix.
  • the at least one reference distribution of the scattered radiation intensity is calculated using the intensity measurement values of at least one detector row of the detector matrix.
  • the reference distribution can be calculated on the basis of a mathematical folding model.
  • a convolution model For a computed tomography device with one line such a convolution model is known, for example, from B. Ohnesorge: "Investigations of Scatter Correction in Electron Beam Computer Tomographs", Chair of Telecommunications at the University of Er Weg-Nuremberg, diploma thesis, 1994.
  • this convolution model By adapting this convolution model to a multi-cell detector matrix, the scattered radiation distribution can be for a detector line of the matrix can be estimated arithmetically from the intensity measurement values obtained from this detector line.
  • the reference distribution is expediently calculated using the intensity measurement values of a middle detector line of the detector matrix and the recursion is started at least in this middle detector line towards the upper and lower detector lines.
  • the reference distribution can also be calculated on the basis of the intensity measurement values of another detector line, in particular even of a detector line on the edge.
  • the recursion can be ended after a partial number of detector lines and a further recursion can be started in a subsequent detector line.
  • the further recursion can be started on the basis of the same or a different reference distribution of the scattered radiation intensity. If the object under examination contains comparatively high-contrast structures, the intensity measured values can change relatively strongly from detector line to detector line and / or within a detector line from detector element to detector element, and not because of a rapid change in the scattered radiation (which - as already mentioned) changes only comparatively slowly locally as a rule) but due to locally changing attenuation properties of the irradiated material.
  • the scattered radiation components determined after the recursion has been carried out are preferably low-pass filtered in the column and, if desired, also in the row direction of the detector matrix.
  • Low-pass filtering filters out intensity changes from the recursively determined scattered radiation components that have a comparatively high spatial frequency. These are regularly based on changes in the weakening properties.
  • the filtered scattered radiation components thus very well reflect the low-frequency profile of the scattered radiation.
  • the intensity measured values are then corrected as a function of their respective filtered scattered radiation component.
  • the estimate obtained for the scattered radiation component of the intensity measurement values can be refined if two values of the scattered radiation component are determined for each intensity measurement value based on two different reference distributions and the intensity measurement values are corrected in accordance with a respective averaged scattered radiation component.
  • the invention therefore also provides a method for correcting the scattered radiation of radiation intensity measured values, which are obtained in an X-ray computer tomography device by means of a detector matrix which is located in a tomography measurement field of the computer tomography device and which has a plurality of detector elements arranged next to one another in a plurality of detector rows one above the other.
  • At least one reference distribution of the scattered radiation intensity in the row direction of the detector matrix is obtained from reference intensity measurement values obtained by radiation intensity measurement outside the tomography measurement field, and that a scattered radiation component of each intensity measurement value is then determined on the basis of this at least one reference distribution and the intensity measurement values are corrected depending on their respective scattered radiation component.
  • the recursion explained earlier with steps a) to c) can also be used here.
  • an intensity value from the reference distribution of the scattered radiation intensity is simply adopted directly as the scattered radiation distribution. In cases where the scattered radiation intensity actually changes only slightly across the detector matrix, very good results can already be achieved. If, on the other hand, noticeable changes in the scattered radiation intensity are to be expected, the recursive approach will be preferred.
  • the invention also relates to an X-ray computer tomography device which is designed to carry out the method according to the first or / and second aspect.
  • an additional detector arrangement arranged outside the tomography measurement field can be provided for obtaining the reference intensity measurement values.
  • the additional detector arrangement can have a plurality of additional detector elements arranged at a distance from one another in the line direction of the detector matrix, each of which supplies one of the reference intensity measurement values, above a first detector line of the detector matrix or / and below a last detector line of the detector matrix.
  • the number of additional detector elements in the row direction of the detector matrix is preferably smaller, in particular considerably smaller than the number of detector elements per detector row.
  • FIG. 1 schematically shows an embodiment of a CT scanner according to the invention with a multi-cell detector matrix
  • FIG. 2 schematically shows a top view of the detector matrix when viewed in the direction of arrow II in FIG. 1.
  • the CT scanner shown in the figures comprises an X-ray source 10 and a detector arrangement 12.
  • the X-ray source 10 emits X-ray radiation in a fan shape, as indicated at 14.
  • An examination object 16 arranged in the beam path between the X-ray source 10 and the detector arrangement 12 is penetrated by the X-ray radiation.
  • the detector arrangement 12 detects the X-ray radiation present behind the examination object 16.
  • the detector arrangement 12 comprises a detector matrix 18 made up of a plurality of detector elements 20 which are superimposed on several Rows are distributed and are arranged side by side in each row in the direction of a fan angle ß. Two such detector lines are shown by way of example in FIG.
  • the number of detector lines can deviate from this arbitrarily and can instead be 8, 16 or 24, for example.
  • the size of the beam fan 14 in the direction of the fan angle ⁇ can be adjusted by means of an aperture arrangement 22 which is arranged between the x-ray source 10 and the examination object 16.
  • the radiation emitted by the x-ray source 10 is likewise limited by a comparable diaphragm arrangement (not shown).
  • the diaphragm arrangement 22 and the z-diaphragm arrangement just mentioned define in the area of the detector arrangement 12 a tomography measurement field within which primary radiation can be detected, which strikes the detector arrangement 12 in a straight path from the x-ray source 10 without being scattered in the examination object 16.
  • the detector matrix 18 lies entirely within this tomography measurement field.
  • Each position in the direction of the fan angle ⁇ , at which a detector element 20 is located, corresponds to a projection channel.
  • Each detector element 20 detects the radiation incident in its spatial area and delivers a corresponding intensity measurement signal I G ( ⁇ , k) to an electronic evaluation and reconstruction unit 24.
  • the index n stands for the number of the line of the detector matrix 18 in which the relevant one Detector element 20 is located, k represents the channel number.
  • the evaluation and reconstruction unit 24 first performs a scattered radiation correction on the incoming intensity measurement signals I G ( ⁇ , k) by subtracting a scattered radiation component I s (n, k) from the intensity measurement signals I G (n, k).
  • a primary radiation component I P (n, k) remains which is representative of the intensity of the primary radiation incident on the respective detector element 20.
  • the evaluation and reconstruction Unit 24 from the intensity values I P (n, k) attenuation values which it uses to reconstruct a tomography image of the irradiated layer of the examination object 16 displayed on a monitor 26.
  • the CT scanner requires projections from a variety of different directions to reconstruct the tomography image.
  • the x-ray source 10 can be moved in the arrow direction 28 around the examination object 16.
  • the CT scanner is designed to first determine a reference distribution of the scattered radiation intensity in the line direction.
  • This reference distribution specifies a reference value I sref (k) for the scattered radiation intensity for each channel k.
  • the detector arrangement 12 comprises, in addition to the detector matrix 18, a plurality of additional detector elements 30 (see FIG. 2). These lie outside the tomography measurement field and are therefore not hit by primary radiation but only by scattered radiation.
  • the additional detector elements 30 accordingly allow measurement-related information to be obtained about the intensity of the scattered radiation.
  • the additional detector elements 30 are also connected to the evaluation and reconstruction unit 24 and deliver their measurement signals to the same.
  • the additional detector elements 30 are arranged above the top row of the detector matrix 18 and / or below the bottom row in the z direction. Since the local distribution of the scattered radiation can generally be described by a comparatively low-frequency function, a coarse grid of the additional detector elements 30 is sufficient in the row direction, which is why, compared to the number of detector elements 20 per row, preferably only a significantly smaller one, for example by one Order of magnitude smaller number of additional detector elements 30 is provided in the row direction.
  • the evaluation and reconstruction unit 24 determines by interpolation from those of the Additional detector elements 30 provided measurement signals the reference distribution I Sr ⁇ f (k).
  • the additional detector elements 30 are expediently distributed at regular intervals in the row direction; however, this is not mandatory. It goes without saying that it is not excluded to provide a number of additional detector elements 30 which is equal to the number of detector elements 20 in the row direction.
  • I G (n, k) I P (n, k) + I s (n, k) (1)
  • the aim of the scattered radiation correction carried out in the evaluation and reconstruction unit 24 is first of all to estimate the scattered radiation component I s (n, k) as precisely as possible, in order subsequently to have the most accurate possible values for the primary radiation component I P (n, k) that the Image reconstruction can be supplied.
  • the scattered radiation estimate begins in the top or bottom detector line, depending on whether the reference distribution Is ref (k) was obtained from the measurement signals above or below the detector matrix 18 of additional detector elements 30.
  • Is ref (k) was obtained from the measurement signals above or below the detector matrix 18 of additional detector elements 30.
  • the top detector line is started.
  • the channel number is no longer specified explicitly. However, the following considerations apply to any angular position in the beam fan and therefore to any channel number. The following then applies to the top detector line:
  • I G (1) I P (1) + I s (l) (2)
  • the primary radiation intensity IP (1) can therefore be calculated in a simple manner as follows:
  • I P (1) I G (1) - Isref (3)
  • the primary radiation intensities in all further detector lines can now be determined analogously on the assumption that the primary radiation intensity I P (nl) of the nlth detector line approximately corresponds to the primary radiation intensity -0 Ip (n) of the nth line.
  • the scattered radiation intensity I s (n) in the nth line can be recursively calculated from the actually measured total intensity I G (n) in this line and the primary radiation intensity I P (nl) in the previous line n-1 as follows : 5
  • the primary radiation intensity I P (n) of the nth line can be estimated according to: 0
  • the low-pass filtering can be carried out as one-dimensional filtering in the z direction or as two-dimensional filtering in the z and line directions.
  • two reference distributions I Sref , l and Is ref 2 can be determined, namely one (I Sre f, l) from the measurement signals of the additional detector elements 30 and above the detector matrix 18 the other (I Sref , 2) from the measurement signals of the additional detector elements 30 located below the detector matrix 18.
  • the above method for recursively estimating the primary radiation intensities can then be carried out twice, namely once starting in the top detector line on the basis of the reference distribution ls r ef / 1 and once starting in the bottom detector line based on the reference distribution I Sr ⁇ f , 2. In this way, two values I P , 1 and Ip, 2 of the primary radiation intensity are obtained for each detector element 20, which are then averaged. The averaged intensity values are then used for the image reconstruction.
  • the primary radiation intensities I P (n) can then simply be calculated as follows:
  • I P (n) I G (n) - Isre (6)
  • the reference distribution Is ref can also be determined in a different way than with the aid of the additional detector elements 30. So it is possible, for example, from the intensity measurements
  • This scattered radiation distribution Is (n) can then be used as a reference distribution Is ref in order to estimate the scattered radiation portion of the intensity measurement values of these lines for the other lines of the detector matrix 18 by means of the recursion method above.
  • C M denotes a machine constant and f ( ⁇ z s ⁇ ) a weighting that is dependent on the layer thickness.
  • Isc, for (ß) is a forward scattered radiation intensity calculated in the single scattering model with
  • Ksc forw is a proportionality constant, I 0 the intensity of the unattenuated radiation and I (ß) the radiation intensity measured in the fan angle ß by the detector system.
  • I 0 the intensity of the unattenuated radiation
  • I (ß) the radiation intensity measured in the fan angle ß by the detector system.
  • the folding equation (7) the scattering contributions of all rays in the fan to all detector elements are taken into account by the folding core G ( ⁇ ). It is usually specified as a distance core:
  • A is a parameter that can be used to control the width. It can be determined empirically from image optimizations or from a comparison of scattered radiation distributions calculated and simulated in the convolution model.
  • I denotes the radiation intensity measured in the fan angle ß of the nth detector line.
  • R (ß, z n ):
  • the distance core is now:
  • the scattered radiation distribution Isc ( ⁇ > Z n ) can be calculated in the above manner for any row of the detector matrix 18. It is recommended to calculate it for a middle detector line. The scattered radiation distribution calculated in this way is then used as the reference distribution I Sr ⁇ f for the recursion.
  • the recursion is started in the line from whose intensity measurement values the reference distribution was calculated. In the case of a middle detector line, both a recursion to the upper detector lines and a recursion to the lower detector lines are started. If the recursion is interrupted after a partial number of detector lines, a new recursion is preferably started in a new line with a new reference distribution, which was calculated using the above convolution model from the intensity measurement values of this new line. In this way, a high quality can be achieved when estimating the exact scattered radiation components.

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Abstract

Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungsintensitätsmesswerten, welche in einer Röntgen-Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomographiemessfeld der Computertomographieeinrichtung liegenden Detektormatrix erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter Detektorelemente aufweist. Dabei wird zunächst mindestens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektormatrix ermittelt und sodann wird, ausgehend von dieser mindestens einen Referenzverteilung ein Streustrahlungsanteil jedes Intensitätsmesswerts ermittelt und die Intensitätsmesswerte werden in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert. Dabei wird der Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte mindestens einer Teilanzahl der Detektorzeilen unter Anwendung eines Rekursionsverfahrens auf Grundlage der Referenzverteilung ermittelt.

Description

Beschreibung
Streustrahlungskorrekturverfahren für eine Röntgen-Computer- tomographieeinrichtung
Die Erfindung befasst sich mit der Korrektur streustrahlungs- bedingter Bildartefakte in der Röntgen-Computertomographie.
Genauso wie Strahlaufhärtungseffekte können auch Streueffekte unerwünschte Bildartefakte im rekonstruierten Tomographiebild einer durchstrahlten Schicht eines Patienten oder eines beliebigen anderen Untersuchungsobjekts hervorrufen. Diese Bildartefakte spiegeln Strukturen vor, die keiner realen Vorlage des Untersuchungsobjekts entsprechen und deshalb zu Fehlinterpretationen des Tomographiebilds verleiten. Besonders im medizinischen Sektor können solche Fehlinterpretationen gravierende Folgen bis hin zur Gefährdung des Lebens des Patienten haben.
Zur Unterdrückung des Streustrahlungsanteils in den mit einem Detektor gemessenen Strahlungsintensitätsmesswerten ist es bekannt, die das Untersuchungsob ekt durchstrahlende Röntgenstrahlung detektorseitig zu kollimieren. Kollimatoren werden in der Regel aus Wolfram hergestellt, das sich wegen seiner hohen Schwächung hierfür sehr gut eignet. Wolfram hat allerdings den Nachteil, dass es sehr teuer ist. Dieser Kostennachteil fällt besonders dann ins Gewicht, wenn als Detektor eine Detektormatrix mit einer Vielzahl in mehreren überein- anderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter De- tektorele ente verwendet wird. Bei solchen Detektoren muss mit zunehmender Zeilenzahl die Schachttiefe der für jedes einzelne Detektorelement vorgesehenen Kollimatorschächte vergrößert werden. Der konstruktive und der Materialaufwand würden ab einer gewissen Zeilenzahl des Detektors als nicht mehr akzeptabel angesehen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit geringerem Aufwand die Vermeidung streustrahlungsbedingter Bildartefakte bei mehrzelligen Detektoren zu ermöglichen.
Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung nach einem ersten Aspekt von einem Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungsintensitätsmesswerten aus, welche in einer Röntgen-Co putertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomographiemessfeld der Computertomographieeinrichtung lie- genden Detektormatrix erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter Detektorelemente aufweist.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zunächst mindes- tens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektormatrix ermittelt wird und dass sodann ausgehend von dieser mindestens einen Referenzverteilung ein Streustrahlungsanteil jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die Intensitätsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden, wobei der Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte mindestens einer Teilanzahl der Detektorzeilen durch Rekursion in folgender Weise ermittelt wird: a) der Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte einer aktuellen Detektorzeile der Rekursion wird aus den Intensitätsmesswerten dieser aktuellen Detektorzeile und einem Primärstrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte einer vorhergehenden Detektorzeile der Rekursion ermittelt, b) der Primärstrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte der vorhergehenden Detektorzeile wird aus den Intensitätsmesswerten dieser vorhergehenden Detektorzeile und deren Streustrahlungsanteil ermittelt, und c) als Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte einer ersten Detektorzeile der Rekursion werden Intensitätswerte aus der Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität verwendet . Wenn hier von PrimärStrahlung die Rede ist, so wird darunter derjenige Strahlungsanteil der auf die Detektorelemente einfallenden Gesamtstrahlung verstanden, der ungestreut, also auf direktem Weg von der Strahlungsquelle der Computertomo- graphieeinrichtung zu der Detektormatrix gelangt. Als Tomo- graphiemessfeld wird dann ein mit Detektorelementen bestückter Messbereich verstanden, in dem die gemessene Gesamtstrahlung einen Primärstrahlungsanteil enthält. In der Regel wird das Tomographiemessfeld durch eine quellenseitige Blendenan- Ordnung festgelegt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt für alle Detektorzeilen eine rechnerische Abschätzung des Streustrahlungsanteils anhand mindestens einer Referenzverteilung. Hierdurch kann auf teure Kollimatorschächte verzichtet werden. Die Rekursion, die zumindest für eine Teilanzahl der Detektorzeilen angewendet wird, bietet die Grundlage, um ein sich über die Detektorzeilen hinweg änderndes Profil des Streustrahlungsanteils zu berücksichtigen.
Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsge äßen Verfahrens wird die mindestens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensitat aus Referenzintensitätsmesswerten gewonnen, welche durch Strahlungsintensitätsmessung außerhalb des Tomographiemessfelds erhalten werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass außerhalb des Tomographiemessfelds keine Primärstrahlung auftritt. Dort angeordnete Messelemente detek- tieren deshalb ausschließlich Streustrahlung. Hieraus kann leicht eine Verteilung der Streustrahlung in Zeilenrichtung ermittelt werden, die dann als Referenzverteilung verwendet wird.
Zweckmäßigerweise wird die Strahlungsintensitätsmessung oberhalb einer ersten Detektorzeile der Detektormatrix oder/und unterhalb einer letzten Detektorzeile der Detektormatrix durchgeführt werden. Im allgemeinen kann das Ortsprofil der Streustrahlung durch eine vergleichsweise niederfrequente Funktion dargestellt werden. Deshalb genügt es, wenn in Zeilenrichtung nur in einem relativ groben Raster Messwerte für die Streustrahlung aufgenommen werden. Mit anderen Worten werden die Referenz- intensitäts esswerte bevorzugt an in Zeilenrichtung der Detektormatrix im Abstand voneinander liegenden Messorten gewonnen, deren Anzahl kleiner, insbesondere wesentlich kleiner als die Anzahl der Detektorelemente pro Detektorzeile ist. Die Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität kann dann leicht durch Interpolation der Referenzintensitätsmess- werte gewonnen werden.
Es kann sogar eine Referenzverteilung durch Strahlungsinten- sitätsmessung oberhalb der ersten Detektorzeile der Detektormatrix und eine weitere Referenzverteilung durch Strahlungsintensitätsmessung unterhalb der letzten Detektorzeile der Detektormatrix gewonnen werden.
Die Rekursion sollte zweckmäßigerweise zumindest in einer randseitigen Detektorzeile der Detektormatrix begonnen werden. Hier wird die Annahme, dass sich die Streustrahlungsintensität außerhalb des Tomographiemessfelds und die Streustrahlungsintensität in einer randseitigen Detektorzeile - wenn überhaupt - nur unwesentlich unterscheiden, in der Regel zutreffen. Deshalb wird der Fehler vernachlässigbar sein, der sich ergibt, wenn als Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte der randseitigen Detektorzeile Intensitätswerte aus der Referenzverteilung verwendet werden.
Bei einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die mindestens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität unter Verwendung der Intensitätsmesswerte mindestens einer Detektorzeile der Detektormatrix berechnet. Insbesondere kann dabei die Referenzverteilung auf Grundlage eines mathematischen Faltungsmodells berechnet werden. Für eine Computertomographieeinrichtung mit einzeilig angeordneten Detektorelementen ist ein solches Faltungsmodell beispielsweise aus B. Ohnesorge: „Untersuchungen der Scatter- Korrektur in Elektronenstrahl-Computertomographen", Lehrstuhl für Nachrichtentechnik der Universität Erlangen-Nürnberg, Diplomarbeit, 1994, bekannt. Durch Anpassung dieses Faltungsmodells an eine mehrzellige Detektormatrix kann die Streustrahlungsverteilung für eine Detektorzeile der Matrix rechnerisch aus den erhaltenen Intensitätsmesswerten dieser Detektorzeile abgeschätzt werden.
Es könnte eingewendet werden, dass grundsätzlich in allen Detektorzeilen die Streustrahlungsverteilung jeweils mit Hilfe des obigen Faltungsmodells berechnet werden könnte und dass dann eine Rekursion überflüssig sei . Faltungsoperationen können jedoch sehr rechenintensiv sein. Die Anwendung der Rekursion für zumindest eine Teilanzahl der Detektorzeilen erlaubt es hingegen, den Rechenaufwand in vertretbaren Grenzen zu halten und gleichzeitig mögliche Änderungen der Streustrahlungsverteilung von Detektorzeile zu Detektorzeile be- rücksichtigen zu können.
Zweckmäßigerweise wird die Referenzverteilung unter Verwendung der Intensitatsmesswerte einer mittleren Detektor-zeile der Detektormatrix berechnet werden und die Rekursion zumin- dest in dieser mittleren Detektorzeile zu oberen und unteren Detektorzeilen hin begonnen werden. Es versteht sich jedoch, dass auch anhand der Intensitätsmesswerte einer anderen Detektorzeile, insbesondere sogar einer randseitigen Detektorzeile, die Referenzverteilung berechnet werden kann.
Um die Qualität der erhaltenen Ergebnisse für den Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte zu verbessern, kann die Rekursion nach einer Teilanzahl von Detektorzeilen beendet werden und in einer nachfolgenden Detektorzeile eine weitere Rekursion gestartet werden. Dabei kann die weitere Rekursion auf Grundlage derselben oder einer anderen Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität gestartet werden. Wenn das Untersuchungsobjekt vergleichsweise kontrastreiche Strukturen enthält, können sich die Intensitatsmesswerte von Detektorzeile zu Detektorzeile oder/und innerhalb einer De- tektorzeile von Detektorelement zu Detektorelement relativ stark ändern, und zwar nicht aufgrund einer rapiden Änderung der Streustrahlung (die sich -' wie bereits gesagt - örtlich im Regelfall nur vergleichsweise langsam ändert) sondern aufgrund örtlich wechselnder Schwächungseigenschaften des durch- strahlten Materials. Damit derartige Unstetigkeiten in der gemessenen Gesamtintensität die letztendlich zur Korrektur der Intensitätsmesswerte herangezogenen Streustrahlungsanteile nicht wesentlich verfälschen, werden die nach Durchführung der Rekursion ermittelten Streustrahlungsanteile in Spalten- und gewünschtenfalls auch in Zeilenrichtung der Detektormatrix vorzugsweise tiefpassgefiltert . Durch die Tiefpassfilterung werden aus den rekursiv ermittelten Streustrahlungsanteilen solche Intensitätsänderungen herausgefiltert, die eine vergleichsweise hohe Ortsfrequenz besitzen. Diese beruhen regelmäßig auf Änderungen der Schwächungseigenschaften. Die gefilterten Streustrahlungsanteile geben so sehr gut das niederfrequente Profil der Streustrahlung wieder. Die Intensitätsmesswerte werden dann in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen gefilterten Streustrahlungsanteil korrigiert.
Eine Verfeinerung der erhaltenen Abschätzung für den Streustrahlungsanteil der Intensitatsmesswerte ist möglich, wenn für jeden Intensitätsmesswert ausgehend von zwei verschiedenen ReferenzVerteilungen zwei Werte des Streustrahlungsan- teils ermittelt werden und die Intensitätsmesswerte entsprechend einem jeweiligen gemittelten Streustrahlungsanteil korrigiert werden.
Unabhängig von der rekursiven Ermittlung der Streustrahlungs- anteile soll auch der Gedanke, die Referenzverteilung durch Strahlungsintensitätsmessung außerhalb des Tomographiemess- felds zu ermitteln, selbständigen Schutz im Rahmen der Erfin- dung genießen. Die Erfindung sieht nach einem zweiten Aspekt daher ferner ein Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungsintensitätsmesswerten vor, welche in einer Röntgen- Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomo- graphiemessfeld der Computertomographieeinrichtung liegenden Detektormatrix erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander angeordneter Detektorelemente aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zunächst mindestens eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektormatrix aus Referenzintensitätsmesswerten gewonnen wird, welche durch Strahlungsintensitätsmessung außerhalb des Tomographiemessfelds erhalten werden, und dass sodann ausgehend von dieser mindestens einen Referenzverteilung ein Streustrahlungs- anteil jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die Intensitatsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden.
Um den Streustrahlenanteil der Intensitatsmesswerte abzu- schätzen, kann auch hier die früher erläuterte Rekursion mit den Schritten a) bis c) zur Anwendung kommen. Es ist aber auch denkbar, für jeden Intensitätsmesswert einen Intensitätswert aus der Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität als Streustrahlungsanteil zu verwenden. Dabei wird für jede Detektorzeile einfach die Referenzverteilung als Streustrahlungsverteilung unmittelbar übernommen. In Fällen, wo sich die Streustrahlungsintensität über die Detektormatrix hinweg tatsächlich nur wenig ändert, können so bereits recht gute Ergebnisse erzielt werden. Ist dagegen mit merklichen Änderungen der Streustrahlungsintensität zu rechnen, wird die rekursive Vorgehensweise vorgezogen werden.
Es versteht sich, dass das Verfahren nach dem zweiten Aspekt durch weitere Merkmale des Verfahrens nach dem ersten Aspekt ausgestaltet werden kann. Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Röntgen-Computer- tomographieeinrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens nach dem ersten oder/und zweiten Aspekt ausgelegt ist. Insbesondere kann bei dieser Computertomographieeinrichtung eine außerhalb des Tomographiemessfelds angeordnete Zusatzdetektoranordnung zur Gewinnung der Referenzintensitätsmesswer- te vorgesehen sein. Die Zusatzdetektoranordnung kann oberhalb einer ersten Detektorzeile der Detektormatrix oder/und unterhalb einer letzten Detektorzeile der Detektormatrix mehrere in Zeilenrichtung der Detektormatrix im Abstand voneinander angeordnete Zusatzdetektorelemente aufweisen, deren jedes einen der Referenzintensitätsmesswerte liefert. Die Anzahl der Zusatzdetektorelemente in Zeilenrichtung der Detektormatrix ist dabei vorzugsweise kleiner, insbesondere wesentlich kleiner als die Anzahl der Detektorelemente pro Detektorzeile.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen CT-Scanners mit mehrzelliger Detektormatrix, und
Fig. 2 schematisch eine Draufsicht auf die Detektormatrix bei Betrachtung in Pfeilrichtung II in Fig. 1.
Der in den Figuren gezeigte CT-Scanner umfasst eine Röntgenquelle 10 sowie eine Detektoranordnung 12. Die Röntgenquelle 10 sendet Röntgenstrahlung fächerförmig aus, wie bei 14 angedeutet. Ein im Strahlengang zwischen der Röntgenquelle 10 und der Detektoranordnung 12 angeordnetes Untersuchungsobjekt 16 wird von der Röntgenstrahlung durchdrungen. Die Detektoranordnung 12 detektiert die hinter dem Untersuchungsobjekt 16 vorhandene Röntgenstrahlung. Speziell umfasst die Detektoranordnung 12 eine Detektormatrix 18 aus einer Vielzahl von Detektorelementen 20, welche auf mehrere übereinander!iegende Zeilen verteilt sind und in jeder Zeile in Richtung eines Fächerwinkels ß nebeneinander angeordnet sind. In Fig. 2 sind beispielhaft vier solcher Detektorzeilen gezeigt; es versteht sich jedoch, dass die Anzahl der Detektorzeilen hiervon be- liebig abweichen kann und beispielsweise stattdessen 8, 16 oder 24 betragen kann. Die Größe des Strahlenfächers 14 in Richtung des Fächerwinkels ß ist mittels einer Blendenanordnung 22 einstellbar, welche zwischen der Röntgenquelle 10 und dem Untersuchungsobjekt 16 angeordnet ist. In Spaltenrichtung der Detektormatrix 18, d.h. in einer Richtung z in Fig. 2, erfolgt ebenfalls eine Begrenzung der von der Röntgenquelle 10 ausgesandten Strahlung durch eine vergleichbare Blendenanordnung (nicht gezeigt) . Die Blendenanordnung 22 und die soeben angesprochene z-Blendenanordnung definieren im Bereich der Detektoranordnung 12 ein Tomographiemessfeld, innerhalb dessen PrimärStrahlung detektierbar ist, die auf geradem Weg von der Röntgenquelle 10 auf die Detektoranordnung 12 trifft, ohne in dem Untersuchungsobjekt 16 gestreut zu werden. Die Detektormatrix 18 liegt vollständig innerhalb dieses Tomogra- phiemessfelds . Jede Position in Richtung des Fächerwinkels ß, an der sich ein Detektorelement 20 befindet, entspricht einem Proj ektionskanal .
Jedes Detektorelement 20 detektiert die in seinem Raumbereich einfallende Strahlung und liefert ein entsprechendes Intensitätsmesssignal IG(Π, k) an eine elektronische Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24. Dabei steht der Index n für die Nummer der Zeile der Detektormatrix 18, in der sich das betreffende Detektorelement 20 befindet, k repräsentiert die Kanalnummer. Die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24 führt an den eingehenden Intensitätsmesssignalen IG(Π, k) zunächst eine Streustrahlungskorrektur durch, indem sie von den Intensitätsmesssignalen IG(n, k) einen Streustrahlungsanteil Is(n, k) subtrahiert. Es verbleibt ein Primärstrahlungs- anteil IP(n, k) , der für die Intensität der auf das jeweilige Detektorelement 20 einfallenden PrimärStrahlung repräsentativ ist. Sodann ermittelt die Auswerte- und Rekonstruktionsein- heit 24 aus den Intensitätswerten IP(n, k) Schwächungswerte, die sie zur Rekonstruktion eines auf einem Monitor 26 angezeigten Tomographiebilds der durchstrahlten Schicht des Untersuchungsobjekts 16 verwendet. Es versteht sich, dass der CT-Scanner zur Rekonstruktion des Tomographiebilds Projektionen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Richtungen benötigt. Zu diesem Zweck ist die Röntgenquelle 10 in Pfeilrichtung 28 um das Untersuchungsobjekt 16 bewegbar.
Um die Streustrahlungskorrektur durchführen zu können, ist der CT-Scanner dazu ausgelegt, zunächst eine Referenzverteilung der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung zu ermitteln. Diese Referenzverteilung gibt für jeden Kanal k einen Referenzwert Isref(k) für die Streustrahlungsintensität an. Zur Ermittlung der Referenzverteilung umfasst die Detektoranordnung 12 zusätzlich zur Detektormatrix 18 eine Mehrzahl von Zusatzdetektorelementen 30 (siehe Fig..2). Diese liegen außerhalb des Tomographiemessfelds und werden demge- äss nicht von PrimärStrahlung sondern von ausschließlich von Streustrahlung getroffen. Die Zusatzdetektorelemente 30 erlauben es demnach, messtechnisch Informationen über die Intensität der Streustrahlung zu erhalten. Auch die Zusatzdetektorelemente 30 sind mit der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24 verbunden und liefern ihre Messsignale an selbige.
Die Zusatzdetektorelemente 30 sind oberhalb der in z-Richtung obersten oder/und unterhalb der in z-Richtung untersten Zeile der Detektormatrix 18 angeordnet. Da sich die örtliche Verteilung der Streustrahlung im allgemeinen durch eine ver- gleichsweise niederfrequente Funktion beschreiben lässt, genügt in Zeilenrichtung ein grobes Raster der Zusatzdetektorelemente 30, weshalb im Vergleich zu der pro Zeile vorhandenen Anzahl von Detektorelementen 20 vorzugsweise nur eine wesentlich geringere, beispielsweise um eine Größenordnung kleinere Anzahl von Zusatzdetektorelementen 30 in Zeilenrichtung vorgesehen ist. Durch Interpolation ermittelt die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24 dann aus den von den Zusatzdetektorelementen 30 gelieferten Messsignalen die Referenzverteilung ISrβf(k). Die Zusatzdetektorelemente 30 sind zweckmäßigerweise in Zeilenrichtung in gleichmäßigen Abständen verteilt; dies ist jedoch nicht zwingend. Selbstverständ- lieh ist es nicht ausgeschlossen, eine der Anzahl der Detektorelemente 20 gleiche Anzahl von Zusatzdetektorelementen 30 in Zeilenrichtung vorzusehen.
Für die in der Detektorzeile n (n=l,..,L) gemessene Gesamtin- tensität IG(n, k) im Kanal k (k=l, ... ,N) gilt:
IG(n, k) = IP(n, k) + Is(n, k) (1)
Ziel der in der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 24 durchgeführten Streustrahlungskorrektur ist es zunächst, den Streustrahlungsanteil Is(n, k) möglichst genau abzuschätzen, um anschließend möglichst genaue Werte für den Primärstrahlungsanteil IP(n, k) zur Verfügung zu haben, die der Bildrekonstruktion zugeführt werden können.
Die Streustrahlungsabschätzung beginnt in der obersten oder der untersten Detektorzeile, je nachdem, ob die Referenzverteilung Isref(k) aus den Messsignalen oberhalb oder unterhalb der Detektormatrix 18 liegender Zusatzdetektorelemente 30 gewonnen wurde. Im folgenden wird davon ausgegangen, dass in der obersten Detektorzeile begonnen wird. Zur vereinfachten Notation wird dabei die Kanalnummer nicht mehr explizit angegeben. Die folgenden Überlegungen gelten jedoch für beliebige Winkelpositionen' im Strahlenfächer und demnach für beliebige Kanalnummern. Für die oberste Detektorzeile gilt dann:
IG(1) = IP(1) + Is(l) (2)
Zur Ermittlung der Primärstrahlungsintensität Ip(l) in der obersten (ersten) Detektorzeile wird die Annahme gemacht, dass sich ISref und der Streustrahlungsanteil Is(l) der ersten Detektorzeile - wenn überhaupt - so nur vernachlässigbar un- terscheiden. Die Primärstrahlungsintensität IP(1) kann daher auf einfache Weise wie folgt berechnet werden:
IP(1) = IG(1) - Isref (3)
5
Die Primärstrahlungsintensitäten in allen weiteren Detektorzeilen können nun analog unter der Annahme ermittelt werden, dass die Primärstrahlungsintensität IP(n-l) der n-l-ten Detektorzeile näherungsweise der Primärstrahlungsintensität -0 Ip(n) der n-ten Zeile entspricht. Unter dieser Annahme kann die Streustrahlungsintensitat Is(n) in der n-ten Zeile aus der tatsächlich gemessenen Gesamtintensität IG(n) in dieser Zeile und der Primärstrahlungsintensität IP(n-l) in der vorhergehenden Zeile n-1 rekursiv wie folgt berechnet werden: 5
Is(n) = lG(n) - Ip(n-l) (4)
Sodann kann die Primärstrahlungsintensität IP(n) der n-ten Zeile abgeschätzt werden gemäß: 0
Figure imgf000014_0001
Die Annahme' Ip(n-l) ~ Ip(n) ist bei kontrastarmen Strukturen im allgemeinen gerechtfertigt. Enthält das Untersuchungsob- 5 jekt 16 jedoch kontrastreiche Strukturen, wie beispielsweise Knochen, so können zwischen aufeinander-folgenden Zeilen o- der/und Kanälen signifikante Änderungen der gemessenen Gesamtintensität auftreten. Damit sich solche Signalunstetig- keiten beim Übergang von Zeile n-1 zu Zeile n in der obigen 0 Rekursion nicht auf die Berechnung der Streustrahlungsintensitäten übertragen und daher die IP(n) -Werte verfälschen, werden die geschätzten Werte Is(n) der Streustrahlungsintensität beispielsweise mit einem Medianfilter wählbarer Länge tiefpassgefiltert . Durch die Tiefpassfilterung werden die 5 angesprochenen Unstetigkeiten beseitigt. Die gefilterten Is(n) -Werte geben dann eine sehr gute Abschätzung der tat- .. sächlichen Streustrahlungsintensität wieder. Aus den gefil- terten Is(n) -Werten werden anschließend durch Einsetzen in obige Gleichung (5) neue IP(n) -Werte berechnet, die für die Bildrekonstruktion herangezogen werden.
Die Tiefpassfilterung kann als eindimensionale Filterung in z-Richtung oder auch als zweidimensionale Filterung in z- und Zeilenrichtung durchgeführt werden.
Sind Zusatzdetektorelemente 30 ober- und unterhalb der Detek- tormatrix 18 vorgesehen, so können zwei Referenzverteilungen ISref,l und Isref 2 ermittelt werden, nämlich eine (ISref,l) aus den Messsignalen der oberhalb der Detektormatrix 18 liegenden Zusatzdetektorelemente 30 und die andere (ISref,2) aus den Messsignalen der unterhalb der Detektormatrix 18 liegenden Zusatzdetektorelemente 30. Es kann dann obiges Verfahren zur rekursiven Abschätzung der Primärstrahlungsintensitäten zweimal durchgeführt werden, nämlich einmal beginnend in der o- bersten Detektorzeile auf Grundlage der Referenzverteilung lsref/1 und einmal beginnend in der untersten Detektorzeile auf Grundlage der Referenzverteilung ISrΘf,2. Es werden so für jedes Detektorelement 20 zwei Werte IP,1 und Ip,2 der Primärstrahlungsintensität erhalten, die anschließend gemittelt werden. Für die Bildrekonstruktion werden dann die gemittel- ten Intensitätswerte verwendet.
In manchen Fällen kann es bereits genügen, die anhand der Zusatzdetektorelemente 30 gewonnene Referenzverteilung ISref als Modell für die Streustrahlungsverteilung aller Detektorzeilen der Detektormatrix 18 zu verwenden. Die Primärstrah- lungsintensitäten IP(n) lassen sich dann einfach wie folgt berechnen:
IP(n) = IG(n) - Isre (6)
Es ist auch denkbar, die Rekursion nicht über alle Detektorzeilen hinweg fortzuführen, sondern sie nach einer Teilanzahl der Detektorzeilen, beispielsweise nach jeder zweiten, drit- ten oder vierten Detektorzeile oder nach der Hälfte der Detektorzeilen, abzubrechen und sodann in einer neuen Detektorzeile eine neue Rekursion zu starten. In dieser neuen Detektorzeile wird dann analog zu Gleichung (3) wieder die Annahme gemacht, dass die Streustrahlungsverteilung dieser Zeile der Referenzverteilung Isref entspricht. Es ist sogar vorstellbar, beim Neustart der Rekursion von einer anderen Referenzverteilung auszugehen. Bei obigem Beispiel mit Zusatzdetektorelementen 30 ober- und unterhalb der Detektormatrix könnte es etwa sinnvoll sein, für die obere Hälfte der Detektorzeilen eine Rekursion auf Grundlage der Referenzverteilung ISrβf,l durchzuführen und für die untere Hälfte der Detektorzeilen eine Rekursion auf Grundlage der Referenzverteilung ISref^2 durchzuführen, insbesondere dann, wenn die Detektormatrix 18 eine große Anzahl von Zeilen aufweist, beispielsweise 16, 24 oder 32.
Die Referenzverteilung Isref kann auch auf andere Weise als mit Hilfe der Zusatzdetektorelemente 30 ermittelt werden. So ist es beispielsweise möglich, aus den Intensitätsmesswerten
IG(n) einer Zeile der Detektormatrix 18 die zugehörige Streustrahlungsverteilung Is(n) dieser Zeile rechnerisch zu bestimmen. Diese Streustrahlungsverteilung Is(n) kann dann als Referenzverteilung Isref verwendet werden, um für die üb- rigen Zeilen der Detektormatrix 18 den Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte dieser Zeilen mittels obigen Rekursionsverfahrens abzuschätzen.
Zur rechnerischen Ermittlung einer Streustrahlungsverteilung aus Intensitätsmesswerten ist aus der weiter oben zitierten
Literatur von B. Ohnesorge ein Faltungsmodell für ein einzeiliges Detektorsystem bekannt. Diesem Modell liegt die Idee zugrunde, dass die prinzipiellen Streuwinkelabhängigkeiten der differentiellen Wirkungsquerschnitte und Streuenergien von Compton- und Raleigh-Streuung die Annahme rechtfertigen, dass die Streubeiträge in einem Detektorkanal k, der zu einem Fächerwinkel ßk zugehörig ist, mit dem Winkelabstand im Fä- eher (ß -ßk) abnehmen. (In der Herleitung werden nur Einfachstreuprozesse berücksichtigt.) Eine zur Beschreibung verwendbare "Abstandsfunktion" G(ß) hat dann ein Maximum bei ß=ßk und überstreicht den Winkelbereich (-ßmax+ß / ßmax+ßk) ■ Eine vom . Fächerwinkel ß abhängige Streustrahlungsverteilung Isc(ß) ergibt sich dann wie folgt:
(ß) = Cm ■ f(bzΛ ) - (lSC om {ß) ® G{ß)) ■ R(ß) (7)
Dabei bezeichnen CM eine Maschinenkonstante und f (Δzsι) eine schichtdickenabhängige Gewichtung. Isc,for (ß) ist eine im Modell der Einfachstreuung berechnete Vorwärts-Streustrah- lungsintensität mit
1 SC orw (ß) = K SCf rw ( 8 )
Figure imgf000017_0001
Ksc forw ist eine Proportionalitätskonstante, I0 die Intensität der ungeschwächten Strahlung und I(ß) die im Fächerwinkel ß vom Detektorsystem gemessene Strahlungsintensität. In der Faltungsgleichung (7) werden durch den Faltungskern G(ß) die Streubeiträge aller Strahlen im Fächer zu allen Detektorelementen berücksichtigt. Er wird üblicherweise als Abstandskern angegeben :
Figure imgf000017_0002
A ist ein Parameter, mit dem die Breite gesteuert werden kann. Er kann empirisch aus Bildoptimierungen oder aus einem Vergleich von im Faltungsmodell berechneten und simulierten Streustrahlungsverteilungen bestimmt werden.
Für die Funktion R(ß) gilt:
R{ß) = 1, falls ße [- ßm.ΛX , ßmM ] ; 0 sonst ( 10 ) Weitere Informationen zu obigem Faltungsmodell für Einzeilen- Detektorsysteme können der Literatur von B. Ohnesorge entnommen werden.
Dieses bekannte Modell kann nun im Rahmen der Erfindung zur Anpassung an mehrzellige bzw. flächenartige Detektoren, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt, modifiziert werden. Wegen der Rotationssymmetrie der differentiellen Wirkungsquerschnitte hinsichtlich der Fächerkoordinate ß und der Zeilenkoordinate zn (zn = (L/2 - n)Δz; (n=l, ... , L) ) kann Gleichung (7) leicht erweitert werden. (Δz stellt die Zeilenhöhe dar.) Die Streustrahlungsintensität Isc(ß/ zn) ist dann gegeben durch:
Isc(ß^ - CM - f(^s!)- (lSC om{ß,z„)® G{ß,zn)). R(ß,zn) (11)
Dabei haben CM und f (Δzsι) die gleiche Bedeutung wie oben. lsc,for (ß/ zn) ist wiederum die im Modell der Einfachstreuung berechnete Vorwärts-Streustrahlungsintensität mit
Figure imgf000018_0001
I(ß, zn) bezeichnet die im Fächerwinkel ß der n-ten Detektor- zeile gemessene Strahlungsintensität. Für R(ß, zn) gilt:
R(ß,zn) = l, falls
Figure imgf000018_0002
sonst (13 )
Der Abstandskern lautet nun :
Figure imgf000018_0003
Darin bezeichnet A' wiederum den Breitenparameter, ß2 + (zn/Rfd)2 isst den Abstand vom Detektorursprung zum Detektorelement im Fächerwinkel ß der n-ten Detektorzeile und Rfa bezeichnet den Abstand zwischen Fokus und Detektor des CT- Scanners .
Die Streustrahlungsverteilung Isc(ß> Zn) kann in vorstehender Weise für eine beliebige Zeile der Detektormatrix 18 berechnet werden. Es wird empfohlen, sie für eine mittlere Detek- torzeile zu berechnen. Die so berechnete Streustrahlungsver- teilung wird sodann als Referenzverteilung ISrβf für die Rekursion verwendet. Die Rekursion wird in der Zeile gestartet, aus deren Intensitätsmesswerten die Referenzverteilung berechnet wurde. Im Fall einer mittleren Detektorzeile wird sowohl eine Rekursion zu oberen Detektorzeilen als auch eine Rekursion zu unteren Detektorzeilen hin gestartet. Wird nach einer Teilanzahl von Detektorzeilen die Rekursion unterbrochen, so wird in einer neuen Zeile eine neue Rekursion vorzugsweise mit einer neuen Referenzverteilung begonnen, die mit Hilfe obigen Faltungsmodells aus den Intensitätsmesswerten dieser neuen Zeile berechnet wurde. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Qualität bei der Abschätzung der genauen Streustrahlungsanteile erzielen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungs- intensitätsmesswerten (IG(n, k) ) , welche in einer Röntgen- Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomo- graphiemessfeld der Computertomographieeinrichtung liegenden Detektormatrix (18) erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen nebeneinander . angeordneter Detektorelemente (20) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zunächst mindestens eine Referenzverteilung (Isref (k)) der Streustrahlungsintensität in Zeilenrichtung der Detektormatrix (18) ermittelt wird und dass sodann ausgehend von dieser mindestens einen Referenzverteilung ein Streustrahlungs- anteil (Is(n, k) ) jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die Intensitätsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden, wobei der Streustrahlungsanteil der Intensitätsmesswerte mindestens einer Teilanzahl der Detektorzeilen durch Rekursion in fol- gender Weise ermittelt wird: a) der Streustrahlungsanteil (Is(n, k) ) der Intensitätsmesswerte (IG(n, k) ) einer aktuellen Detektorzeile der Rekursion wird aus den Intensitätsmesswerten (IG(n, k) ) dieser aktuellen Detektorzeile und einem Primärstrahlungsanteil (IP(n-l, k) ) der Intensitätsmesswerte (IG(n-l, k) ) einer vorhergehenden Detektorzeile der Rekursion ermittelt, b) der Primärstrahlungsanteil (IP(n-l, k) ) der Intensitätsmesswerte (IP(n-l, k) ) der vorhergehenden Detektorzeile wird aus den Intensitätsmesswerten (IG(n-l, k) ) dieser vorherge- henden Detektorzeile und deren Streustrahlungsanteil (Is(n-1, k) ) ermittelt, und c) als Streustrahlungsanteil (Is(l, k) ) der Intensitätsmesswerte (IG(1, k) ) einer ersten Detektorzeile der Re ursionwerden Intensitätswerte aus der Referenzverteilung ( Isref (k) ) der Streustrahlungsintensität verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass die mindestens eine Referenzverteilung (Isref (k)) der Streustrahlungsintensität aus Referenzintensitätsmesswerten gewonnen wird, welche durch Strahlungsintensitätsmessung au- ßerhalb des Tomographiemessfelds erhalten werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Strahlungsintensitätsmessung oberhalb einer ersten Detektorzeile der Detektormatrix (18) oder/und unterhalb einer letzten Detektorzeile der Detektormatrix durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d aß die Referenzintensitätsmesswerte an in Zeilenrichtung der Detektormatrix (18) im Abstand voneinander liegenden Messorten gewonnen werden, deren Anzahl kleiner, insbesondere wesentlich kleiner als die Anzahl der Detektorelemente (20) pro Detektorzeile ist, und dass die Referenzverteilung (Isref(k)) der Streustrahlungsintensität durch Interpolation der Refe- renzintensitätsmesswerte gewonnen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Referenzverteilung (ISrβf,l(k)) durch Strahlungsintensitätsmessung oberhalb der ersten Detektorzeile der Detektormatrix (18) und eine weitere Referenzverteilung (Is- ref,2(k)) durch Strahlungsintensitätsmessung unterhalb der letzten Detektorzeile der Detektormatrix gewonnen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Rekursion zumindest in einer randseitigen Detektor- zeile der Detektormatrix (18) begonnen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mindestens eine Referenzverteilung (Isref(k)) der Streustrahlungsintensitat unter Verwendung der Intensitätsmesswerte (I(ß, zn) ) mindestens einer Detektorzeile der De- tektor atrix (18) berechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Referenzverteilung (I≤ref(k)) auf Grundlage eines mathematischen Faltungsmodells berechnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Referenzverteilung (Isref(k)) unter Verwendung der Intensitätsmesswerte (I(ß, zn) ) einer mittleren Detektorzeile der Detektormatrix (18) berechnet wird und dass die Rekursion zumindest in dieser mittleren Detektorzeile zu oberen und unteren Detektorzeilen hin begonnen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass die Rekursion nach einer Teilanzahl von Detektorzeilen beendet wird und in einer nachfolgenden Detektorzeile eine weitere Rekursion gestartet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die weitere Rekursion auf Grundlage derselben Referenzverteilung (ISref(k)) der Streustrahlungsintensität gestartet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t," dass die weitere Rekursion auf Grundlage einer anderen Refe- renzverteilung (ISref/l(k), IΞref,2(k)) der Streustrahlungsintensität gestartet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die nach Durchführung der Rekursion ermittelten Streustrahlungsanteile (IΞ(n, k) ) in Spalten- und gewünschtenfalls auch in Zeilenrichtung der Detektormatrix tiefpassgefiltert werden und die Intensitätsmesswerte (IG(n, k) ) in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen gefilterten Streustrahlungsanteil korrigiert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Tiefpassfilterung der Streustrahlungsanteile
(Is(n, k) ) ein Medianfilter verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für jeden Intensitätsmesswert (IG (n, k) ) ausgehend von zwei verschiedenen Referenzverteilungen (ISref,l(k), Isref, 2 (k) ) zwei Werte des Streustrahlungsanteils ermittelt wer- den und die Intensitätsmesswerte (IG(n, k) ) entsprechend einem jeweiligen gemittelten Streustrahlungsanteil korrigiert werden.
16. Verfahren zur Streustrahlungskorrektur von Strahlungsin- tensitätsmesswerten (IG(n, k) ) , welche in einer Röntgen-
Computertomographieeinrichtung mittels einer in einem Tomo- graphiemessfeld der Computertomographieeinrichtung liegenden Detektormatrix (18) erhalten werden, die eine Vielzahl in mehreren übereinanderliegenden Detektorzeilen -nebeneinander angeordneter Detektorelemente (20) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass zunächst mindestens eine Referenzverteilung (ISref(k)) der Streustrahlungsintensitat in Zeilenrichtung der Detektormatrix aus Referenzintensitätsmesswerten gewonnen wird, wel- ehe durch Strahlungsintensitätsmessung außerhalb des Tomogra- phiemessfelds erhalten werden, und dass sodann ausgehend von dieser mindestens einen Referenzverteilung ein Streustrah- lungsanteil (Is(n, k) ) jedes Intensitätsmesswerts ermittelt wird und die Intensitätsmesswerte in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Streustrahlungsanteil (Is(n, k) ) der Intensitätsmesswerte (IG(n, k) ) mindestens einer Teilanzahl der Detektorzeilen durch Rekursion in folgender Weise ermittelt wird: a) der Streustrahlungsanteil (Is(n, k) ) der Intensitätsmesswerte (IG(n, k) ) einer aktuellen Detektorzeile der Rekursion wird aus den Intensitätsmesswerten (IG(n, k) ) dieser aktuellen Detektorzeile und einem Primärstrahlungsanteil (IP(n-l, k) ) der Intensitatsmesswerte (IG(n-l, k) ) einer vor- hergehenden Detektorzeile der Rekursion ermittelt, b) der Primärstrahlungsanteil (IP(n-l, k) ) der Intensitätsmesswerte (IG(n-l, k) ) der vorhergehenden Detektorzeile wird aus den Intensitätsmesswerten (IG(n-l, k) ) dieser vorhergehenden Detektorzeile und deren Streustrahlungsanteil (Is(n-1, k) ) ermittelt, und c) als Streustrahlungsanteil (Is(l, k) ) der Intensitätsmesswerte (IG(1, k) ) einer ersten Detektorzeile der Rekursion werden Intensitätswerte aus der Referenzverteilung (Isref (k)) der Streustrahlungsintensität verwendet.
18. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für jeden Intensitätsmesswert (IG(n, k) ) ein Intensitätswert aus der- Referenzverteilung (Isref(k)) der Streustrah- lungsintensität als Streustrahlungsanteil (Is(n, k) ) verwendet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h weitere Merkmale mindestens eines der Ansprüche 3 bis 6 und 10 bis 15.
20. Röntgen-Computertomographieeinrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 o- der/und des Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 19 ausgelegt ist.
21. Computertomographieeinrichtung nach Anspruch 20, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine außerhalb des Tomographiemessfelds angeordnete Zusatzdetektoranordnung (30) zur Gewinnung der Referenzintensitäts- messwerte.
22. Computertomographieeinrichtung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zusatzdetektoranordnung (30) oberhalb einer ersten Detektorzeile der Detektormatrix (18) oder/und unterhalb einer letzten Detektorzeile der Detektormatrix mehrere in Zeilenrichtung der Detektormatrix im Abstand voneinander angeordnete Zusatzdetektorelemente (30) aufweist, deren jedes einen der Referenzintensitätsmesswerte liefert.
23. Computertomographieeinrichtung nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anzahl der Zusatzdetektorelemente (30) in Zeilenrichtung der Detektormatrix (18) kleiner, insbesondere we- sentlich kleiner als die Anzahl der Detektorelemente (20) pro Detektorzeile ist.
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