DE102008031530B4 - Verfahren zur Korrektur von Trunkierungsartefakten - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Korrektur von Trunkierungsartefakten in einem Rekonstruktionsverfahren für computertomographische Aufnahmen mit trunkierten Projektionsdaten in den rekonstruierten computertomographischen Bildern bei dem:
- von einer Strahlungsquelle (2) divergente Strahlung (6) emittiert wird,
- mit der divergenten Strahlung (6) ein zu untersuchendes Objekt (9) in unterschiedlichen Projektionsrichtungen durchleuchtet wird,
- die durch das zu untersuchende Objekt (9) hindurch gedrungene Strahlung von einem Röntgenbilddetektor (4) erfasst wird, und
- eine gefilterte Rückprojektion mit Filterung der Projektionsdaten entlang vordefinierter nicht-horizontaler Linien im Röntgenbilddetektor (4) durchgeführt wird, wobei vom Röntgenbilddetektor (4) aufgenommene Projektionsbilder erweitert werden, indem für Bildpunkte die Schwächung der Strahlung außerhalb des Projektionsbildes bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- zur Trunkierungskorrektur eine Erweiterung nicht-horizontaler Filterlinien durch eine trans-axiale und eine axiale künstliche Erweiterung des Röntgenbilddetektor (4) erfolgt,
- wobei die Trunkierungskorrektur für nicht-horizontale Filterlinien gemäß einem Verfahren aus wenigstens einer der folgenden Gruppen durchgeführt wird:
I) Die Trunkierungskorrektur erfolgt unabhängig von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien.
II) Die Trunkierungskorrektur erfolgt in Abhängigkeit von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien, wobei die Filterlinien selbst erhalten bleiben.
III) Die Trunkierungskorrektur erfolgt durch Einführung neuer modifizierter Filterlinien, wobei die Filterung entlang abgeknickter künstlich erweiterter Filterlinien erfolgt.
- von einer Strahlungsquelle (2) divergente Strahlung (6) emittiert wird,
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- die durch das zu untersuchende Objekt (9) hindurch gedrungene Strahlung von einem Röntgenbilddetektor (4) erfasst wird, und
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dadurch gekennzeichnet, dass
- zur Trunkierungskorrektur eine Erweiterung nicht-horizontaler Filterlinien durch eine trans-axiale und eine axiale künstliche Erweiterung des Röntgenbilddetektor (4) erfolgt,
- wobei die Trunkierungskorrektur für nicht-horizontale Filterlinien gemäß einem Verfahren aus wenigstens einer der folgenden Gruppen durchgeführt wird:
I) Die Trunkierungskorrektur erfolgt unabhängig von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien.
II) Die Trunkierungskorrektur erfolgt in Abhängigkeit von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien, wobei die Filterlinien selbst erhalten bleiben.
III) Die Trunkierungskorrektur erfolgt durch Einführung neuer modifizierter Filterlinien, wobei die Filterung entlang abgeknickter künstlich erweiterter Filterlinien erfolgt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von Trunkierungsartefakten in einem Rekonstruktionsverfahren für computertomographische Aufnahmen mit trunkierten Projektionsdaten in den rekonstruierten computertomographischen Bildern bei dem von einer Strahlungsquelle divergente Strahlung emittiert wird, mit der divergenten Strahlung ein zu untersuchendes Objekt in unterschiedlichen Projektionsrichtungen durchleuchtet wird, die durch das zu untersuchende Objekt hindurch gedrungene Strahlung von einem Röntgenbilddetektor erfasst wird, und eine gefilterte Rückprojektion mit Filterung der Projektionsdaten entlang vordefinierter nicht-horizontaler Linien im Röntgenbilddetektor durchgeführt wird, wobei vom Röntgenbilddetektor aufgenommene Projektionsbilder erweitert werden, indem für Bildpunkte die Schwächung der Strahlung außerhalb des Projektionsbildes bestimmt wird.
- Eine derartiges Korrekturverfahren für Trunkierungsartefakte ist bei einer aus der
US 2006/0120507 A1 1 dargestellt ist. Die Röntgendiagnostikeinrichtung weist einen an einem Ständer1 drehbar gelagerten C-Bogen2 auf, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler3 , und ein Röntgenbilddetektor4 angebracht sind. - Der Röntgenbilddetektor
4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (aSi) erstellt ist. - Im Strahlengang der Röntgenstrahlungsquelle
3 befindet sich ein Patientenlagerungstisch5 zur Aufnahme beispielsweise eines Herzen eines zu untersuchenden Patienten. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist ein Bildsystem6 angeschlossen, dass die Bildsignale des Röntgenbilddetektors4 empfängt und verarbeitet. Die Röntgenbilder können dann auf einem Monitor7 betrachtet werden. - Auch können die beweglichen Komponenten
2 bis5 einzeln oder gemeinsam an Roboterarmen gelagert sein. - Zur Erstellung von 3-D-Datensätzen wird der drehbar gelagerte C-Bogen
2 mit Röntgenstrahler3 und Röntgenbilddetektor4 derart gedreht, dass, wie die2 schematisch in Aufsicht auf die Drehachse zeigt, sich auf einer Umlaufbahn7 die Röntgenstrahlungsquelle3 sowie einer Umlaufbahn8 der Röntgenbilddetektor4 um ein zu Untersuchungsobjekt9 bewegen. Die Umlaufbahnen7 und8 können zur Erstellung eines 3-D-Datensatzes vollständig oder teilweise durchfahren werden. - Bei dem zu Untersuchungsobjekt
9 kann es sich beispielsweise um einen tierischen oder menschlichen Körper aber auch einen Phantomkörper handeln. - Die Röntgenstrahlungsquelle
3 emittiert einen von einem Strahlenfokus der Röntgenstrahlungsquelle3 ausgehendes Röntgenstrahlenbündel6 , das auf den Röntgenbilddetektor4 trifft. - Die Röntgenstrahlungsquelle
2 und der Röntgenbilddetektor4 laufen jeweils so um das Untersuchungsobjekt9 herum, dass sich die Röntgenstrahlungsquelle2 und der Röntgenbilddetektor4 auf entgegen gesetzten Seiten des Untersuchungsobjekts9 gegenüberliegen. - Ein für die 3-D-Rekonstruktion mittels gefilterter Rückprojektion (FBP) entscheidender Verarbeitungsschritt ist die Filterung der Projektionsdaten entlang vordefinierter Linien im Röntgenbilddetektor. Aufgrund der nichtlokalen Natur des Filterkerns, wie beispielsweise Rampenfilter oder Hilbertfilter, müssen die Filterlinien die gesamte Projektion des Untersuchungsbereiches durchlaufen und dürfen dabei nicht abgeschnitten sein, selbst wenn nur ein Teil der Köperregion, beispielsweise die so genannte Region of Interest (ROI), rekonstruiert werden soll. Die beschränkte Detektorbreite führt jedoch in vielen Aufnahmen zu abgeschnittenen Projektionen des Untersuchungsbereiches, insbesondere bei der oben genannten C-Bogen Anlage, da dieser vom Field of View (FoV) nicht vollständig abgedeckt werden kann. Dies zieht abgeschnittene Filterlinien in diesen Projektionen nach sich. Die Folge sind starke Rekonstruktionsartefakte, welche das Ergebnis verfälschen und dessen qualifizierte Diagnose behindern, erschweren oder nicht möglich machen. Ein Fallbeispiel hierfür ist die Untersuchung von Abdomen oder Thorax. Es lassen sich zwei Arten von Trunkierung unterscheiden:
- (1) trans-axiale Trunkierung und
- (2) axiale Trunkierung.
- Trans-axiale Trunkierung wird durch Untersuchungsobjekte hervorgerufen, welche entlang der horizontalen Detektorachse abgeschnitten sind.
- Axiale Trunkierung wird durch Untersuchungsobjekte hervorgerufen, welche entlang der vertikalen Detektorachse abgeschnitten sind. So ist bei dem in [1] beschriebenen Feldkampalgorithmus, bei dem die Filterung entlang von horizontalen Linien im Röntgenbilddetektor verläuft, ausschließlich eine trans-axiale Trunkierung der Filterlinien möglich. Allerdings wurden durch die Entwicklung neuer approximativer und exakter Rekonstruktionsalgorithmen und durch die Verwendung neuartiger Abtastbahnen, wie beispielsweise Kreis-und-Linie, Kreis-und-Kreisbogen, Sattel, auch nicht-horizontale Filterlinien eingeführt, wie dies beispielsweise in Pack et al. [2] und [6], Katsevich [3] und [4] sowie Nett et al. [5] beschrieben ist. Dadurch kann neben trans-axialer Trunkierung auch axiale Trunkierung auftreten (siehe
3 ). Derartige Algorithmen erfordern deshalb ein neues Verfahren, welches in der Lage ist beide Arten von Trunkierung wirksam zu korrigieren. Da die Algorithmen eine sehr hohe Bildqualität versprechen, wäre die Lösung für das Trunkierungsproblem ein wichtiger und zentraler Beitrag zur Lösung von Rekonstruktionsproblemen in der Computer Tomographie. - In der
3 sind mögliche Trunkierungen bei nicht-horizontalen Filterlinien beispielhaft dargestellt. Auf dem Röntgenbilddetektor4 sind die Umrisse des Untersuchungsobjektes abgebildet. Eine FilterlinieF1 ist beidseitig trans-axial abgeschnitten. Eine FilterlinieF2 ist beidseitig axial abgeschnitten. Eine FilterlinieF3 ist links axial und rechts trans-axial abgeschnitten. Eine FilterlinieF4 weist keinerlei Trunkierung auf. Trunkierung tritt immer dann auf, wenn eine Filterlinie aus dem Röntgenbilddetektor4 austritt bevor sie aus dem Untersuchungsobjekt9 austritt. Für jeden Punkt der auf einer abgeschnittenen Filterlinie liegt, ergeben sich starke Rekonstruktionsartefakte. Dies kann bei nicht-horizontalen Filterlinien für die Mehrzahl der Punkte der Fall sein. - Bei C-Bogen Anlagen wird bisher die 3-D-Rekonstruktion mithilfe des Feldkampalgorithmus durchgeführt, welcher mit einer planaren, kreisförmigen Abtastbahn auskommt. Dieser verwendet ausschließlich horizontale Filterlinien, so dass nur trans-axiale Filterlinientrunkierungen auftreten können. Zur Korrektur trans-axialer Trunkierung hat sich eine „Hybridlösung“ als sehr effektiv erwiesen. Die Hybridkorrektur setzt sich aus der so genannte Wasserzylinder-Korrektur und einer Gauss Extrapolation zusammen, wie dies beispielsweise in Hsieh et al. [7], Zellerhoff et al. [8] oder Scholz [9] beschrieben ist. Das Verfahren wird zeilenweise durchgeführt. Dabei wird jeweils zunächst anhand eines Schwellwertes geprüft, ob eine Trunkierung vorliegt. Ist dies der Fall, wird in Abhängigkeit von der Steigung des (trunkierten) Projektionsprofils am Rand der betrachteten Detektorzeile entweder die Wasserzylinder-Korrektur oder die Gauss Extrapolation angewandt (siehe
4 ). Ist die Steigung am linken Detektorrand positiv oder am rechten Detektorrand negativ, kommt die Wasserzylinder-Korrektur zum Einsatz (siehe5 ). Bei der Wasserzylinder-Korrektur geht man davon aus, dass das Untersuchungsobjekt sehr gut durch einen Wasserzylinder approximiert werden kann. Dazu werden zunächst Mittelpunkt sowie Radius des Wasserzylinders bestimmt. Die fehlenden Projektionswerte werden dann durch computersimulierte Röntgenstrahlen, welche den Wasserzylinder durchlaufen, künstlich erzeugt. Mit den so generierten Projektionswerten wird die Detektorzeile fortgesetzt. Ist die Steigung am linken Detektorrand35 negativ oder am rechten Detektorrand36 positiv, kommt die Gauss Extrapolation zum Einsatz (siehe6 ). Bei der Gauss Extrapolation werden die fehlenden Projektionswerte durch eine Gauss-Kurve approximiert. Dadurch entstehen, ähnlich wie bei der Wasserzylinder-Korrektur, abfallende Projektionswerte. - Bei CT-Anlagen kommt ebenfalls ein Feldkamp-basierter Rekonstruktionsalgorithmus zum Einsatz. Die Filterung erfolgt allerdings entlang nicht-horizontaler Linien im Röntgenbilddetektor
4 , wobei die Steigungen der Filterlinien jedoch sehr kleine Werte aufweisen. Bei CT-Anlagen kann aufgrund der Detektorgröße keine trans-axiale Trunkierung auftreten. Deshalb muss lediglich axiale Trunkierung behandelt werden. Dazu wird der Röntgenbilddetektor4 in axiale Richtung konstant fortgesetzt, indem die erste bzw. die letzte Detektorzeile immer wieder kopiert und angefügt wird (siehe7 ) wie beispielsweise bei Flohr et al. [10] oder Kachelrieß et al. [11] . - In der
4 ist ein Projektionsprofil p(u) entlang einer abgeschnittenen Detektorzeile dargestellt. Abhängig von der Steigung der gemessenen Projektionswerte11 am Rand der Zeile wird entweder die Wasserzylinder-Korrektur (a) oder die Gauss Extrapolation (b) angewandt. - Die
5 zeigt beispielhaft eine Wasserzylinder-Korrektur für den rechten Detektorrand36 . Die fehlenden Projektionswerte werden durch computersimulierte Röntgenstahlen mittels eines Wasserzylinders12 erzeugt und als künstlich erzeugte Projektionswerte13 zur Fortsetzung des Profils verwendet. - In der
6 ist beispielhaft für den rechten Detektorrand36 Gauss Extrapolation dargestellt. Die fehlenden Projektionswerte werden durch eine Gauss-Kurve14 approximiert und zur Fortsetzung des Profils als künstlich erzeugte Projektionswerte15 verwendet. Bei CT-Anlagen erfolgt die Trunkierungskorrektur durch konstante axiale Fortsetzung16 des Röntgenbilddetektors4 in axiale Richtung, wie dies die7 zeigt. Die Größen der Erweiterungsbereiche werden dabei so gewählt, dass keine Filterlinie mehr abgeschnitten ist. In [12] sowie derDE 103 45 704 A1 und derUS 5 640 436 A werden keine Trunkierungskorrekturen in axialer Richtung beschrieben. Grob abstrahiert kann der Patient als ein nahezu unendlich langer Zylinder angesehen werden. Bei Trunkierung in transaxialer Richtung fehlt ein Teil nahe der Objektkante. Korrekturen versuchen, die Objektkante zu schätzen und dahingehend die Daten zu extrapolieren. Diese Trunkierungskorrektur ist in der Literatur wohlbekannt. Bei Trunkierung in axialer Richtung fehlt im Wesentlichen der größte Teil des Objektes. Nahe Objektkanten sind nicht vorhanden, die geschätzt und extrapoliert werden. Derartige Extrapolationsansätze zur Korrektur der axialen Trunkierung sind nicht bekannt. DieDE 103 45 704 A1 und derUS 5 640 436 A behandeln lediglich trans-axiale Trunkierungen. In [12] ist das „Long Object Problem“, also eine axiale Trunkierung, beschrieben, wobei iterative Ansätze untersucht werden. Die axiale Trunkierung wird daher nicht durch Datenextrapolation korrigiert, sondern durch geschickte Auswahl der Daten in der Reprojektion und Korrektur des Zwischenergebnisses. Kapitel2.D behandelt einen Extrapolationsansatz, der fehlende Daten (siehe5 , Mask1 ) ergänzt. Durch eine Datensortierung von Fan-Beam auf Parallel-Beam Geometrie entstehen die fehlenden Daten am Anfang und Ende der Abtastbahn unabhängig von der Form des Objektes und der Größe des Detektors. Das resultierende Trunkierungsproblem ist jedoch dem der transaxialen Trunkierung äquivalent und wird dementsprechend korrigiert. - Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Korrekturverfahren für Trunkierungsartefakte der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass auch bei beliebig ausgerichteten Filterlinien eine Trunkierungkorrektur durchführbar ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, von einer Strahlungsquelle divergente Strahlung emittiert wird, mit der divergenten Strahlung ein zu untersuchendes Objekt in unterschiedlichen Projektionsrichtungen durchleuchtet wird, die durch das zu untersuchende Objekt hindurch gedrungene Strahlung von einem Röntgenbilddetektor erfasst wird, und eine gefilterte Rückprojektion mit Filterung der Projektionsdaten entlang vordefinierter nicht-horizontaler Linien im Röntgenbilddetektor durchgeführt wird, wobei vom Röntgenbilddetektor aufgenommene Projektionsbilder erweitert werden, indem für Bildpunkte die Schwächung der Strahlung außerhalb des Projektionsbildes bestimmt wird, und dass zur Trunkierungskorrektur eine Erweiterung nicht-horizontaler Filterlinien durch eine trans-axiale und eine axiale künstliche Erweiterung des Röntgenbilddetektors erfolgt, wobei die Trunkierungskorrektur für nicht-horizontale Filterlinien gemäß einem Verfahren aus wenigstens einer der folgenden Gruppen durchgeführt wird:
- I) Die Trunkierungskorrektur erfolgt unabhängig von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien.
- II) Die Trunkierungskorrektur erfolgt in Abhängigkeit von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien, wobei die Filterlinien selbst erhalten bleiben.
- III) Die Trunkierungskorrektur erfolgt durch Einführung neuer modifizierter Filterlinien, wobei die Filterung entlang abgeknickter künstlich erweiterter Filterlinien erfolgt.
- Erfindungsgemäß sind die Verfahren zur Trunkierungskorrektur für nicht-horizontale Filterlinien in drei Gruppen eingeteilt. Die Verfahren aus Gruppe I führen die Korrektur unabhängig von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien durch. Sie sind damit unabhängig vom verwendeten Rekonstruktionsalgorithmus anwendbar. Die Verfahren aus Gruppe II führen die Korrektur in Abhängigkeit von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien durch. Die Filterlinien selbst bleiben erhalten. Bei dem Verfahren in Gruppe III werden, im Zuge der Trunkierungskorrektur, neue Filterlinien eingeführt.
- In vorteilhafter Weise kann der Röntgenbilddetektor gemäß Gruppe I) trans-axial und axial künstlich erweitert sein, wobei die Erweiterungen auf der Hybridkorrektur oder die trans-axiale Erweiterung auf der Hybridkorrektur basieren und die axiale Erweiterung durch eine konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors in axiale Richtung durch mehrmaliges Kopieren und Anfügen der ersten und letzten Detektorzeile erfolgen können.
- Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Filterlinien gemäß Gruppe II) künstlich erweitert werden, indem eine Hybridkorrektur nicht entlang der Detektorzeilen, sondern entlang der Filterlinien durchgeführt wird.
- Alternativ können die Filterlinien gemäß Gruppe II) dadurch künstlich erweitert werden, dass eine konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors in axiale Richtung und anschließende Hybridkorrektur entlang der Filterlinien oder eine modifizierte Wasserzylinder-Korrektur entlang der Filterlinien durchgeführt werden.
- Vorteile
- Die neuen Verfahren ermöglichen eine artefaktfreie ROI Rekonstruktion innerhalb größerer Körperregionen wie Abdomen.oder Thorax, welche aufgrund der beschränkten Detektorfläche (insbesondere bei C-Bogen Anlagen) bislang nicht möglich ist. Überdies sind die Verfahren mit allen FBP Algorithmen, bei denen abgeschnittene Projektionen Artefakte verursachen, sinnvoll kombinierbar. Die Verfahren zielen hierbei vor allem auf neuartige approximative und exakte FBP Algorithmen ab, welche nicht-horizontale Filterlinien aufweisen. Die Verfahren
1 und2 sind unabhängig vom Rekonstruktionsalgorithmus und können als Vorverarbeitungsschritt der Rekonstruktion betrachtet werden. Sie sind damit allgemeingültig. Die Verfahren3 bis6 sind vom konkreten Rekonstruktionsalgorithmus abhängig, lassen sich aber effizient in diesen integrieren. Überdies erlauben die neuen Verfahren eine Vergrößerung des FoV und damit die Rekonstruktion größerer Körperregionen. - Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens, -
2 eine Ansicht der Bahn eines Röntgenbilddetektors und einer Strahlungsquelle um ein zu untersuchendes Objekt in axialer Blickrichtung, -
3 eine Übersicht zur Erläuterung trans-axialer und axialer Trunkierungen und mögliche Arten der Filterlinien, -
4 ein Projektionsprofil p(u) entlang einer abgeschnittenen Detektorzeile, -
5 ein Projektionsprofil p(u) mit einer Wasserzylinder-Korrektur für den rechten Detektorrand, -
6 ein Projektionsprofil p(u) mit einer Gauss Extrapolation am rechten Detektorrand, -
7 eine Trunkierungskorrektur durch konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors in axiale Richtung, -
8 eine Originalprojektion mit axialer und transaxialer Trunkierung als Ausgangspunkt zur Erläuterung des Verfahrens1 , -
9 trans-axiale Erweiterung des Röntgenbilddetektors gemäß8 mittels Hybridkorrektur, -
10 axiale Erweiterung des Röntgenbilddetektors gemäß9 mittels Hybridkorrektur, -
11 eine Originalprojektion mit axialer und transaxialer Trunkierung als Ausgangspunkt zur Erläuterung des Verfahrens2 , -
12 trans-axiale Erweiterung des Röntgenbilddetektors gemäß11 mittels Hybridkorrektur, -
13 axiale Erweiterung mittels konstanter Fortsetzung des Röntgenbilddetektors gemäß12 in axialer Richtung, -
14 eine Originalprojektion und eine Filterlinie gemäß Verfahren3 mit zugehörigem Projektionsprofil, -
15 eine Originalprojektion und Filterlinie gemäß Verfahren4 mit zugehörigem Projektionsprofil, -
16 eine Originalprojektion und Filterlinie gemäß Verfahren5 mit zugehörigem Projektionsprofil und -
17 eine Originalprojektion und originale und der modifizierte Filterlinie gemäß Verfahren5 mit zugehörigem Projektionsprofil. - Beispiel 1: Verfahren 1 (Gruppe I)
- In
8 ist die Originalprojektion mit axialer und transaxialer Trunkierung dargestellt. In9 wurde der Röntgenbilddetektor4 zunächst trans-axial mithilfe der Hybridkorrektur erweitert, so dass sich beidseitig Erweiterungsbereiche mit abgeschwächter trans-axialer Fortsetzung17 ergeben. In10 wurde der Röntgenbilddetektor4 anschließend axial mithilfe der Hybridkorrektur erweitert, so dass sich beidseitig Erweiterungsbereiche mit abgeschwächter transaxialer Fortsetzung18 ergeben. Die Größe der Erweiterungsbereiche ist jeweils frei konfigurierbar und kann für jede Detektorseite (links, rechts, oben, unten) unterschiedlich gewählt werden. Eine weitere Flexibilität des Verfahrens besteht darin, dass die Schritte b) und c) vertauscht werden können. - Beispiel 2: Verfahren 2 (Gruppe I) Figur 11-13
- In
11 ist die Originalprojektion mit axialer und transaxialer Trunkierung dargestellt. In12 wurde der Röntgenbilddetektor4 zunächst trans-axial mithilfe der Hybridkorrektur erweitert, so dass sich beidseitig Erweiterungsbereiche mit abgeschwächter trans-axialer Fortsetzung17 ergeben. In13 wurde der Röntgenbilddetektor4 anschließend axial durch mehrmaliges Kopieren und Anfügen der ersten und letzten Detektorzeile erweitert, so dass sich beidseitig Erweiterungsbereiche mit konstanter axialer Fortsetzung19 ergeben. Die Größe des Erweiterungsbereiches ist jeweils frei konfigurierbar und kann für jede Detektorseite (links, rechts, oben, unten) unterschiedlich gewählt werden. Die axialen Erweiterungsbereiche19 sind dabei so einzustellen, dass keine Filterlinie mehr abgeschnitten ist. Eine weitere Flexibilität des Verfahrens besteht darin, dass die Schritte b) und c) vertauscht werden können. - Beispiel 3: Verfahren 3 (Gruppe II) Figur 14
- In
14 sind die Originalprojektion und eine FilterlinieF3 dargestellt, welche links axial und rechts trans-axial abgeschnitten ist. In Kurve20 ist das entsprechende Projektionsprofil p(u) für diese FilterlinieF3 abgebildet. In der ergänzten Kurve21 wurde das Profil mithilfe der Hybridkorrektur durch künstlich erzeugte Projektionswerte22 beidseitig fortgesetzt. Die Größe des Erweiterungsbereiches ist jeweils frei konfigurierbar und kann für jede Seite einer FilterlinieF3 unterschiedlich gewählt werden. - Beispiel 4: Verfahren 4 (Gruppe II) Figur 15
- In
15 ist die Originalprojektion abgebildet welche bereits durch Erweiterungsbereiche mit konstanter axialer Fortsetzung23 in axialer Richtung ergänzt wurde. In der Kurve24 zeigt das Projektionsprofil p(u) der FilterlinieF3 demnach nur noch eine trans-axiale Trunkierung. In der ergänzten Kurve25 wurde das Profil mithilfe der Hybridkorrektur durch künstlich erzeugte Projektionswerte26 fortgesetzt. Im Bereich der konstanten axialen Fortsetzung23 ergibt sich eine Fortsetzung27 der ergänzten Kurve25 . Die Größen der Erweiterungsbereiche für Röntgenbilddetektor4 und FilterlinienF3 sind jeweils frei konfigurierbar und können für jede Detektorseite (oben, unten) und für jede Seite einer FilterlinieF3 unterschiedlich gewählt werden. - Beispiel 5: Verfahren 5 (Gruppe II). Figur 16
- In
16 ist die Originalprojektion zusammen mit der Projektion eines Wasserzylinders28 abgebildet. In der Kurve29 weist das Projektionsprofil p(u) der FilterlinieF5 in diesem Beispiel nur eine trans-axiale Trunkierung auf. In der ergänzten Kurve30 wurde das Profil der FilterlinieF5 mittels künstlich erzeugter Projektionswerte31 fortgesetzt, indem die FilterlinieF5 in diesem Bereich entlang der Projektion des Wasserzylinders28 ausgewertet wurde. Die entsprechenden Projektionswerte werden durch computersimulierte Röntgenstrahlen künstlich erzeugt. Die Mittelachse (oder Rotationsachse) des Zylinders wird parallel zur z-Achse des Bezugskoordinatensystems ausgerichtet. Die Höhe des Zylinders wird als unendlich groß angenommen, so dass nur der Schnittpunkt (x,y,0) der Zylindermittelachse mit der xy-Ebene und der Radius R des Zylinders bestimmt werden müssen. Die drei Parameter (x,y,R) können bestimmt werden, indem beispielsweise die gemessenen Projektionswerte p(u) entlang der FilterlinieF5 sowie deren erste und zweite Ableitung bezüglich u, p'(u) bzw. p"(u), an einer Stelle u = u0 bestimmt werden. Daraus ergeben sich folgende Gleichungen zur Berechnung von (x,y,R): - Hierbei bezeichnet d die Schnittlänge des Röntgenstrahls mit dem Wasserzylinder, d' und d" deren erste und zweite Ableitung bezüglich u und µw den Abschwächungskoeffizienten von Wasser. Das Vorgehen ist für jede Seite einer Filterlinie
F5 erneut anzuwenden. Die modifizierte Wasserzylinder-Korrektur unterscheidet sich von der ursprünglichen Wasserzylinder-Korrektur durch die Verwendung einer Kegelstrahlgeometrie. Im ursprünglichen Verfahren benutzt man zur Generierung der Projektionswerte eine Parallelstrahlgeometrie, obwohl die Originalprojektionen in Kegelstrahlgeometrie akquiriert werden. - Beispiel 6: Verfahren 6 (Gruppe III) Figur 17
- In
17 ist die Originalprojektion zusammen mit der originalen FilterlinieF3 und der gestrichelt dargestellten modifizierten FilterlinieF6 abgebildet. Die Kurve32 des Projektionsprofils p(u) der modifizierten FilterlinieF6 weist nur noch eine trans-axiale Trunkierung auf. In der Kurve33 wurde das Profil mithilfe der Hybridkorrektur mit künstlich erzeugten Projektionswerten34 fortgesetzt. Die Größen der Erweiterungsbereiche für die Filterlinien sind jeweils frei konfigurierbar und können für jede Seite einer Filterlinie unterschiedlich gewählt werden. Als Variante wäre es auch denkbar, vor der Hybridkorrektur die FilterlinieF6 auch in trans-axiale Richtung zu modifizieren, beispielsweise indem diese ebenfalls horizontal fortgesetzt wird sobald sie den Röntgenbilddetektor4 verlässt. - Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ergeben sich folgende Verfahrensvarianten:
- Gruppe I, Verfahren
1 :- Der Röntgenbilddetektor
4 wird trans-axial und axial künstlich erweitert. Die Erweiterung basiert jeweils auf der Hybridkorrektur (siehe Beispiel 1).
- Der Röntgenbilddetektor
- Gruppe I, Verfahren
2 :- Der Röntgenbilddetektor
4 wird trans-axial und axial künstlich erweitert. Die trans-axiale Erweiterung basiert auf der Hybridkorrektur. Die axiale Erweiterung geschieht durch eine konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors4 in axiale Richtung (vgl. Bild5 ), durch mehrmaliges Kopieren und Anfügen der ersten und letzten Detektorzeile (siehe Beispiel 2).
- Der Röntgenbilddetektor
- Gruppe II, Verfahren
3 :- Die Filterlinien werden künstlich erweitert, indem die Hybridkorrektur nicht wie im ursprünglichen Verfahren (vgl. Bild
2 ) entlang der Detektorzeilen, sondern entlang der Filterlinien durchgeführt wird (siehe Beispiel 3).
- Die Filterlinien werden künstlich erweitert, indem die Hybridkorrektur nicht wie im ursprünglichen Verfahren (vgl. Bild
- Gruppe II, Verfahren
4 :- Die Filterlinien werden künstlich erweitert, durch konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors
4 in axiale Richtung (vgl. Bild5 ) und anschließende Hybridkorrektur entlang der Filterlinien (siehe Beispiel 4).
- Die Filterlinien werden künstlich erweitert, durch konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors
- Gruppe II, Verfahren
5 :- Die Filterlinien werden künstlich erweitert, indem eine modifizierte Wasserzylinder-Korrektur entlang der Filterlinien durchgeführt wird (siehe Beispiel 5).
- Gruppe III, Verfahren
6 :- Die Filterlinien werden derart modifiziert, dass die Filterung entlang abgeknickter Filterlinien erfolgt. Diese werden dann künstlich erweitert, indem die Hybridkorrektur entlang der abgeknickten Filterlinien durchgeführt wird (siehe Beispiel 6).
- Der Filterteil der gefilterten Rückprojektion besteht aus einer eindimensionalen linearen Filterung der Detektordaten.
- Die Daten können mittels einer Faltungsoperation im Realraum gefiltert werden. Alternativ dazu kann eine Faltungsoperation im Realraum durch eine Multiplikation im reziproken Raum ersetzt werden. Bei einzeiligen Detektoren ist es offensichtlich, dass die gesamte Detektorzeile in einem Filterschritt behandelt wird. Bei mehrzeiligen Detektoren (flächenhaften Detektoren) müssen Daten für den eindimensionalen Filterschritt ausgesucht werden. Die zu filternden Daten werden entlang einer Filterlinie gesammelt. Die Daten entlang einer Filterlinie können entweder im Realraum gefaltet werden, oder im reziproken Raum multipliziert werden. Zu beachten ist, dass nur der Teil des Realraums entlang einer Filterlinie mit einer eindimensionalen Fourier Transformation in den reziproken Raum transformiert wird. Diese Zusammenhänge sind Grundwissen in der Fachwelt, weshalb auf eine Erläuterung in der Anmeldung verzichtet wurde.
- Die Auswahl der Filterlinien ist abhängig vom Rekonstruktionsproblem und dem verwendeten Rekonstruktionsalgorithmus. Der häufig angewendete, in [1] beschriebene Feldkamp Algorithmus filtert die Detektordaten eindimensional zeilenweise, d.h. die Filterlinien sind entlang der Detektorzeilen ausgerichtet. Bei den Algorithmen zu einer exakten Rekonstruktion von Cone-Beam Daten sind Filterlinien im Allgemeinen nicht entlang der Detektorzeilen angeordnet, wie dies beispielsweise in [2] bis [6] beschrieben ist.
- Literaturverzeichnis
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Claims (7)
- Verfahren zur Korrektur von Trunkierungsartefakten in einem Rekonstruktionsverfahren für computertomographische Aufnahmen mit trunkierten Projektionsdaten in den rekonstruierten computertomographischen Bildern bei dem: - von einer Strahlungsquelle (2) divergente Strahlung (6) emittiert wird, - mit der divergenten Strahlung (6) ein zu untersuchendes Objekt (9) in unterschiedlichen Projektionsrichtungen durchleuchtet wird, - die durch das zu untersuchende Objekt (9) hindurch gedrungene Strahlung von einem Röntgenbilddetektor (4) erfasst wird, und - eine gefilterte Rückprojektion mit Filterung der Projektionsdaten entlang vordefinierter nicht-horizontaler Linien im Röntgenbilddetektor (4) durchgeführt wird, wobei vom Röntgenbilddetektor (4) aufgenommene Projektionsbilder erweitert werden, indem für Bildpunkte die Schwächung der Strahlung außerhalb des Projektionsbildes bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - zur Trunkierungskorrektur eine Erweiterung nicht-horizontaler Filterlinien durch eine trans-axiale und eine axiale künstliche Erweiterung des Röntgenbilddetektor (4) erfolgt, - wobei die Trunkierungskorrektur für nicht-horizontale Filterlinien gemäß einem Verfahren aus wenigstens einer der folgenden Gruppen durchgeführt wird: I) Die Trunkierungskorrektur erfolgt unabhängig von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien. II) Die Trunkierungskorrektur erfolgt in Abhängigkeit von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien, wobei die Filterlinien selbst erhalten bleiben. III) Die Trunkierungskorrektur erfolgt durch Einführung neuer modifizierter Filterlinien, wobei die Filterung entlang abgeknickter künstlich erweiterter Filterlinien erfolgt.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch g e - kennzeichnet, dass der Röntgenbilddetektor (4) gemäß Gruppe I) trans-axial und axial künstlich erweitert wird, wobei die Erweiterung auf der Hybridkorrektur basiert. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Röntgenbilddetektor (4) gemäß Gruppe I) trans-axial und axial künstlich erweitert wird, wobei die trans-axiale Erweiterung auf der Hybridkorrektur basiert und die axiale Erweiterung durch eine konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors (4) in axiale Richtung erfolgt. - Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch ge - kennzeichnet , dass die Filterlinien gemäß Gruppe II) künstlich erweitert werden, indem eine Hybridkorrektur entlang der Filterlinien durchgeführt wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder4 , dadurch gekennzeichnet , dass die Filterlinien gemäß Gruppe II) dadurch künstlich erweitert werden, dass eine konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors (4) in axiale Richtung und anschließende Hybridkorrektur entlang der Filterlinien durchgeführt wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 ,4 oder5 , dadurch gekennzeichnet , dass die Filterlinien gemäß Gruppe II) dadurch künstlich erweitert werden, dass eine modifizierte Wasserzylinder-Korrektur entlang der Filterlinien durchgeführt wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch ge - kennzeichnet, dass die Filterlinien gemäß Gruppe III) entlang abgeknickter Filterlinien dadurch künstlich erweitert werden, dass die Hybridkorrektur entlang der abgeknickten Filterlinien durchgeführt wird.
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