DE10036142A1

DE10036142A1 - Röntgen-Computertomographieeinrichtung

Info

Publication number: DE10036142A1
Application number: DE10036142A
Authority: DE
Inventors: Karl Stierstorfer; Mario Reinwand
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2002095657A; US6430252B2; US20020015476A1; CN1198538C; CN1334064A; DE10036142B4

Abstract

Es wird eine Röntgen-Computertomographieeinrichtung mit retrospektiver Strahlaufhärtungskorrektur vorgeschlagen. Dabei wird aus Gesamtschwächungswerten, die aus Röntgenprojektionen einer zu untersuchenden Körperschicht ermittelt werden, ein Gesamtbild der Körperschicht rekonstruiert. Aus diesem Gesamtbild wird mindestens ein Teilbild extrahiert, das im Wesentlichen nur eine Körpersubstanz, vorzugsweise Knochensubstanz, zeigt. Aus diesem mindestens einen Teilbild werden durch Reprojektion Teilschwächungswerte ermittelt, auf deren Grundlage für jeden Gesamtschwächungswert ein Korrekturwert ermittelt wird. Der Korrekturwert ergibt sich dabei aus dem Strahlaufhärtungsfehler, der für eine Materialkombination zweier unterschiedlicher Referenzmaterialien festgestellt ermittelt wird.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der Strahlaufhärtungskorrektur in einer Röntgen-Computertomographieeinrichtung.

In der Röntgen-Computertomographie tritt infolge des poly chromatischen Spektrums der von einer Röntgenquelle ausge sendeten Strahlung und der energieabhängigen Absorption der Röntgenstrahlung im Körper des zu untersuchenden Patienten eine Verschiebung der mittleren Energie der Röntgenstrahlung hin zu höheren Werten auf. Dieser Effekt wird Strahlaufhär tung genannt. Er ist um so stärker, je länger die durch strahlte Strecke im Körper ist. Im rekonstruierten Bild der durchstrahlten Körperschicht führt dieser Strahlaufhärtungs effekt zu unerwünschten Bildartefakten, die die genaue medi zinische Interpretation des Bilds beeinträchtigen.

Zur Korrektur solcher strahlaufhärtungsbedingter Bildarte fakte sind Standardalgorithmen (etwa die sogenannte Polynom korrektur) bekannt, die solange zufriedenstellende Ergebnisse produzieren, wie sich das spektrale Absorptions- bzw. Schwä chungsverhalten der durchstrahlten Körpersubstanzen nicht wesentlich vom spektralen Schwächungsverhalten einer Refe renzsubstanz unterscheidet, für die der Korrekturalgorithmus entwickelt wurde. Im Regelfall wird Wasser als Referenzsub stanz verwendet, da Wasser ein vergleichbares spektrales Schwächungsverhalten wie Weichteilgewebe im menschlichen Kör per zeigt und der menschliche Körper zu einem großen Teil aus Weichteilgewebe besteht. In Körperregionen, wo im wesent lichen ausschließlich Weichteilgewebe anzutreffen ist, lassen sich Strahlaufhärtungsfehler dann weitestgehend beseitigen. Durchläuft die Röntgenstrahlung jedoch auch Knochengewebe, ist dies nicht mehr so, da Knochengewebe ein von Wasser er heblich abweichendes spektrales Schwächungsverhalten zeigt. Gleiches gilt beispielsweise auch für kontrastmittelgefüllte Gefäße. Da für die im Rahmen der Untersuchung eines Patienten gewonnen Messwerte zunächst nicht bekannt ist, in welchem Maße Weichteilgewebe und Knochengewebe für die Strahlschwä chung verantwortlich waren, ist eine zufriedenstellende Strahlaufhärtungskorrektur allein aus Kenntnis der Messwerte heraus nicht möglich.

Es wurden daher sogenannte retrospektive Korrekturverfahren entwickelt, bei denen aus den gemessenen Gesamtschwächungs werten zunächst ein Gesamtbild der durchstrahlten Körper schicht rekonstruiert wird und dieses Gesamtbild daraufhin analysiert und in Teilbilder zerlegt wird. Jedes der Teil bilder zeigt nur einen Teil der verschiedenen Körpersubstan zen. Im Regelfall wird ein Knochenbild und ein Weichteilbild erzeugt. Aus den einzelnen Teilbildern werden dann durch Re projektion Teilschwächungswerte berechnet, die die Strahl schwächung durch den betreffenden Teil der Körpersubstanzen, also beispielsweise Knochengewebe oder Weichteilgewebe, an geben. Für die Teilschwächungswerte jedes Teilbilds werden daraufhin Korrekturwerte ermittelt, die zu den ursprünglich gemessenen Gesamtschwächungswerten addiert werden. Die Kor rekturwerte werden beispielsweise Korrekturkennlinien ent nommen, die im voraus für die jeweiligen Körpersubstanzen anhand schwächungsmäßig vergleichbarer Referenzmaterialien gesondert ermittelt wurden. Aus den so korrigierten Gesamt schwächungswerten wird ein zweites Mal ein - nun strahlauf härtungskorrigiertes - Gesamtbild der durchstrahlten Körper schicht rekonstruiert.

Nähere Informationen zu retrospektiven Korrekturverfahren finden sich beispielsweise in "A Comparative Study of Two Postreconstruction Beam Hardening Correction Methods" von G. T. Herman, S. S. Trivedi, IEEE Transactions on Medical Ima ging, MI-2, 1983, S. 128 ff., und in "A Method for Correcting Bone Induced Artifacts in Computer Tomography Scanners" von P. M. Joseph, R. D. Spital, Journal of Computer Assisted Tomography, Nr. 2, 1978, S. 100 ff.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass die bekannten retro spektiven Korrekturverfahren strahlaufhärtungsbedingte Bild artefakte zwar deutlich im Vergleich zu herkömmlichen Stan dardalgorithmen reduzieren können. Es werden jedoch weiterhin Bildartefakte beobachtet, deren Beseitigung oder zumindest Reduzierung wünschenswert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Computertomographie einrichtung mit verbesserter Strahlaufhärtungskorrektur be reitzustellen.

Bei einer ersten Lösungsvariante geht die Erfindung aus von einer Röntgen-Computertomographieeinrichtung, umfassend

- eine Strahler-Detektor-Anordnung, welche für jede Röntgen- Projektion einer Körperschicht eines zu untersuchenden Pati enten einen Satz von Intensitätsmesswerten liefert, deren jeder für die Intensität der durch die Körperschicht hin durchtretenden Röntgenstrahlung in je einem Projektionsteil bereich des gesamten Projektionsbereichs repräsentativ ist, und
- eine mit der Strahler-Detektor-Anordnung verbundene elek tronische Auswerte- und Rekonstruktionseinheit, welche dazu ausgelegt ist:
- a) für jeden Intensitätsmesswert einen Gesamtschwächungs wert zu ermitteln, der für die in der Körperschicht im betreffenden Projektionsteilbereich hervorgerufene tat sächliche Gesamtschwächung der Röntgenstrahlung reprä sentativ ist,
- b) ausgehend von den Gesamtschwächungswerten ein Gesamtbild der Körperschicht zu rekonstruieren,
- c) aus diesem Gesamtbild ein erstes Teilbild zu extrahie ren, in welchem im wesentlichen nur solche Bildteile des Gesamtbilds enthalten sind, die einem ersten Teil der verschiedenen in der Körperschicht vorkommenden Substan zen entsprechen,
- d) anhand dieses ersten Teilbilds in Zuordnung zu jedem Gesamtschwächungswert je einen ersten Teilschwächungs wert zu ermitteln, welcher ein Maß für die Schwächung ist, die die Röntgenstrahlung im jeweiligen Projektions teilbereich durch den ersten Teil der Substanzen er fährt,
- e) aus dem Gesamtbild der Körperschicht ein zweites Teil bild zu extrahieren, in welchem im wesentlichen nur sol che Bildteile des Gesamtbilds enthalten sind, die einem vom ersten Teil verschiedenen zweiten Teil der Substan zen in der Körperschicht entsprechen,
- f) anhand dieses zweiten Teilbilds in Zuordnung zu jedem Gesamtschwächungswert je einen zweiten Teilschwächungs wert zu ermitteln, welcher ein Maß für die Schwächung ist, die die Röntgenstrahlung im jeweiligen Projektions teilbereich durch den zweiten Teil der Substanzen er fährt,
- g) anhand von vorab ermittelten und in der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit gespeicherten Strahlaufhärtungs- Korrekturinformationen für jeden Gesamtschwächungswert einen Korrekturwert in Abhängigkeit von den jeweiligen beiden Teilschwächungswerten zu ermitteln und
- h) für jeden Gesamtschwächungswert einen strahlaufhärtungs korrigierten Gesamtschwächungswert nach der folgenden Gleichung zu ermitteln:
  g_corr = g + k(t₁, t₂) (1),
  wobei g den Gesamtschwächungswert bezeichnet, g_corr den strahlaufhärtungskorrigierten Gesamtschwächungswert be zeichnet, t₁ den ersten Teilschwächungswert bezeichnet, t₂ den zweiten Teilschwächungswert bezeichnet und k(t₁, t₂) den von t₁ und t₂ abhängigen Korrekturwert bezeich net.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zur Ermittlung der Strahlaufhärtungs-Korrekturinformationen für eine Materialkombination eines ersten Referenzmaterials und eines hiervon verschiedenen zweiten Referenzmaterials ein Satz von Refe renz-Gesamtschwächungswerten g_ref(s₁, s₂) ermittelt wird, die für die durch diese Materialkombination hervorgerufene tat sächliche Gesamtschwächung der Röntgenstrahlung bei verschie denen Dicken des ersten und des zweiten Referenzmaterials repräsentativ sind, wobei s₁ einen ersten Einzelschwächungs wert bezeichnet, der für die theoretische lineare Schwächung der Röntgenstrahlung durch das erste Referenzmaterial bei der jeweiligen Dicke des ersten Referenzmaterials repräsentativ ist, und s₂ einen zweiten Einzelschwächungswert bezeichnet, der für die theoretische lineare Schwächung der Röntgenstrahlung durch das zweite Referenzmaterial bei der jeweiligen Dicke des zweiten Referenzmaterials repräsentativ ist, und dass die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit dazu ausgelegt ist, für den Korrekturwert einen solchen Wert zu verwenden, dass folgende Gleichung gilt:

k(t₁, t₂) = t₁ + t₂ - g_ref(s₁ = t₁, s₂ = t₂) (2)

Bei einer alternativen zweiten Lösungsvariante geht die Er findung aus von einer Röntgen-Computertomographieeinrichtung, umfassend

- eine Strahler-Detektor-Anordnung, welche für jede Röntgen- Projektion einer Körperschicht eines zu untersuchenden Pati enten einen Satz von Intensitätsmeßwerten liefert, deren je der für die Intensität der durch die Körperschicht hindurch tretenden Röntgenstrahlung in je einem Projektionsteilbereich des gesamten Projektionsbereichs repräsentativ ist, und
- eine mit der Strahler-Detektor-Anordnung verbundene elek tronische Auswerte- und Rekonstruktionseinheit, welche dazu ausgelegt ist:
- a) für jeden Intensitätsmesswert einen Gesamtschwächungs wert zu ermitteln, der für die in der Körperschicht im betreffenden Projektionsteilbereich hervorgerufene tat sächliche Gesamtschwächung der Röntgenstrahlung reprä sentativ ist,
- b) ausgehend von den Gesamtschwächungswerten ein Gesamtbild der Körperschicht zu rekonstruieren,
- c) aus diesem Gesamtbild ein Teilbild zu extrahieren, in welchem im wesentlichen nur solche Bildteile des Gesamt bilds enthalten sind, die einem ausgewählten Teil der verschiedenen in der Körperschicht vorkommenden Substan zen entsprechen,
- d) anhand dieses Teilbilds in Zuordnung zu jedem Gesamt schwächungswert je einen Teilschwächungswert zu ermit teln, welcher ein Maß für die Schwächung ist, die die Röntgenstrahlung im jeweiligen Projektionsteilbereich durch den ausgewählten Teil der Substanzen erfährt,
- e) anhand von vorab ermittelten und in der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit gespeicherten Strahlaufhärtungs- Korrekturinformationen für jeden Gesamtschwächungswert einen Korrekturwert in Abhängigkeit vom jeweiligen Teil schwächungswert zu ermitteln und
- f) für jeden Gesamtschwächungswert einen strahlaufhärtungs korrigierten Gesamtschwächungswert nach der folgenden Gleichung zu ermitteln:
  g_corr = g + k(t) (3),
  wobei g den Gesamtschwächungswert bezeichnet, g_corr den strahlaufhärtungskorrigierten Gesamtschwächungswert be zeichnet, t den Teilschwächungswert bezeichnet und k(t) den von t abhängigen Korrekturwert bezeichnet.

Erfindungsgemäß ist bei der zweiten Lösungsvariante vorgese hen, dass zur Ermittlung der Strahlaufhärtungs-Korrekturin formationen für eine Materialkombination eines ersten Refe renzmaterials und eines hiervon verschiedenen zweiten Refe renzmaterials ein Satz von Referenz-Gesamtschwächungswerten g_ref(s₁, s₂) ermittelt wird, die für die durch diese Material kombination hervorgerufene tatsächliche Gesamtschwächung der Röntgenstrahlung bei verschiedenen Dicken des ersten und des zweiten Referenzmaterials repräsentativ sind, wobei s₁ einen ersten Einzelschwächungswert bezeichnet, der für die theore tische lineare Schwächung der Röntgenstrahlung durch das erste Referenzmaterial bei der jeweiligen Dicke des ersten Referenzmaterials repräsentativ ist, und s₂ einen zweiten Einzelschwächungswert bezeichnet, der für die theoretische lineare Schwächung der Röntgenstrahlung durch das zweite Referenzmaterial bei der jeweiligen Dicke des zweiten Refe renzmaterials repräsentativ ist, und dass die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit dazu ausgelegt ist, den Korrekturwert auch in Abhängigkeit vom jeweiligen Gesamtschwächungswert zu ermitteln und für den Korrekturwert einen solchen Wert zu verwenden, dass folgende Gleichung gilt:

k(g, t) = t + s₂ - g_ref (s₁ = t, s₂) (4),

wobei für g_ref(s₁ = t, s₂) gilt:

g_ref (s₁ = t, s₂) = g (5).

Beiden Lösungsvarianten ist gemein, dass stets ein Korrektur wert verwendet wird, der die Schwächung durch eine Kombina tion zweier verschiedener Materialien berücksichtigt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass im menschlichen Körper nur schlecht die Voraussetzung erfüllt ist, dass die Strahlauf härtung durch eine Substanz (etwa Knochengewebe) unabhängig davon ist, ob zusätzlich noch andere Substanzen (etwa Weich teilgewebe) im Strahlenweg vorhanden sind. Gerade von dieser Voraussetzung gehen jedoch die bekannten retrospektiven Kor rekturverfahren aus, indem bei ihnen mehrere Korrekturwerte addiert werden, die jeweils nur die Schwächung durch eine einzelne Substanz berücksichtigen. Durch Verwendung eines von der Schwächung zweier Materialien abhängigen Korrekturwerts ist es möglich, den tatsächlichen Verhältnissen im menschli chen Körper sehr nahe zu kommen. Besonders bei Aufnahmen von Körperregionen mit vergleichsweise hohem Knochenanteil lassen sich so Bilder erzeugen, die sehr arm an störenden Bild artefakten sind.

Als Referenzmaterialien wird man zweckmäßigerweise solche Materialien wählen, deren spektrales Schwächungsverhalten dem der Körpersubstanzen ähnlich ist, die in den Teilbildern Be rücksichtigung finden sollen. Für ein Teilbild, das im wesentlichen nur Weichteilgewebe zeigen soll, ist es zweck mäßig, Wasser als Referenzmaterial zu wählen. Für ein Teil bild, das im wesentlichen nur Knochensubstanz zeigen soll, kann man beispielsweise eine Mischung von K₂HPO₄ und Wasser (S. C. E. Cann, Radiology 166, S. 509-522, (1988)) als Refe renzmaterial wählen.

Die Referenz-Gesamtschwächungswerte können entweder durch Simulation am Rechner oder durch Messung ermittelt werden. Für die Messung kann beispielsweise so vorgegangen werden, wie in der beigefügten Fig. 1 gezeigt. Dort erkennt man einen CT-Scanner mit einem Röntgenstrahler 10 und einer Detektor anordnung 12, welche aus einer Vielzahl längs eines Kreis bogens nebeneinander angeordneter Detektorzellen 14 aufgebaut ist. Der Röntgenstrahler 10 sendet Röntgenstrahlung in einer Ebene fächerförmig aus. Die Detektorzellen 14 decken einen sich über die Winkelbreite des Strahlenfächers erstreckenden Gesamtprojektionsbereich ab, wobei jede einzelne Detektor zelle 14 die Intensität der einfallenden Röntgenstrahlung in dem von ihr jeweils abgedeckten Projektionsteilbereich detek tiert und ein entsprechendes Intensitätsmesssignal an eine elektronische Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 16 lie fert. Der Röntgenstrahler 10 und die Detektoranordnung 12 sind normal zur Fächerebene ohne Rotation längs einer Achse 18 verfahrbar.

Im Strahlengang der Röntgenstrahlung befinden sich zwei Keile 20 und 22, die jeweils aus einem der beiden Referenzmateri alien bestehen. Die Keile 20, 22 sind so angeordnet, dass die Dicke des Keils 20 entlang der Achse 18 ansteigt und die Dicke des Keils 22 entlang der Richtung des Fächerwinkels ansteigt. Wenn nun der Röntgenstrahler 10 und die Detektoranordnung 12 entlang der Achse 18 verfahren werden, erhält man Messwerte für eine Vielzahl unterschiedlicher Dickenpaare der beiden Referenzmaterialien. Aus diesen Maßwerten berech net die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 16 dann die Referenz-Gesamtschwächungswerte. Diese geben die tatsächli che, strahlaufhärtungsbehaftete Schwächung an, die die Rönt genstrahlung bei den jeweiligen Dicken der beiden Referenz materialien erfährt. Um individuelle Fehler der Detektorzel len 14 zu kompensieren, empfiehlt es sich, den Keil 22 auch mit entlang der Fächerwinkelrichtung umgekehrtem Dickengra dienten einmal abzutasten, wie gestrichelt bei 22' angedeu tet.

Nachdem die Referenz-Gesamtschwächungswerte mittels des Mess aufbaus gemäß Fig. 1 oder durch Simulation ermittelt wurden, kann jedem Paar von Einzelschwächungswerten s₁ und s₂ eindeu tig einer der Referenz-Gesamtschwächungswerte g_ref(s₁, s₂) zugeordnet werden (ggf. unter Zuhilfenahme von Interpola tionen). Die Einzelschwächungswerte s₁, s₂ bezeichnen dabei die theoretische lineare Schwächung, die die Röntgenstrahlung im Fall energieunabhängiger Absorption im ersten bzw. zweiten Referenzmaterial erfahren würde. Sie sind mit der Material dicke über den folgenden Zusammenhang verknüpft:

s_1,2 = d_1,2 . µ_1,2 (6)

wobei d_1,2 die Dicke des ersten bzw. zweiten Referenzmaterials bezeichnet und µ_1,2 einen für lineare Schwächung effektiven Absorptionskoeffizienten des ersten bzw. zweiten Referenz materials bezeichnet.

Darüber hinaus kann jedem Paar von Einzelschwächungswerten s₁ und s₂ dann auch eindeutig ein Referenz-Schwächungsfehler e_ref(s₁, s₂) zugeordnet werden, der sich gemäß der folgenden Gleichung

e_ref(s₁, s₂) = s₁ + s₂ - g_ref(s₁, s₂) (7)
aus der Differenz zwischen der Summe der Einzelschwächungs werte s₁ und s₂ und dem zugehörigen Referenz-Gesamtschwä chungswert g_ref(s₁, s₂) ergibt. Dieser Referenz-Schwächungs fehler e_ref(s₁, s₂) stellt den Strahlaufhärtungsfehler dar, um den Referenz-Gesamtschwächungswert g_ref(s₁, s₂) infolge Strahlaufhärtung kleiner als die Summe der Einzelschwächungs werte s₁ und s₂ ist.

In analoger Weise kann zu jedem Paar eines Referenz-Gesamt schwächungswerts g_ref(s₁, s₂) und eines der Einzelschwächungs werte s₁, s₂ eindeutig der jeweils andere Einzelschwächungs wert s₂ bzw. s₁ bestimmt werden. Dann lässt sich auch der zugehörige Referenz-Schwächungsfehler e_ref(s₁, s₂) eindeutig bestimmen.

Die vorstehenden Überlegungen werden bei der Erfindung ausge nutzt, um im Betrieb des CT-Scanners bei Untersuchung eines Patienten den jeweils richtigen Korrekturwert zu finden. Bei der ersten Lösungsvariante der Erfindung werden die beiden jeweils ermittelten Teilschwächungswerte t₁ und t₂ als Para meter hierzu verwendet, bei der zweiten Lösungsvariante der jeweils ermittelte eine Teilschwächungswert t und der Gesamt schwächungswert g. Setzt man bei der ersten Lösungsvariante s₁ = t₁ und s₂ = t₂, so kann man sofort eindeutig einen zuge hörigen Referenz-Gesamtschwächungswert g_ref(s₁ = t₁, s₂ = t₂) und damit einen zugehörigen Referenz-Schwächungsfehler e_ref(s₁ = t₁, s₂ = t₂) ermitteln. Der Wert dieses Referenz-Schwächungsfehlers wird dann als Korrekturwert k(t₁, t₂) verwendet, also:

k(t₁ - t₂) = e_ref(s₁ = t₁, s₂ = t₂)
= t₁ + t₂ - g_ref(s₁ = t₁, s₂ - t₂) (8)

Bei der zweiten Lösungsvariante der Erfindung gilt Vergleich bares. Setzt man dort s₁ = t und g_ref(s₁ = t, s₂) = g, so kann man sofort eindeutig einen zugehörigen Einzelschwächungswert s₂ und damit einen zugehörigen Referenz-Schwächungsfehler e_ref(g_ref = g, s₁ = t) ermitteln. Der Wert dieses Referenz-Schwächungsfehlers wird dann als Korrekturwert k(g, t) verwendet, also:

k(g, t) = e_ref(g_ref = g, s₁ = t) = t + s₂ - g_ref(s₁ = t, s₂) (9).

Um aus dem Gesamtbild die Teilbilder zu extrahieren, können beispielsweise eine oder mehrere Grauwertschwellen festgelegt werden, nach denen das Gesamtbild in seine verschiedenen Grauwertregionen zerlegt wird. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn bei der ersten Lösungsvariante eines der bei den Teilbilder bzw. bei der zweiten Lösungsvariante das Teil bild im wesentlichen nur Knochensubstanz zeigt, die in der jeweils durchstrahlten Körperschicht vorhanden ist. Bei der ersten Lösungsvariante wird dann der Korrekturwert in Abhän gigkeit von der reprojizierten Knochenschwächung und einem weiteren durch Reprojektion gewonnenen Teilschwächungswert, vorzugsweise der Weichteilschwächung, ermittelt, während bei der zweiten Lösungsvariante der Korrekturwert in Abhängigkeit von der reprojizierten Knochenschwächung und dem Gesamtschwä chungswert ermittelt wird. Bei den reprojizierten Teilschwä chungswerten handelt es sich zweckmäßigerweise um Schwä chungswerte, die die theoretische lineare Schwächung in der jeweiligen Körpersubstanz angeben. Details dazu, wie die Teilschwächungswerte durch Reprojektion aus den Teilbildern ermittelt werden können, sind beispielsweise der zuvor zitierten Literatur entnehmbar.

Was die konkrete Implementierung der Strahlaufhärtungs-Kor rekturinformationen in der Computertomographieeinrichtung anbelangt, so gibt es verschiedene Möglichkeiten. Bei der ersten Lösungsvariante ist es denkbar, die ermittelten Refe renz-Gesamtschwächungswerte g_ref(s₁, s₂) in Abhängigkeit von den Einzelschwächungswerten s₁ und s₂ tabellarisch in Form einer Look-up-Tabelle in einem Speicher der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 16 niederzulegen. In diesem Fall müsste die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 16 jeweils noch die arithmetische Operation gemäß Gleichung (2) aus führen, um den Korrekturwert zu erhalten. Alternativ ist es denkbar, statt der Referenz-Gesamtschwächungswerte unmittel bar den Referenz-Schwächungsfehler e_ref(s₁, s₂) in Abhängig keit von den Einzelschwächungswerten s₁ und s₂ tabellarisch in der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 16 abzuspeichern.

Bei der zweiten Lösungsvariante ist es denkbar, in der Aus werte- und Rekonstruktionseinheit 16 eine Look-up-Tabelle abzuspeichern, die den zweiten Einzelschwächungswert s₂ in Abhängigkeit vom ersten Einzelschwächungswert s₁ und vom Referenz-Gesamtschwächungswert g_ref(s₁, s₂) angibt. Um dann nicht ständig die arithmetische Operation gemäß Gleichung (4) von der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 16 ausführen lassen zu müssen, ist es alternativ wiederum denkbar, unmit telbar den Referenz-Schwächungsfehler e_ref(g_ref, s₁) in Abhän gigkeit vom Referenz-Gesamtschwächungswert g_ref(s₁, s₂) und vom ersten Einzelschwächungswert s₁ tabellarisch in der Aus werte- und Rekonstruktionseinheit 16 abzuspeichern.

Gemäß einer optionalen Weiterbildung der ersten Lösungsvari ante kann zur Ermittlung der Strahlaufhärtungs-Korrektur informationen eine von einer Variable x abhängige Funktion u(x) ermittelt werden, welche jedem Wert von x mit

x = A(Bs₁ + Cs₂) (10)

einen Funktionswert u(x) zuordnet, der zumindest annähernd der Differenz zwischen der Summe der jeweiligen beiden Ein zelschwächungswerte und dem jeweiligen Referenz-Gesamtschwä chungswert entspricht, wobei A, B und C Konstanten sind, wo bei die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit dazu ausgelegt ist, den Korrekturwert nach folgender Gleichung zu ermitteln:

k(t₁, t₂) = u(x = A(Bt₁ + Ct₂)) (11).
Die Linearkombination gemäß Gleichung (10) ermöglicht es, die Abhängigkeit des Korrekturwerts k(t₁, t₂) von zwei Parametern auf die Abhängigkeit von einem Parameter zurückzuführen. Die Konstanten A, B und C wird man dabei so bestimmen, dass der Fehler zwischen dem Referenz-Schwächungsfehler e_ref(s₁ = t₁, s₂ = t₂) und dem Funktionswert u(x = A(Bt₁ + Ct₂)) möglichst klein wird.

In analoger Weise kann bei einer optionalen Weiterbildung der zweiten Lösungsvariante zur Ermittlung der Strahlaufhärtungs- Korrekturinformationen eine von einer Variable y abhängige Funktion v(y) ermittelt werden, welche jedem Wert von y mit

y = D(Eg_ref + Fs₁) (12)

einen Funktionswert v(y) zuordnet, der zumindest annähernd der Differenz zwischen der Summe der jeweiligen beiden Ein zelschwächungswerte und dem jeweiligen Referenz-Gesamtschwä chungswert entspricht, wobei D, E und F Konstanten sind, wo bei die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit dazu ausgelegt ist, den Korrekturwert nach folgender Gleichung zu ermitteln:

k(g, t) = v(y = D(Eg + Ft)) (13)

Die Konstanten D, E und F wird man in diesem Fall so bestim men, dass der Fehler zwischen dem Referenz-Schwächungsfehler e_ref(g_ref = g, s₁ = t) und dem Funktionswert v (y = D (Eg + Ft)) mög lichst klein wird.

Beide Funktion u(x), v(y) können entweder als einparametrige Look-up-Tabelle in der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit 16 implementiert sein oder in Form eines mathematischen Algo rithmus, sofern sich eine geeignete Approximationsformel für die Funktion u(x) bzw. v(y) finden lässt.

Es versteht sich im übrigen, dass an dem in Fig. 1 gezeigten CT-Scanner nicht nur die Kalibrierungsmessungen zur Ermittlung der Referenz-Gesamtschwächungswerte durchgeführt werden können, sondern dass dort auch die Patientenuntersuchung erfolgen kann, wenn zusätzlich eine Rotationsmöglichkeit des Strahlers 10 und der Detektoranordnung 12 (sofern diese nicht als Ringdetektor ausgebildet ist) in Richtung des Fächerwin kels gegeben ist.

Nachzutragen ist außerdem, dass es ohne weiteres möglich ist, die bei Untersuchung eines Patienten gewonnenen Gesamtschwä chungswerte a priori mit Hilfe eines Standardalgorithmus zu korrigieren und das Gesamtbild aus den so korrigierten Ge samtschwächungswerten zu rekonstruieren. Die retrospektiv ermittelten Korrekturwerte wird man dann entweder zu den ur sprünglichen, unkorrigierten Gesamtschwächungswerten addieren oder man vermindert die Korrekturwerte um den Betrag der Standardkorrektur.

Claims

1. Röntgen-Computertomographieeinrichtung, umfassend
eine Strahler-Detektor-Anordnung (10, 12), welche für jede Röntgen-Projektion einer Körperschicht eines zu untersuchen den Patienten einen Satz von Intensitätsmesswerten liefert, deren jeder für die Intensität der durch die Körperschicht hindurchtretenden Röntgenstrahlung in je einem Projektions teilbereich des gesamten Projektionsbereichs repräsentativ ist, und
eine mit der Strahler-Detektor-Anordnung (10, 12) verbun dene elektronische Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16), welche dazu ausgelegt ist:

a) für jeden Intensitätsmesswert einen Gesamtschwächungs wert zu ermitteln, der für die in der Körperschicht im betreffenden Projektionsteilbereich hervorgerufene tat sächliche Gesamtschwächung der Röntgenstrahlung reprä sentativ ist,
b) ausgehend von den Gesamtschwächungswerten ein Gesamtbild der Körperschicht zu rekonstruieren,
c) aus diesem Gesamtbild ein erstes Teilbild zu extrahie ren, in welchem im wesentlichen nur solche Bildteile des Gesamtbilds enthalten sind, die einem ersten Teil der verschiedenen in der Körperschicht vorkommenden Sub stanzen entsprechen,
d) anhand dieses ersten Teilbilds in Zuordnung zu jedem Gesamtschwächungswert je einen ersten Teilschwächungs wert zu ermitteln, welcher ein Maß für die Schwächung ist, die die Röntgenstrahlung im jeweiligen Projektions teilbereich durch den ersten Teil der Substanzen er fährt,
e) aus dem Gesamtbild der Körperschicht ein zweites Teil bild zu extrahieren, in welchem im wesentlichen nur sol che Bildteile des Gesamtbilds enthalten sind, die einem vom ersten Teil verschiedenen zweiten Teil der Substan zen in der Körperschicht entsprechen,
f) anhand dieses zweiten Teilbilds in Zuordnung zu jedem Gesamtschwächungswert je einen zweiten Teilschwächungs wert zu ermitteln, welcher ein Maß für die Schwächung ist, die die Röntgenstrahlung im jeweiligen Projektions teilbereich durch den zweiten Teil der Substanzen er fährt,
g) anhand von vorab ermittelten und in der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16) gespeicherten Strahlaufhär tungs-Korrekturinformationen für jeden Gesamtschwä chungswert einen Korrekturwert in Abhängigkeit von den jeweiligen beiden Teilschwächungswerten zu ermitteln und
h) für jeden Gesamtschwächungswert einen strahlaufhärtungs korrigierten Gesamtschwächungswert nach der folgenden Gleichung zu ermitteln:
g_corr = g + k (t₁, t₂)
wobei g den Gesamtschwächungswert bezeichnet, g_corr den strahlaufhärtungskorrigierten Gesamtschwächungswert be zeichnet, t₁ den ersten Teilschwächungswert bezeichnet, t₂ den zweiten Teilschwächungswert bezeichnet und k(t₁, t₂) den von t₁ und t₂ abhängigen Korrekturwert bezeich net,

dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung der Strahlaufhärtungs-Korrekturinforma tionen für eine Materialkombination eines ersten Referenzma terials (20) und eines hiervon verschiedenen zweiten Refe renzmaterials (22) ein Satz von Referenz-Gesamtschwächungs werten g_ref(s₁, s₂) ermittelt wird, die für die durch diese Materialkombination hervorgerufene tatsächliche Gesamtschwä chung der Röntgenstrahlung bei verschiedenen Dicken des ers ten und des zweiten Referenzmaterials (20, 22) repräsentativ sind, wobei s₁ einen ersten Einzelschwächungswert bezeichnet, der für die theoretische lineare Schwächung der Röntgenstrah lung durch das erste Referenzmaterial (20) bei der jeweiligen Dicke des ersten Referenzmaterials (20) repräsentativ ist, und s₂ einen zweiten Einzelschwächungswert bezeichnet, der für die theoretische lineare Schwächung der Röntgenstrahlung durch das zweite Referenzmaterial (22) bei der jeweiligen Dicke des zweiten Referenzmaterials (22) repräsentativ ist, und dass die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16) dazu ausgelegt ist, für den Korrekturwert einen solchen Wert zu verwenden, dass folgende Gleichung gilt:
k(t₁, t₂) = t₂ - g_ref(s₁ = t₁, s₂ = t₂)

2. Röntgen-Computertomographieeinrichtung, umfassend
eine Strahler-Detektor-Anordnung (10, 12), welche für jede Röntgen-Projektion einer Körperschicht eines zu untersuchen den Patienten einen Satz von Intensitätsmesswerten liefert, deren jeder für die Intensität der durch die Körperschicht hindurchtretenden Röntgenstrahlung in je einem Projektions teilbereich des gesamten Projektionsbereichs repräsentativ ist, und
eine mit der Strahler-Detektor-Anordnung (10, 12) verbun dene elektronische Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16), welche dazu ausgelegt ist:

a) für jeden Intensitätsmesswert einen Gesamtschwächungs wert zu ermitteln, der für die in der Körperschicht im betreffenden Projektionsteilbereich hervorgerufene tat sächliche Gesamtschwächung der Röntgenstrahlung reprä sentativ ist,
b) ausgehend von den Gesamtschwächungswerten ein Gesamtbild der Körperschicht zu rekonstruieren,
c) aus diesem Gesamtbild ein Teilbild zu extrahieren, in welchem im wesentlichen nur solche Bildteile des Gesamt bilds enthalten sind, die einem ausgewählten Teil der verschiedenen in der Körperschicht vorkommenden Substan zen entsprechen,
d) anhand dieses Teilbilds in Zuordnung zu jedem Gesamt schwächungswert je einen Teilschwächungswert zu ermit teln, welcher ein Maß für die Schwächung ist, die die Röntgenstrahlung im jeweiligen Projektionsteilbereich durch den ausgewählten Teil der Substanzen erfährt,
e) anhand von vorab ermittelten und in der Auswerte- und Rekonstruktionseinheit gespeicherten Strahlaufhärtungs- Korrekturinformationen für jeden Gesamtschwächungswert einen Korrekturwert in Abhängigkeit vom jeweiligen Teil schwächungswert zu ermitteln und
f) für jeden Gesamtschwächungswert einen strahlaufhärtungs korrigierten Gesamtschwächungswert nach der folgenden Gleichung zu ermitteln:
g_corr = g + k (t)
wobei g den Gesamtschwächungswert bezeichnet, g_corr den strahlaufhärtungskorrigierten Gesamtschwächungswert be zeichnet, t den Teilschwächungswert bezeichnet und k(t) den von t abhängigen Korrekturwert bezeichnet,

dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung der Strahlaufhärtungs-Korrekturinforma tionen für eine Materialkombination eines ersten Referenzma terials (20) und eines hiervon verschiedenen zweiten Refe renzmaterials (22) ein Satz von Referenz-Gesamtschwächungs werten g_ref(s₁, s₂) ermittelt wird, die für die durch diese Materialkombination hervorgerufene tatsächliche Gesamtschwä chung der Röntgenstrahlung bei verschiedenen Dicken des ers ten und des zweiten Referenzmaterials (20, 22) repräsentativ sind, wobei s₁ einen ersten Einzelschwächungswert bezeichnet, der für die theoretische lineare Schwächung der Röntgen strahlung durch das erste Referenzmaterial (20) bei der je weiligen Dicke des ersten Referenzmaterials (20) repräsenta tiv ist, und s₂ einen zweiten Einzelschwächungswert bezeich net, der für die theoretische lineare Schwächung der Röntgen strahlung durch das zweite Referenzmaterial (22) bei der je weiligen Dicke des zweiten Referenzmaterials (22) repräsenta tiv ist, und dass die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16) dazu ausgelegt ist, den Korrekturwert auch in Abhängig keit vom jeweiligen Gesamtschwächungswert zu ermitteln und für den Korrekturwert einen solchen Wert zu verwenden, dass folgende Gleichung gilt:

k(g, t) = t + s₂ - g_ref(s₁ = t, s₂)
wobei für g_ref(s₁ = t, s₂) gilt:
g_ref(s₁ = t, s₂) = g

3. Computertomographieeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16) dazu aus gelegt ist, für das Teilbild bzw. für eines der beiden Teil bilder im wesentlichen nur solche Bildteile des Gesamtbilds zu extrahieren, die einer Knochensubstanz in der Körper schicht entsprechen.

4. Computertomographieeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16) dazu aus gelegt ist, für das andere der beiden Teilbilder im wesent lichen nur solche Bildteile des Gesamtbilds zu extrahieren, die einer Weichteilsubstanz in der Körperschicht entsprechen.

5. Computertomographieeinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Strahlaufhärtungs-Korrekturinforma tionen eine von einer Variable x abhängige Funktion u(x) er mittelt wird, welche jedem Wert von x mit
x = A(Bs₁ + Cs₂)
einen Funktionswert u(x) zuordnet, der zumindest annähernd der Differenz zwischen der Summe der jeweiligen beiden Ein zelschwächungswerte und dem jeweiligen Referenz-Gesamtschwä chungswert entspricht, wobei A, B und C Konstanten sind, und dass die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16) dazu ausgelegt ist, den Korrekturwert nach folgender Gleichung zu ermitteln:
k(t₁, t₂) = u(x = A(Bt₁ + Ct₂))

6. Computertomographieeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Strahlaufhärtungs-Korrekturinforma tionen eine von einer Variable y abhängige Funktion v(y) er mittelt wird, welche jedem Wert von y mit
Y = D(Eg_ref + Fs₁)
einen Funktionswert v(y) zuordnet, der zumindest annähernd der Differenz zwischen der Summe der jeweiligen beiden Ein zelschwächungswerte und dem jeweiligen Referenz-Gesamtschwä chungswert entspricht, wobei D, E und F Konstanten sind, und dass die Auswerte- und Rekonstruktionseinheit (16) dazu aus gelegt ist, den Korrekturwert nach folgender Gleichung zu ermitteln:
k(g, t) = v(y = D(Eg + Ft)).