DE102009015771A1 - Reconstructed computer tomography image data set's relative density and ordinal number determining method, involves providing tomography representation of local spatial allocation of relative density and ordinal number of testing objects - Google Patents

Reconstructed computer tomography image data set's relative density and ordinal number determining method, involves providing tomography representation of local spatial allocation of relative density and ordinal number of testing objects Download PDF

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Abstract

The method involves calculating local measuring spectrum dependent weighting function at a position of testing objects (7) lever of a patient. A spatial allocation of a specified relative density and ordinal number is determined at the testing objects under the application of the determined local measuring spectrum dependent attenuation function and a local measuring spectrum dependent weighting function or value. The tomography representation of the calculated local spatial allocation of a specified relative density and ordinal number of the testing objects is provided. An independent claim is also included for a computer tomography system for scanning a testing object, comprising a controlling and processing unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Dichte- und Ordnungszahlverteilungen aus rekonstruierten CT-Bilddatensätzen aus N ≥ 2 Projektionsdatensätzen, aufgenommen mit N unterschiedlichen Spektralwichtungen, enthaltend die Verfahrensschritte:

  • – CT-Scan eines Untersuchungsobjektes und Erzeugung der N Projektionsdatensätzen, gemessen mit jeweils unterschiedlichen Spektralwichtungen,
  • – Rekonstruktion von N CT-Bilddatensätzen, jeweils mit einer Vielzahl von lokalen Bildwerten, die lokale mittlere Schwächungswerte am Ort des Untersuchungsobjektes und eines Messfeldes in Abhängigkeit von der jeweils zum Scan genutzten energieabhängigen Spektralwichtung wiedergeben.
The invention relates to a method for determining density and ordinal number distributions from reconstructed CT image data sets from N ≥ 2 projection data records, recorded with N different spectral weights, comprising the method steps:
  • CT scan of an examination object and generation of the N projection data sets, measured with different spectral weights,
  • Reconstruction of N CT image data sets, each with a multiplicity of local image values, which reproduce local mean attenuation values at the location of the examination object and a measurement field as a function of the energy-dependent spectral weighting used for each scan.

Unter dem Begriff Spektralwichtung wird erfindungsgemäß die Produktfunktion Sj(E)·Dj(E) mit j = 1 bis N verstanden, die energiespezifisch das Produkt aus der energieabhängigen Wichtung des verwendeten Strahlungsspektrums Sj(E) und der spektralen Empfindlichkeit eines verwendeten Detektors Dj(E) repräsentiert. Der Index j steht dabei jeweils für eine andere Spektralgewichtung. Es ist somit möglich, mit Hilfe unterschiedlicher verwendeter Spektren und Detektoren gleicher spektraler Empfindlichkeit oder mit Hilfe gleicher Strahlungsspektren aber unter Verwendung unterschiedlicher spektraler Detektorempfindlichkeiten oder auch unter gleichzeitiger Änderung der spektralen Empfindlichkeit des Detektors und mit unterschiedlichen Strahlungsspektren jeweils spektral unterschiedlich gewichtete Schwächungswerte zu erhalten.According to the invention, the term spectral weighting is understood to mean the product function S j (E) .D j (E) with j = 1 to N, which is energy-specifically the product of the energy-dependent weighting of the radiation spectrum S j (E) used and the spectral sensitivity of a detector used D j (E) represents. The index j stands for a different spectral weighting. It is thus possible, with the aid of different spectra and detectors of the same spectral sensitivity or with the aid of the same radiation spectra but using different spectral detector sensitivities or also with simultaneous change of the spectral sensitivity of the detector and with different radiation spectra, to obtain respectively spectrally differently weighted attenuation values.

Das oben bezeichnete Verfahren und auch CT-Systeme zur Durchführung dieses Verfahrens sind allgemein bekannt. Beispielsweise können mit Hilfe von so genannten Dual-Energy-CT- Systemen unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Röntgenstrahlungsspektren von dem gleichen Untersuchungsobjekt zwei tomographische Bilddatensätze rekonstruiert werden, die jeweils die örtlichen Schwächungswerte, genauer die örtlichen Schwächungskoeffizienten, wiedergeben, die durch das jeweils verwendete Strahlungsspektrum und die spektrale Empfindlichkeit des verwendeten Detektors beeinflusst werden.The above designated method and also CT systems for implementation This method is well known. For example, you can using so-called dual-energy CT systems using of two different X-ray spectra of two tomographic image data sets for the same examination object be reconstructed, each containing the local attenuation values, more precisely the local attenuation coefficients, reproduce by the particular radiation spectrum used and affects the spectral sensitivity of the detector used become.

Zur Auswertung der Messdaten kann auf der Basis solcher tomographischer Bilddatensätze eine RhoZ-Projektion (= Ermittlung einer Dichte- und Ordnungszahlverteilung) durchgeführt werden, wie sie in der Druckschrift DE 101 43 131 B4 oder in dem Journal of Applied Physics, „Density and atomic number measurements with spectral X-rax attenuation method”, B. J. Heismann et al., beschrieben ist. Hiernach werden auf Basis der energiespezifischen Schwächungswerte, die durch die tomographischen Bilddatensätze rekonstruiert wurden, die lokale Dichte und Ordnungszahl berechnet.For the evaluation of the measured data, a RhoZ projection (= determination of a density and ordinal number distribution) can be carried out on the basis of such tomographic image data sets, as described in the document DE 101 43 131 B4 or in the Journal of Applied Physics, "Density and atomic number measurements with spectral X-axis attenuation method", BJ Heismann et al. After this, the local density and ordinal number are calculated on the basis of the energy-specific attenuation values which were reconstructed by the tomographic image data sets.

Bei solchen bildbasierten spektralen Verfahren ist die Strahlaufhärtung ein wichtiges Problem. Anschaulich beschrieben, verschieben die Absorber im Strahlweg einer Projektion die Energiewichtung zu höheren Energien hin. Die Absorptionskoeffizienten μ der davon betroffener Datenabschnitte werden in Folge unterschätzt. Daraus berechnete Größen wie Dichte und Ordnungszahlen weisen entsprechend im Resultat systematische Fehler auf.at such image-based spectral methods is the beam hardening an important problem. Described descriptively, the move Absorber in the beam path of a projection, the energy weight to higher Energies down. The absorption coefficient μ of it affected data sections are subsequently underestimated. From this, calculated values such as density and atomic numbers have systematic errors in the result.

Will man diese Fehler vermeiden, muss die Strahlaufhärtung der die Materie durchdringenden Strahlung berücksichtigt werden. Bisher sind Strahlaufhärtungskorrektur und spektraler Algorithmus voneinander getrennte Verfahren. Für die normale monoenergetische CT werden so genannte Mehrfachkorrekturverfahren zur Strahlaufhärtungskorrektur verwendet. Deren Ziel ist es, rekonstruierte lokale Schwächungswerte mit einer räumlich konstanten Energiewichtung zu erhalten, wobei im Bild bei medizinischen Aufnahmen ein glatter Weichteilein druck entstehen soll. Hierdurch entstehen auch Auswirkungen auf die Güte einer RhoZ-Projektion einer tomographischen Darstellung.Want To avoid these errors, the beam hardening of the the matter penetrating radiation are taken into account. So far, beam hardening correction and spectral algorithm separate procedures. For the normal monoenergetic CT become so-called multiple correction methods for beam hardening correction used. Their goal is to reconstruct local attenuation values with a spatially constant energy weight, in the picture in medical images a smooth soft tissue pressure should arise. This also affects the quality a RhoZ projection of a tomographic representation.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verarbeitung rekonstruierter CT-Bilddatensätzen zu finden, bei welchem die Ergebnisse nicht durch eine Strahlaufhärtung oder deren Korrekturmaßnahmen beeinflusst werden und eine daraus folgende Materialzerlegung unbeeinflusst von spektralen Einflüssen bleibt.It It is therefore an object of the invention to provide a method for processing reconstructed CT image data sets, in which the results are not due to a beam hardening or their Corrective actions are influenced and a consequent Material decomposition unaffected by spectral influences remains.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.These The object is achieved by the features of the independent claims solved. Advantageous developments of the invention are Subject of subordinate claims.

Der Erfinder hat erkannt, dass die Strahlaufhärtung in ihrem Einfluss auf die rekonstruierte Bildwerte von tomographischen Bilddatensätzen, deren Pixel oder Voxel Schwächungskoeffizienten des untersuchten Objektes darstellen oder zumindest indirekt in Form von CT-Zahlen wiedergeben, abhängig vom verwendeten Spektrum der abtastenden Strahlung und/oder auch von der spektralen Empfindlichkeit des verwendeten Detektors ist. Es ist allerdings möglich, die mit einem CT rekonstruierten lokalen spektral gewichteten mittleren Schwächungswerte u j(r →) als Funktion aus einer lokalen spektralen Wichtungsfunktion Ωj(E, r →) und einer nicht messspektrumabhängigen, also einer energieabhängigen lokalen und damit messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktion μ(E, r →) zu beschreiben.The inventor has recognized that the beam hardening in its influence on the reconstructed image values of tomographic image data sets whose pixels or voxels represent attenuation coefficients of the examined object or at least indirectly in the form of CT numbers, depending on the used spectrum of the scanning radiation and / or of the spectral sensitivity of the detector used. It is possible, however, to use the CT reconstructed local spectrally weighted mean attenuation values u j (r →) as a function of a local spectral weighting function Ω j (E, r →) and a non-spectrometer-dependent, ie an energy-dependent local and thus spectrometry-independent attenuation function μ (E, r →) to describe.

Damit gelingt es, das Problem der Strahlaufhärtung durch eine langsam variierende, fehlertolerante und zudem leicht bzw. schnell zu berechnende Funktion zu beschreiben. Es ergibt sich also ein direkter und eindeutiger Zusammenhang zwischen den herkömmlich rekonstruierten lokalen mittleren Schwächungswerten μ j(r →) und den durch die spektralen Verfahren zu charakterisierenden lokalen energieabhängigen Schwächungsfunktionen μ(E, r →):

Figure 00040001
This makes it possible to describe the problem of beam hardening by means of a slowly varying, fault-tolerant and, moreover, easily or quickly calculated function. This results in a direct and clear relationship between the conventionally reconstructed local mean attenuation values μ j (r →) and the local energy-dependent attenuation functions μ (E, r →) to be characterized by the spectral methods:
Figure 00040001

Erfindungsgemäß können nun diese lokalen energieabhängigen Schwächungsfunktionen μ(E, r →) verwendet werden, um eine RhoZ-Projektion durchzuführen, wobei hier keine störenden Einflüsse durch mögliche Strahlaufhärtungen gegeben sind.According to the invention now these local energy-dependent attenuation functions μ (E, r →) used to perform a RhoZ projection, where there are no disturbing influences due to possible beam hardening given are.

Entsprechend diesem Grundgedanken schlägt der Erfinder vor, das an sich bekannte Verfahren zur Bestimmung von Dichte- und Ordnungszahlverteilungen aus rekonstruierten CT-Bilddatensätzen aus N ≥ 2 Projektionsdatensätzen, aufgenommen mit N unterschiedlichen Spektralwichtungen Sj(E)·Dj(E) mit j = 1 bis N zu verbessern, wobei die Spektralwichtung definiert ist als Produktfunktion aus der energieabhängigen Wichtung des verwendeten Strahlungsspektrums Sj(E) und der spektralen Empfindlichkeit eines verwendeten Detektors Dj(E).In accordance with this basic idea, the inventor proposes the method known per se for determining density and ordinal number distributions from reconstructed CT image data sets from N ≥ 2 projection data sets recorded with N different spectral weights S j (E) .D j (E) with j = 1 to N, the spectral weighting being defined as the product function of the energy-dependent weighting of the radiation spectrum S j (E) used and the spectral sensitivity of a detector D j (E) used.

Bekannt ist in diesem Verfahren die Durchführung eines CT-Scans und Erzeugung der N Projektionsdatensätzen mit jeweils unterschiedlicher Spektralwichtung Sj(E)·Dj(E) und Rekonstruktion von N CT-Bilddatensätzen mit jeweils einer Vielzahl von lokalen Bildwerten, die lokale mittlere Schwächungswerte μ j(r →) am Ort r → des Untersuchungsobjektes und eines Messfeldes in Abhängigkeit von den jeweils zum Scan genutzten energieabhängigen Spektralwichtungen Sj(E)·Dj(E) wiedergeben.In this method, it is known to carry out a CT scan and generate the N projection data sets each having a different spectral weighting S j (E) .D j (E) and reconstructing N CT image data sets each having a multiplicity of local image values, the local average attenuation values μ j (r →) at the location r → of the examination subject and a measuring field as a function of the energy-dependent spectral weights S j (E) · D j (E) used in each case for the scan.

Die erfindungsgemäße Verbesserung des Verfahrens sieht vor:

  • – Ermittlung einer ersten groben Materialverteilung mit M >= N vorbestimmten Basismaterialien im Untersuchungsobjekt auf der Basis der zuvor ermittelten lokalen mittleren Schwächungswerte μ j(rr →)
  • – Bestimmung erster lokaler energieabhängiger Schwächungsfunktionen μ(E, r →) im Untersuchungsobjekt auf der Basis der groben Materialverteilung und der bekannten Zusammensetzung der Basismaterialien,
  • – Berechnung von lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen Ωj(E, r →) an den Orten r → des Untersuchungsobjektes auf der Basis der zuletzt bekannten Materialverteilung im Untersuchungsobjekt mit den dazugehörigen materialspezifischen energieabhängigen Schwächungsfunktionen μ(E, r →),
  • – Bestimmung der räumlichen Verteilung von spezifischer Dichte ρ(r →) und Ordnungszahl Z(r →) im Untersuchungsobjektes unter Verwendung der zuletzt bestimmten lokalen energieabhängigen Schwächungsfunktionen
    Figure 00050001
    und den lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen Ωj(E, r →), und
  • – tomographische Darstellung der berechneten örtlichen räumlichen Verteilung von Dichte ρ(r →) und/oder Ordnungszahl Z(r →) des Untersuchungsobjektes.
The improvement of the method according to the invention provides:
  • Determination of a first coarse material distribution with M> = N predetermined base materials in the examination object on the basis of the previously determined local mean attenuation values μ j (rr →)
  • Determination of first local energy-dependent attenuation functions μ (E, r →) in the examination object on the basis of the coarse material distribution and the known composition of the base materials,
  • - Calculation of local measurement spectrum dependent weighting functions Ω j (E, r →) at the locations r → of the examination object on the basis of the last known material distribution in the examination subject with the associated material-specific energy-dependent attenuation functions μ (E, r →),
  • - Determination of the spatial distribution of specific density ρ (r →) and atomic number Z (r →) in the object under investigation using the last determined local energy-dependent attenuation functions
    Figure 00050001
    and the local measurement spectrum dependent weighting functions Ω j (E, r →), and
  • - Tomographic representation of the calculated local spatial distribution of density ρ (r →) and / or atomic number Z (r →) of the examination object.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass nach der Bestimmung der räumlichen Verteilung von Dichte ρ(r →) und Ordnungszahl Z(r →) die lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen oder -werten Ωj(E, r →) auf der Basis der nun detaillierter bekannten Dichte- und Ordnungszahlverteilung und vorbekannter element- und dichtespezifischer energieabhängigen Schwächungsfunktionen μz(E, r →)/ρ werden, mit μ(E, r →) = ρ(r →)·μZ(E, r →)/ρ. Als Abbruchbedingung für die Iteration kann beispielsweise eine maximale Fehlersumme zwischen den Iterationsschritten und/oder eine maximale Anzahl der Iterationen verwendet werden.An advantageous embodiment of the method according to the invention can consist in that, after determining the spatial distribution of density ρ (r →) and ordinal number Z (r →), the local measurement spectrum-dependent weighting functions or values Ω j (E, r →) on the basis of now more detailed known density and atomic number distribution and prior art element and density specific energy-dependent attenuation functions μ z (E, r →) / ρ, with μ (E, r →) = ρ (r →) · μ Z (E, r →) / ρ. As a termination condition for the iteration, for example, a maximum error sum between the iteration steps and / or a maximum number of iterations can be used.

Konkret kann bei diesem Verfahren zur Berechnung der messspektrumabhängigen lokalen Wichtungsfunktionen Ω(E, r →) an den Orten r → des Untersuchungsobjektes die Beziehung

Figure 00050002
verwendet werden, mit:
Figure 00050003
wobei P dem Vorwärtsprojektionsoperator bei einer Rekonstruktion eines CT-Bilddatensatzes und R–1 inverse Radontransformationsoperator bei einer Rekonstruktion eines CT-Bilddatensatzes entsprechen.Specifically, in this method for calculating the measurement spectrum-dependent local weighting functions Ω (E, r →) at the locations r → of the examination subject, the relationship
Figure 00050002
to be used with:
Figure 00050003
where P corresponds to the forward projection operator in a reconstruction of a CT image data set and R -1 inverse radon transformation operator in a reconstruction of a CT image data set.

Zur Bestimmung der räumlichen Verteilung von spezifischer Dichte ρ(r →) und Ordnungszahl Z(r →) im Untersuchungsobjekt kann die Beziehung:

Figure 00060001
verwendet werden, wobei die Indizes 1 und 2 zwei verwendete energieabhängige Spektralwichtungen (Sj(E)·Dj(E)) angeben, während E die Energieabhängigkeit, ρ(r →) die lokale spezifische Dichte, Z(r →) die lokale mittlere Ordnungszahl und r → die Ortsabhängigkeit beschreiben.To determine the spatial distribution of specific density ρ (r →) and ordinal number Z (r →) in the object to be examined, the relationship:
Figure 00060001
Indices 1 and 2 indicate two energy-dependent spectral weights used (S j (E) * D j (E)), while E represents the energy dependence, ρ (r →) the local specific gravity, Z (r →) the local energy density mean ordinal number and r → describe the location dependency.

Unterschiedliche energieabhängige Spektralwichtungen (Sj(E)·Dj(E)) können erfindungsgemäß durch die Verwendung unterschiedlicher Strahlungsspektren erreicht werden. Beispielsweise können hierzu verschiedene Beschleunigungsspannungen und/oder unterschiedliche Filterungen eingesetzt werden.Different energy-dependent spectral weights (S j (E) .D j (E)) can be achieved according to the invention by using different radiation spectra. For example, different acceleration voltages and / or different filterings can be used for this purpose.

Alternativ oder ergänzend können unterschiedliche energieabhängige Spektralwichtungen Sj(E)·Dj(E) auch durch die Verwendung unterschiedlicher spektraler Detektorempfindlichkeiten erreicht werden. Hierzu können verschiedene Detektoren unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit eingesetzt werden oder auch energiespezifische Detektoren mit unterschiedlichen Energie-Abtastgrenzen genutzt werden.Alternatively or additionally, different energy-dependent spectral weights S j (E) .D j (E) can also be achieved by using different spectral detector sensitivities. For this purpose, different detectors of different spectral sensitivity can be used or energy-specific detectors with different energy sampling limits can be used.

Das zuvor beschriebene Verfahren kann insbesondere im Rahmen von Patientenuntersuchungen verwendet werden, wobei bei diesen Untersuchungen für die Materialzerlegung das Wissen um die grundsätzlich im menschlichen oder tierischen Körper vorhandenen Elemente oder auch von in applizierten Kontrastmitteln vorliegende Elemente eingeht.The The method described above can be used in particular in the context of patient examinations used in these studies for the Material decomposition the knowledge about the fundamentally in the human or animal body elements or even of enters into applied contrast agents present elements.

Das Verfahren lässt sich jedoch auch auf unbelebte Gegenstände anwenden. Beispielsweise können hiermit Gegenstände im Rahmen von Sicherheitsuntersuchungen oder Materialprüfungen abgetastet werden. Hierzu ist es dann vorteilhaft als Basismaterialien vorbekannte Materialien, zum Beispiel aus einem Produktionsprozess, zu verwenden oder als Basismaterialien mindestens ein im Gegenstand gesuchtes Material, zum Beispiel Sprengstoff, anzusetzen.The However, procedures can also be applied to inanimate objects apply. For example, hereby objects as part of safety investigations or material testing be scanned. For this it is then advantageous as base materials previously known materials, for example from a production process, or as base materials at least one in the article sought after material, for example explosives.

Werden in einem Untersuchungsobjekt lokale Ordnungszahlen, genauer lokale energieabhängige und messspektrumunabhängige Schwächungsfunktionen μ(E, r →), die nicht eindeutig einem Element mit ganzzahliger Ordnungszahl oder einem Material mit einer mittleren Ordnungszahl zuteilbar sind, ermittelt, so kann eine lokale Materialmischung angenommen und berechnet werden. Hierfür kann die lokale Materialmischung mit Hilfe der ermittelten lokalen messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktion μ(E, r →) und messspektrumunabhängiger materialspezifischer Schwächungsfunktionen μZ(E, r →) – die gegebenenfalls aus wissenschaftlichen Tabellen entnommen oder zuvor selbst ermittelt werden – mit, bezüglich deren Ordnungszahl benachbarter, Materialien ermittelt werden.If local ordinal numbers, more precisely local energy-dependent and measurement spectrum-independent attenuation functions μ (E, r →), which can not be unambiguously assigned to an element with an integer ordinal number or a material with a mean ordinal number, are determined in a test object, then a local material mixture can be assumed and calculated , For this purpose, the local material mixture with the help of the determined local spectrometry independent attenuation function μ (E, r →) and measurement spectrum independent material-specific attenuation functions μ Z (E, r →) - which may be taken from scientific tables or previously determined themselves -, with respect to their atomic number adjacent , Materials are determined.

Hierfür stehen verschiedenste Möglichkeiten zur Verfügung. Gemäß einer ersten einfachen Berechnungsvariante können als benachbarte Materialien die Elemente mit ganzzahligen auf- und abgerundeten Ordnungszahlen verwendet werden. In diesem Fall werden nur Mischungen von ordnungszahlmäßig benachbarten Elementen zugelassen.Therefor There are various possibilities available. According to a first simple calculation variant As adjacent materials, the elements can be integer rounded and rounded ordinal numbers are used. In this Case will only be mixtures of ordinal numbers admitted to adjacent elements.

In einer zweiten Berechnungsvariante können als benachbarte Materialien die Elemente mit ganzzahligen Ordnungszahlen verwendet werden, die im Untersuchungsobjekt vorkommen können und die in einer nach Ordnungszahlen sortierten Auflistung der ermittelten lokalen Ordnungszahl am nächsten stehen. Hierbei werden nur Mischungen von Elementen zugelassen, die aus einer ordnungszahlmäßig sortierten Liste stammen und dort benachbart sind, wobei die Liste nur die tatsächlich vorkommenden Materialien in einem Untersuchungsobjekt enthalten. Somit werden nur theoretisch mögliche Materialkombinationen in einem Untersuchungsobjekt berücksichtigt.In a second calculation variant, the elements with integer ordinal numbers that can occur in the examination subject and that are closest in a list of the determined local ordinal numbers sorted by ordinal numbers can be used as adjacent materials. Here, only mixtures of elements are allowed, which come from an ordinal sorted list and are adjacent thereto, the list only the actually occurring materials in a sub contain a search object. Thus, only theoretically possible combinations of materials in an object under investigation are considered.

In einer dritten Berechnungsvariante kann als erstes benachbartes Element ein, aufgrund der ermittelten lokalen Ordnungszahl und dessen Ab- und Aufrundung, bestimmtes Element genutzt werden. Als hierzu benachbartes Element kann ein Element genutzt werden, welches mit größter Wahrscheinlichkeit in der Umgebung des ersten Elementes im vorliegenden Untersuchungsobjekt vorzufinden ist. Bei dieser Variante werden nur Mischungen von Elementen zugelassen, die aus einer bezüglich möglicher Nachbarschaften sortierten Liste eines Untersuchungsobjektes stammen, wobei auch hier nur die tatsächlich vorkommenden Materialien in einem Untersuchungsobjekt enthalten sind, jedoch deren tatsächlich mögliche Kombinationen besser berücksichtigt werden.In a third calculation variant may be the first adjacent element due to the determined local atomic number and its depreciation and rounding up, certain element will be used. As adjacent thereto Element can be used an element which with largest Probability in the environment of the first element in the present Object to be found is. In this variant will be only admits mixtures of elements which are from a respect possible neighborhoods sorted list of a study object but here only the actually occurring Materials contained in a study object, however their actually possible combinations better be taken into account.

Sind grundsätzlich zwei Materialien oder Elemente als „benachbarte Materialien” definiert worden, so gilt:

Figure 00080001
mit μ(E, r →) der ermittelten lokalen energieabhängigen und messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktion, den Ordnungszahlen Z1 und Z2 der benachbarten Materialien, a1, a2 den relativen Materialanteilen, wobei a1 + a2 = 1 ist, und
Figure 00080002
den dichte- und materialspezifischen messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktionen.If basically two materials or elements have been defined as "adjacent materials", then:
Figure 00080001
with μ (E, r →) of the determined local energy-dependent and measurement spectrum-independent attenuation function, the ordinal numbers Z 1 and Z 2 of the adjacent materials, a 1 , a 2 the relative proportions of materials, where a 1 + a 2 = 1, and
Figure 00080002
the density- and material-specific measurement spectrum-independent attenuation functions.

Zum Rahmen der Erfindung gehört auch ein CT-System zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes, aufweisend eine Steuer- und Recheneinheit mit einem Speicher für Computerprogrammcode, wobei im Speicher Computerprogrammcode hinterlegt ist und die Recheneinheit im Betrieb das erfindungsgemäße Verfahren ausführen kann.To the The invention also includes a CT system for scanning an examination object, comprising a control and computing unit with a memory for computer program code, being in memory Computer program code is deposited and the computing unit in operation perform the inventive method can.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden im Wesentlichen die folgenden Bezugszeichen und Kurzbezeichnungen benutzt: 1: CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre (optional); 5: zweiter Detektor (optional); 6: Gantrygehäuse; 6.1: Schwenkarm; 7: Patient; 8: Untersuchungsliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit mit optional zusätzlicher EKG-Funktion; 11: Kontrastmittelapplikator; 12: EKG-Leitung; 13: C-Bogen-System; 16.1 bis 16.7: Verfahrensschritte; A: Schwächung; a: Materialanteil; D: Detektor; d: Länge des Projektionswegs durch Objektbereich; D(E): spektrale Empfindlichkeit des Detektors bei der Energie E; E: Energie; I: Strahlungsintensität; I0: Strahlungsintensität ohne Schwächung; k: Konstante; L: Projektionsweg; MF: Messfeld; O: Objekt; P1 bis P3: Messpunkte; Prg1–Prgn: Computerprogramme; S: Strahlungsquelle; S1 bis S7: Verfahrensschritte; S(E): Wichtung des Strahlungsspektrums bei der Energie E; Z: Ordnungszahl; Δ: Fehlersumme; γ: Röntgenstrahl; θ: Projektionswinkel; ρ(r →): spezifische Dichte; w(E): Gewichtungsfunktion; r →, r →'': Ortskoordinaten; μ(E, r →): lokale energieabhängige und messspektrumunabhängige Schwächungsfunktion; μ(r →): lokaler mittlerer Schwächungskoeffizient; Ω(E, r →): lokale messspektrumabhängige Wichtungsfunktion. Indizierungen werden gegebenenfalls konsensbezogen verwendet.In the following the invention will be described in more detail with the aid of the figures, wherein only the features necessary for understanding the invention are shown. Essentially, the following reference numerals and abbreviations are used: 1 : CT system; 2 : first X-ray tube; 3 : first detector; 4 : second x-ray tube (optional); 5 : second detector (optional); 6 : Gantry housing; 6.1 : Swivel arm; 7 : Patient; 8th : Examination couch; 9 : System axis; 10 : Control and processing unit with optional additional ECG function; 11 : Contrast agent applicator; 12 : ECG lead; 13 : C-arm system; 16.1 to 16.7 : Process steps; A: weakening; a: proportion of material; D: detector; d: length of the projection path through object area; D (E): spectral sensitivity of the detector at energy E; E: energy; I: radiation intensity; I 0 : radiation intensity without weakening; k: constant; L: projection path; MF: measuring field; O: object; P1 to P3: measuring points; Prg 1 prg n : computer programs; S: radiation source; S 1 to S 7 : method steps; S (E): weighting of the radiation spectrum at the energy E; Z: ordinal number; Δ: error sum; γ: X-ray; θ: projection angle; ρ (r →): specific gravity; w (E): weighting function; r →, r → '': location coordinates; μ (E, r →): local energy-dependent and measurement-spectrum-independent attenuation function; μ (r →): local mean attenuation coefficient; Ω (E, r →): local measurement spectrum dependent weighting function. Indexing may be used as a consensus.

Es zeigen im Einzelnen:It show in detail:

1: CT-System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 : CT system for carrying out the method according to the invention;

2: C-Bogen-System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 2 : C-arm system for carrying out the method according to the invention;

3: Schematische Darstellung der Schwächungsmessung einer Strahlung; 3 : Schematic representation of the attenuation measurement of a radiation;

4: Werteverlauf von messspektrumunabhängigen spezifischen Schwächungsfunktionen μ(E, r →) über die Energie (= Basisfunktionen); 4 : Value curve of measurement spectrum-independent specific attenuation functions μ (E, r →) over energy (= basis functions);

5: Verlauf von zwei energieabhängigen Wichtungen von Strahlungsspektren Sj(E) über die Energie; 5 : Course of two energy-dependent weights of radiation spectra S j (E) over the energy metallurgy;

6: Verlauf der spektralen Empfindlichkeit eines beispielhaften Detektors Dj(E) über die Energie; 6 : Path of the spectral sensitivity of an exemplary detector D j (E) via the energy;

7: Verlauf von zwei energieabhängigen Spektralwichtungen Sj(E)·Dj(E) je einer Strahlungs-Detektor-Kombination über die Energie; 7 : Course of two energy-dependent spectral weights S j (E) · D j (E) each of a radiation-detector combination on the energy;

8: Darstellung eines Phantoms mit tatsächlichen Schwächungswerten; 8th : Representation of a phantom with actual attenuation values;

9: CT-Darstellung des Phantoms aus 8 mit Strahlaufhärtungsartefakten; 9 : CT image of the phantom off 8th with beam hardening artifacts;

10: Schematische Darstellung eines Objektes O mit zwei durchdringenden Röntgenstrahlen γ im Projektionswinkel θ und Abstand t(θ, r); 10 : Schematic representation of an object O with two penetrating X-rays γ at the projection angle θ and distance t (θ, r);

11: Flussdiagramm des erfindungsgemäßen LSR-Verfahrens; 11 : Flowchart of the LSR method according to the invention;

12: verschiedene lokale messspektrumabhängige Wichtungsfunktionen Ω(E, r →0) in Abhängigkeit von einer durchdrungenen Wasserschicht mit der spektralen Anfangsgewichtung w(E) des verwendeten Strahlungsspektrums; 12 : different local measurement spectrum-dependent weighting functions Ω (E, r → 0 ) as a function of a penetrated water layer with the initial spectral weighting w (E) of the radiation spectrum used;

13: CT-Darstellung eines Phantoms mit 3 Messpunkten P1–P3; 13 : CT representation of a phantom with 3 measurement points P1-P3;

14: beispielhafte lokale messspektrumabhängige Wichtungsfunktionen Ω(E, r →0) an den Messpunkten P1–P3 der 13 unter Verwendung der Strahlungs-Detektor-Kombination mit 140 kVp-Strahlung aufgetragen über die Energie; 14 : exemplary local measurement spectrum-dependent weighting functions Ω (E, r → 0 ) at the measuring points P1-P3 of the 13 using the radiation detector combination with 140 kVp radiation plotted on the energy;

15: Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Iteration. 15 : Flowchart of the method according to the invention with iteration.

Die 1 zeigt ein beispielhaftes CT-System 1 mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Das CT-System 1 weist ein erstes Röhren-/Detektor-System mit einer Röntgenröhre 2 und einem gegenüberliegenden Detektor 3 auf. Optional kann dieses CT-System 1 über eine zweite Röntgenröhre 4 mit einem gegenüberliegenden Detektor 5 verfügen. Beide Röhren-/Detektor-Systeme befinden sich auf einer Gantry, die in einem Gantrygehäuse 6 angeordnet ist und sich während der Abtastung um eine Systemachse 9 dreht. Der Patient 7 befindet sich auf einer verschiebbaren Untersuchungsliege 8, die entweder kontinuierlich oder sequentiell entlang der Systemachse 9 durch das im Gantrygehäuse 6 befindliche Messfeld MF geschoben wird, wobei die Schwächung der von den Röntgenröhren ausgesandten Röntgenstrahlung durch die Detektoren gemessen wird.The 1 shows an exemplary CT system 1 with which the method according to the invention can be carried out. The CT system 1 shows a first tube / detector system with an x-ray tube 2 and an opposite detector 3 on. Optionally, this CT system 1 via a second x-ray tube 4 with an opposite detector 5 feature. Both tube / detector systems are located on a gantry in a gantry housing 6 is arranged and during the scan around a system axis 9 rotates. The patient 7 is located on a movable examination couch 8th that are either continuous or sequential along the system axis 9 through the gantry housing 6 is moved measuring field MF, wherein the attenuation of the X-ray emitted by the X-ray tubes is measured by the detectors.

Während der Messung kann dem Patienten 7 mit Hilfe eines Kontrastmittelapplikators 11 auch ein Kontrastmittelbolus injiziert werden, so dass Blutgefäße besser erkennbar werden oder eine Perfusionsmessung durchgeführt werden kann. Bei Cardioaufnahmen kann zusätzlich, mit Hilfe einer EKG-Leitung 12, die Herztätigkeit gemessen werden und eine EKG-gegatete Abtastung durchgeführt werden.While the measurement can be patient 7 with the help of a contrast agent applicator 11 Also, a contrast agent bolus be injected so that blood vessels can be better recognized or a perfusion measurement can be performed. In cardio recordings may additionally, with the help of an ECG lead 12 , cardiac activity is measured and an ECG gated scan is performed.

Die Steuerung des CT-Systems erfolgt mit Hilfe einer Steuer- und Recheneinheit 10, in der sich Computerprogramme Prg1 bis Prgn befinden, die auch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchführen können. Zusätzlich kann über diese Steuer- und Recheneinheit 10 auch die Ausgabe von Bilddaten erfolgen.The control of the CT system is carried out with the aid of a control and processing unit 10 , in which there are computer programs Prg 1 to Prg n , which can also carry out the method according to the invention described above. In addition, via this control and processing unit 10 also the output of image data takes place.

Bei diesem CT-System mit zwei separaten Röntgenquellen kann beispielsweise eine Röntgenröhre mit einer Beschleunigungsspannung von 80 kVp und die andere Röntgenröhre mit 140 kVp betrieben werden. Hierdurch ergeben sich bei den Messungen unterschiedliche Spektralgewichtungen, die – bei gleicher spektraler Empfindlichkeit der verwendeten Detektoren – aus den unterschiedlichen Röntgenspektren der beiden Röntgenröhren stammen. Alternativ besteht allerdings auch die Möglichkeit, bei beiden Röntgenröhren das gleiche Strahlungsspektrum zu verwenden, allerdings für unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit der Detektoren zu sorgen. Auch eine Kombination beider Maßnahmen ist möglich.at this CT system with two separate x-ray sources For example, an X-ray tube with an acceleration voltage of 80 kVp and the other x-ray tube with 140 kVp operated. This results in different measurements Spectral weightings, which - with the same spectral sensitivity the detectors used - from the different X-ray spectra of the two x-ray tubes come. Alternatively, however, it is also possible in both x-ray tubes the same radiation spectrum to use, but for different spectral Sensitivity of the detectors. Also a combination Both measures are possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in Verbindung mit einem C-Bogen-System 13 eingesetzt werden, wie es in der 2 gezeigt ist. Das hier dargestellte C-Bogen-System 13 verfügt ebenfalls über eine Röntgenröhre 2 mit einem gegenüberliegenden flächig ausgebildeten Detektor 3. Beide Systeme sind mit Hilfe eines Schwenkarms 6.1, der an einem Gehäuse 6 befestigt ist, in beliebiger Stellung um den Patienten 7 zu schwenken und tasten ein Messfeld ab. Der Patient 7 befindet sich auf einer Patientenliege 8, die zusätzlich über ein Kontrastmittelapplikationssystem 11 verfügt, um gegebenenfalls zur Darstellung von Blutgefäßen Kontrastmittel zu injizieren. Gesteuert wird das System über eine Steuer- und Recheneinheit 10, die in ihrem Speicher Computerprogramme Prg1 bis Prgn aufweist, die unter anderem auch das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildverarbeitung durchführen können. Messungen mit unterschiedlichen Spektralgewichtungen können beispielsweise durch die Verwendung eines energiespezifischen Detektorsystems verwirklicht werden.The method according to the invention can also be used in conjunction with a C-arm system 13 be used as it is in the 2 is shown. The C-arm system shown here 13 also has an x-ray tube 2 with an opposing planar detector 3 , Both systems are using a swivel arm 6.1 which is attached to a housing 6 is attached, in any position around the patient 7 to pan and scan a measuring field. The patient 7 is on a patient bed 8th additionally using a contrast agent application system 11 to inject contrast media, if necessary, to visualize blood vessels. The system is controlled by a control and processing unit 10 , which has in its memory computer programs Prg 1 to Prg n , which can also perform, among other things, the inventive method for image processing. Measurements with different spectral weights can be realized, for example, by the use of an energy-specific detector system.

Beide zuvor beschriebenen Systeme eignen sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dessen Grundlagen nun beschrieben werden.Both previously described systems are suitable for carrying out of the method according to the invention, the bases thereof will now be described.

In 3 ist der Standardaufbau einer Röntgenstrahlen-Schwächungsmessung schematisch dargestellt. Es ist eine Röntgenquelle S gezeigt, die einen Röntgenstrahl auf einen Detektor D ausstrahlt. Oben ist der Weg eines Röntgenstrahls γ von der Quelle S zum Detektor D frei und es wird eine Strahlungsintensität I0 gemessen. Im unteren Teil der 3 befindet sich ein Objekt O im Strahlengang, wodurch die Strahlung ge schwächt wird, so dass am Detektor D eine geringere Intensität I gemessen wird.In 3 the schematic structure of an X-ray attenuation measurement is shown schematically. An X-ray source S is shown which emits an X-ray beam onto a detector D. At the top, the path of an X-ray γ from the source S to the detector D is free and a radiation intensity I 0 is measured. In the lower part of the 3 there is an object O in the beam path, whereby the radiation is weakened ge, so that at the detector D, a lower intensity I is measured.

Die Schwächung A = I/I0 wird durch die messspektrumunabhängige Schwächungsfunktion μ(E, r →) bezogen auf die verwendete Energie E am Ort r → beschrieben. Typische Materialbeispiele für μ(E, r →) sind in der 4 beispielhaft gezeigt.The attenuation A = I / I 0 is described by the measurement spectrum-independent attenuation function μ (E, r →) with respect to the energy E used at the location r →. Typical material examples for μ (E, r →) are in 4 shown by way of example.

Der Detektor D registriert also die aus dem Objekt kommenden Quanten. Es wird jeweils eine Messung mit Objekt und eine ohne Objekt durchgeführt. Aus den resultierenden Intensitäten I und I0 ergibt sich die Schwächung A = I/I0 ∊ [0; 1]. Sie beschreibt somit den relativen Intensitätsabfall durch den Röntgenstrahlenschwächungsprozess im Objekt.The detector D thus registers the quanta coming from the object. One measurement with object and one without object is performed. From the resulting intensities I and I 0 , the attenuation A = I / I 0 ε [0; 1]. It thus describes the relative intensity drop through the X-ray attenuation process in the object.

Hierbei muss zwischen monoenergetischen und polychromatischen Röntgenquellen S unterschieden werden.

  • a) Für monoenergetische Anfangsenergie E0 der Röntgenquanten ist die Schwächung A(m)
    Figure 00130001
    Hierbei ist der monoenergetische Schwächungskoeffizient μ (m)(r →) gleichwertig mit der energieabhängigen Schwächungsfunktion μ(E, r →).
  • b) Für polychromatische Röntgenquellen, was Röntgenröhren im Allgemeinen sind, wird mit einem Spektrum, genauer einer spektralen Wichtung S(E) eines Strahlungsspektrums, für die Anfangsenergie gerechnet. Zwei beispielhafte Spektren sind in der 5 für eine Röntgenröhre mit 80 kVp und eine Röntgenröhre mit 140 kVp dargestellt. Die gemessene Schwächung A berechnet sich damit gemäß
    Figure 00140001
    mit der spektralen Gewichtungsfunktion
    Figure 00140002
Here, a distinction must be made between monoenergetic and polychromatic X-ray sources S.
  • a) For monoenergetic initial energy E 0 of the X-ray quanta, the weakening A (m)
    Figure 00130001
    Here is the monoenergetic attenuation coefficient μ (m) (r →) is equivalent to the energy-dependent attenuation function μ (E, r →).
  • b) For polychromatic X-ray sources, which are X-ray tubes in general, a spectrum, more precisely a spectral weighting S (E) of a radiation spectrum, is calculated for the initial energy. Two exemplary spectra are in the 5 for an 80 kVp x-ray tube and a 140 kVp x-ray tube. The measured attenuation A is thus calculated according to
    Figure 00140001
    with the spectral weighting function
    Figure 00140002

Die Detektorempfindlichkeit D(E) beschreibt hier die spektrale Gewichtung des Detektors. Für einen ideal integrierenden Detektor kann man annehmen, dass D(E) = E gilt. Für diese Messungen geeignete Detektoren haben allerdings eine sehr aufwendige Struktur und müssen exakt berechnet oder ausgemessen werden. Ein typischer Empfindlichkeitsverlauf D(E) eines Gd2O2S-Szintillations-Detektors, wie er allgemein in Verbindung mit kommerziellen CT-Systemen verwendet wird, ist in 6 gezeigt. Die 7 zeigt die, entsprechend Gleichung (3) berechnete, spektrale Gewichtungsfunktion w(E) mit S(E) und D(E) aus den 5 und 6.The detector sensitivity D (E) describes here the spectral weighting of the detector. For an ideally integrating detector one can assume that D (E) = E. However, suitable detectors for these measurements have a very complex structure and must be calculated or measured accurately. A typical sensitivity curve D (E) of a Gd 2 O 2 S scintillation detector, as commonly used in conjunction with commercial CT systems, is in 6 shown. The 7 shows the spectral weighting function w (E) calculated according to equation (3) with S (E) and D (E) from the 5 and 6 ,

Medizinische und industrielle CT-Systeme verwenden normalerweise Röntgenröhren als Emissionsquelle. Die 5 zeigt die typischen Spektren für Beschleunigungsspannungen von 80 kVp und 140 kVp eines medizinisch genutzten Systems. Der CT-Messprozess zur Erzeugung von Projektionsdaten wird mit der Gleichung (2) korrekt beschrieben. Allerdings werden in den Standard-CT-Messungen keine energieaufgelösten Schwächungswerte gemessen, sondern über die Energie integrierte Schwächungen über das gesamte Spektrum ermittelt. Daraus können auch keine Bilddaten berechnet werden, die μ(E, r →) als Bildwerte darstellen. Hierzu wären spektral aufgelöste Sinogrammdatensätze Ai(E) erforderlich.Medical and industrial CT systems usually use X-ray tubes as the emission source. The 5 shows the typical spectra for acceleration voltages of 80 kVp and 140 kVp of a medical system. The CT measuring process for generating projection data is correctly described by the equation (2). However, in the standard CT measurements, no energy-resolved attenuation values are measured, but energy-integrated attenuation across the entire spectrum is determined. From this, no image data can be calculated that represent μ (E, r →) as image values. For this purpose, spectrally resolved sinogram data sets A i (E) would be required.

In der Single-Energy-CT führt dieser Konflikt zu einer üblichen Näherung. Die Radon-Transformation und ihre Inverse gehen von den physikalischen Grundlagen der linearen Röntgenstrahlung aus, um die lokalen effektiven Absorptionskoeffizienten μ(r →) des Untersuchungsobjektes zu rekonstruieren. Die Fehler aus der Abschätzung werden gewöhnlich als „Strahlaufhärtungsartefakte” bezeichnet. Das zu Grunde liegende Modell setzt voraus, dass die Gleichung (1) als Abschätzung verwendet werden darf. Für die Röntgenstrahlung, die das Objekt durchläuft, wird eine mittlere detektierte Energie <E> angenommen. Wenn die Röntgenquanten dicke Bereiche oder Bereiche mit hoher Ordnungszahl Z durchlaufen, wie zum Beispiel Knochen, nimmt diese mittlere Energie der detektierten Röntgenquanten um einige keV in Abhängigkeit von den Absorptionseigenschaften zu. In der 12 ist die Aufhärtung des Strahlungsspektrums und damit auch der mittleren Energie einer Strahlung in Abhängigkeit von unterschiedlich dicken Wasserschichten dargestellt. Das Strahlspektrum wird also „gehärtet” und folglich werden rekonstruierte μ(r →) der mittleren Energie <E> des primären Spektrums S(E) unterschätzt.In single-energy CT, this conflict leads to a common approximation. The radon transformation and its inverse start from the physical basics of linear X-rays to the local effective absorption coefficients μ (r →) of the object to be reconstructed. The errors from the estimation are commonly referred to as "beam hardening artifacts". The underlying model assumes that equation (1) may be used as an estimate. For the X-ray radiation that passes through the object, a mean detected energy <E> is assumed. When the X-ray quanta pass through thick regions or regions of high atomic number Z, such as bone, this increases the mean energy of the detected X-ray quanta by a few keV as a function of the absorption properties. In the 12 is the hardening of the radiation spectrum and thus also the average energy of a radiation as a function of different thicknesses of water shown. The beam spectrum is thus "hardened" and consequently reconstructed μ (r →) of the mean energy <E> of the primary spectrum S (E) is underestimated.

Der Fehler in der Abschätzung kann analytisch bestimmt werden. Es lässt sich zeigen, dass Gleichung (2) auch wie folgt geschrieben werden kann:

Figure 00150001
The error in the estimate can be determined analytically. It can be shown that equation (2) can also be written as follows:
Figure 00150001

Mit dem Fehlerterm

Figure 00150002
lässt sich der effektive Schwächungskoeffizient wie folgt beschreiben:
Figure 00160001
With the error term
Figure 00150002
the effective attenuation coefficient can be described as follows:
Figure 00160001

Der Fehler erster Ordnung R aus Gleichung (4) führt zu einer Überschätzung von A und einer konsequenten Unterschätzung des effektiven Schwächungskoeffizienten μ(r →) im rekonstruierten Bild. Die 9 zeigt ein typisches Beispiel einer CT-Darstellung eines in der 8 gezeigten Phantoms in der medizinischen CT. In der CT-Darstellung des Phantoms zeigen sich die bekannten typischen Strahlaufhärtungsartefakte einer Schüsselung und eines „Tunneleffektes” zwischen den Knochenphantomen.The first order error R from equation (4) leads to an overestimation of A and a consequent underestimation of the effective attenuation coefficient μ (r →) in the reconstructed image. The 9 FIG. 16 shows a typical example of a CT representation of one in FIG 8th shown phantom in medical CT. The CT image of the phantom shows the well-known typical beam hardening artifacts of a wedge and a "tunneling effect" between the bone phantoms.

Bekannte Strahlungsaufhärtungskorrekturen mildern diese Artefakte in der praktischen Single-Energy-CT durch Korrektur der gemessenen Schwächung Ai. Dabei wird die Länge des abschwächenden Materials im Strahlweg ermittelt und die daraus erfolgte Energieverschiebung der mittleren Energie ausgeglichen. Mit diesem Algorithmus werden gewöhnlich gute Ergebnisse bei der Darstellung weichen Gewebes in medizinischen CTs erzielt. Allerdings zielen solche Maßnahmen nicht darauf ab, die quantitative absolute Genauigkeit von rekonstruierten CT-Werten zu erhalten.Known radiation hardening corrections mitigate these artifacts in practical single-energy CT by correcting the measured attenuation A i . The length of the attenuating material in the beam path is determined and compensated for the resulting energy shift of the average energy. This algorithm usually gives good results in imaging soft tissue in medical CTs. However, such measures are not aimed at obtaining the quantitative absolute accuracy of reconstructed CT values.

Die 10 zeigt eine Standardprojektionsgeometrie in einem CT-System. In der Parallelprojektionsgeometrie wird ein Strahl durch den Projektionswinkel θ und seinen Kanalabstand t zum Mittelpunkt des CT-Detektors beschrieben. Daraus folgt die typische Projektionsformel

Figure 00160002
mit dem Vorwärtsprojektionsoperator P{.} und der Abkürzung der räumlichen Pfadintegration
Figure 00170001
mit lθ,t(α) dem Projektionspfad durch das Objekt zum Rotationswinkel θ, dem Detektorkanal t und dem Linienparameter α für die Pfadintegration.The 10 shows a standard projection geometry in a CT system. In parallel projection geometry, a ray is described by the projection angle θ and its channel distance t to the center of the CT detector. From this follows the typical projection formula
Figure 00160002
with the forward projection operator P {.} and the abbreviation of the spatial path integration
Figure 00170001
with l θ, t (α) the projection path through the object to the rotation angle θ, the detector channel t and the line parameter α for the path integration.

Der rekonstruierte lokale mittlere Schwächungskoeffizient wird dargestellt als μ(r →) = R–1{P{μ(E, r →)}} (9)mit dem inversen Radon-Transformationsoperator R–1{.}.The reconstructed local mean attenuation coefficient is displayed as μ (r →) = R -1 {P {μ (E, r →)}} (9) with the inverse radon transformation operator R -1 {.}.

Durch Einsetzen eines Faktors

Figure 00170002
in die Gleichung (9) und unter Berücksichtigung der Bedingung, dass P{μ(E, r →)} unabhängig von E ist, erhält man die Gleichung
Figure 00170003
By inserting a factor
Figure 00170002
in equation (9), and taking into account the condition that P {μ (E, r →)} is independent of E, the equation is obtained
Figure 00170003

Die Erweiterung der Gleichung (10) um den Faktor

Figure 00170004
führt zuThe expansion of equation (10) by the factor
Figure 00170004
leads to

Figure 00170005
Figure 00170005

Dieser Ausdruck kann umgeformt werden in

Figure 00170006
mit der lokalen Wichtungsfunktion
Figure 00170007
This expression can be transformed into
Figure 00170006
with the local weighting function
Figure 00170007

Die Gleichung (11) verknüpft also die spektrale Schwächungsfunktion μ(E, r →) mit dem gemessenen, gewichteten Schwächungskoeffizienten μ(r →). Daraus folgt eine auf Bilddaten basierende Beschreibung des Messverfahrens in der CT und des Rekonstruktionsprozesses.Equation (11) thus combines the spectral attenuation function μ (E, r →) with the measured, weighted attenuation coefficient μ (r →). This is followed by an image data based description of the measurement method in the CT and the reconstruction process.

Die lokale Wichtungsfunktion Ω(E, r →) aus der Gleichung (13) beschreibt die effektive spektrale Gewichtung an einer beliebigen Objektposition. Sie ist abhängig von der spektralen Schwächungsfunktion des gescannten Objektes μ(E, r →), dem Bilddatenrekonstruktionsprozess R–1{.} und dem Messprozess, der durch den Operator P{.} beschrieben wird. Die Wichtungsfunktion w(E) ergibt sich aus der Wichtungsfunktion des Systems in Gleichung (3).The local weighting function Ω (E, r →) from equation (13) describes the effective spectral weighting at any object position. It depends on the spectral attenuation function of the scanned object μ (E, r →), the image data reconstruction process R -1 {.} And the measurement process described by the operator P {.}. The weighting function w (E) results from the weighting function of the system in equation (3).

In der praktischen Anwendung der CT werden nur gewichtete Schwächungskoeffizienten μ(r →) gemessen. Um die lokale Wichtungsfunktion zu berechnen, wird eine Abschätzung der spektralen Schwächungsfunktionen μ(E, r →) in Anhängigkeit der Eingangsdaten benötigt. Aus einem Dual-Energy-Scan ergeben sich zwei Abschwächungsdatensätze μ 1(r →) und μ 2(r →). Die Basis-Material-Zerlegung wird in einer auf Bilddatensätzen basierenden Form angewendet, um die Parametrisierung von μ(E, r →) zu erhalten. Dieser Ansatz wird beschrieben durch

Figure 00180001
In the practical application of CT only weighted attenuation coefficients μ (r →) measured. In order to calculate the local weighting function, an estimate of the spectral attenuation functions μ (E, r →) depending on the input data is needed. A dual energy scan results in two attenuation data sets μ 1 (r →) and μ 2 (r →). The base material decomposition is applied in an image data set based form to obtain the parameterization of μ (E, r →). This approach is described through
Figure 00180001

Dieser Ausdruck separiert die energieabhängige Basisfunktion fj(E) von den ortsabhängigen Koeffizienten cj(r →). Die typischen Werte der Basisfunktion in der medizinischen Anwendung der CT ist eine Kombination aus den massenabhängigen Schwächungsfunktionen von Wasser- und Knochen. Aus Gleichung (12) folgt

Figure 00190001
wobei die Elemente der Matrix K ausgedrückt werden durchThis expression separates the energy-dependent basis function f j (E) from the location-dependent coefficients c j (r →). The typical values of the basic function in the medical application of CT is a combination of the mass-dependent attenuation functions of water and bone. From equation (12) follows
Figure 00190001
wherein the elements of the matrix K are expressed by

Figure 00190002
Figure 00190002

Die Gleichung (15) ist mit den Koeffizienten cj(r →) durch Invertieren der Matrix K einfach lösbar. Allerdings müssen auch die zirkularen Abhängigkeiten K → cj(r →) → μ(E, r →) → Ωi(E, r →) → K aufgelöst werden. Dies führt zu einem zweiphasigen iterativen Verfahren gemäß dem Flussdiagramm in 11. Hier wird zunächst im Verfahrensschritt S1 die anfängliche lokale Wichtungsfunktion geschätzt, indem Ωi (k=0)(E, r →) = w(E) gesetzt wird. Beispielsweise kann dies aus der Kenntnis der ebenfalls anfangs vorliegenden CT-Darstellung mit den gemessenen und rekonstruierten mittleren lokalen Schwächungskoeffizienten μ(r →) im Verfahrensschritt S2 geschätzt werden. Aus den beiden Ergebnissen der Schritte S1 und S2 erfolgt eine erste Schätzung der lokalen Massenschwächungsfunktionen μ(E, r →) im Schritt S3. Hieraus ergibt sich die Berechnung der lokalen Wichtungsfunktionen Ω(E, r →) im Schritt S4. Außerdem können aus der Kenntnis der lokalen Massenschwächungsfunktionen μ(E, r →) und einem vorbestimmten gewünschten Spektrum im Schritt S7 auf erfindungsgemäße Weise die lokalen gewichteten Schwächungskoeffizienten des betrachteten Objektes bezüglich des beliebigen angenommenen Spektrums berechnet und als CT-Darstellung ausgegeben werden. Soll das Verfahren zur Optimierung iterativ durchgeführt werden, so können diese Schritte nach einer Entscheidung im Schritt S5 beliebig oft gemäß dem gezeigten Flussschema wiederholt werden, wobei im Schritt S6 die zuletzt berechnete lokale Wichtungsfunktion ausgegeben wird. Auf diese Weise erfolgt bei jedem k-ten Iterationsschritt erneuert die Abschätzung von μi (k)(E, r →) und Ωi (k)(E, r →). The equation (15) is easily solvable with the coefficients c j (r →) by inverting the matrix K. However, the circular dependencies K → cj (r →) → μ (E, r →) → Ω i (E, r →) → K must also be resolved. This leads to a two-phase iterative method according to the flowchart in FIG 11 , Here, first in step S 1, the initial local weighting function is estimated by setting Ω i (k = 0) (E, r →) = w (E). For example, this may be the result of the knowledge of the initially present CT display with the measured and reconstructed average local attenuation coefficients μ (r →) are estimated in method step S 2 . From the two results of steps S1 and S2, a first estimation of the local mass attenuation functions μ (E, r →) takes place in step S 3 . This results in the calculation of the local weighting functions Ω (E, r →) in step S 4 . In addition, from the knowledge of the local mass attenuation functions μ (E, r →) and a predetermined desired spectrum in step S 7 according to the invention, the local weighted attenuation coefficients of the object under consideration with respect to the arbitrary assumed spectrum can be calculated and output as a CT representation. If the method for optimization is to be carried out iteratively, these steps can be repeated as often as desired according to the flow diagram shown after a decision in step S 5 , wherein the last calculated local weighting function is output in step S 6 . In this way, the estimation of μ i (k) (E, r →) and Ω i (k) (E, r →) is renewed at every k th iteration step.

Dieses Verfahren wird hier als Lokale Spektrale Rekonstruktion (LSR) bezeichnet. Es führt zu einer Abschätzung sowohl der lokalen Wichtungsfunktion als auch der Schwächungsfunktionen μ(E, r →). Das LSR-Verfahren kann auf spektrale Vielkanal-CT und Basis-Material-Zerlegung übertragen werden, zum Beispiel bei einer Anzahl von N > 2 spektralen Kanälen und einer Anzahl M <= N Basismaterialien. Für die Single-Energy-CT kann μ(E, r →) aus einem energiegewichteten effektiven Schwächungskoeffizienten μ(r →) abgeschätzt werden.This method is referred to herein as Local Spectral Reconstruction (LSR). It leads to an estimation of both the local weighting function and the attenuation functions μ (E, r →). The LSR method can be transferred to multichannel spectral CT and base material decomposition, for example, with a number of N> 2 spectral channels and a number M <= N base materials. For single-energy CT, μ (E, r →) can be calculated from an energy-weighted effective attenuation coefficient μ (r →) can be estimated.

Aus dem LSR-Verfahren gemäß den Gleichungen (12) und (13) ergibt sich eine Abschätzung der lokalen Wichtungsfunktion und der tatsächlichen Genauigkeit der spektralen Schwächungsfunktionen μ(E, r →) des Objektes. Die Information aus der lokalen Wichtungsfunktion gibt ein tieferes Verständnis des Energiegewichtungsprozesses in der CT-Bildgebung. Für die quantitative Anwendung der spektralen CT sind die daraus erhaltenen Schwächungsfunktionen μ(E, r →) das Hauptergebnis. Die dazugehörigen Parameter wie Basismaterialkoeffizienten können grafisch dargestellt werden oder für bestimmte Diagnosefragestellungen analysiert werden.Out the LSR method according to the equations (12) and (13) gives an estimate of the local weighting function and the actual accuracy of the spectral attenuation functions μ (E, r →) of the Object. The information from the local weighting function gives a deeper understanding of the energy weighting process in CT imaging. For the quantitative application of Spectral CT are the resulting attenuation functions μ (E, r →) the main result. The associated parameters such as base material coefficients can be graphed or for specific Diagnosis questions are analyzed.

Es ist wichtig anzumerken, dass die Schwächungsfunktion μ(E, r →) theoretisch von den Schwächungseffekten des Objektes, den Eigenschaften der Rekonstruktion und dem Messverfahren nicht beeinflusst werden. Beispielsweise kann so der Kern der Rekonstruktion von Dual-Energy-Messungen berücksichtigt werden. Hierdurch kann die Pixelregistrierung zwischen den Datensätzen verbessert werden.It it is important to note that the attenuation function μ (E, r →) theoretically of the weakening effects of the object, the Properties of the reconstruction and the measuring method not affected become. For example, so can the core of the reconstruction of dual-energy measurements be taken into account. This allows pixel registration between the records.

In der Praxis sind exakte Beschreibungen der Wichtungsfunktion w(E) und dem Messoperators P{.} nötig, um quantitative Ergebnisse zu gewährleisten. Es ist zu bemerken, dass sich aus dem Rekonstruktionsoperator R–1{.} sowohl die Bildrekonstruktion als auch die Berechnung der lokalen Wichtungsfunktion ergibt. Davon abgesehen gibt es keine weiteren Effekte bezüglich der Genauigkeit und Präzision von μ(E, r →).In practice, exact descriptions of the weighting function w (E) and the measurement operator P {.} Are necessary to ensure quantitative results. It should be noted that the reconstruction operator R -1 {.} Yields both the image reconstruction and the calculation of the local weighting function. Apart from that, there are no further effects regarding the accuracy and precision of μ (E, r →).

Grundsätzlich bestehen einige unterschiedliche Ziele der oben dargelegten erfindungsgemäßen Gewichtung:
Sie kann für Strahlaufhärtungskorrekturen verwendet werden, um beispielsweise eine konstante Systemgewichtungsfunktion (SWF) eines Bilddatensatzes zu erhalten, wie es in der 5 für w(E) einer CT-Messung für 80 kVp und 140 kVp Röhrenspannung gezeigt ist.In principle, there are several different objectives of the invention set forth above Ge weighting:
It can be used for beam hardening corrections, for example, to obtain a constant system weighting (SWF) function of an image data set as described in US Pat 5 for w (E) CT measurement for 80 kVp and 140 kVp tube voltage is shown.

Weiterhin können monoenergetische Kalibrierungen mit einer durch wc(E) = δ(E – E0) gegebenen Zielgewichtungsfunktion durchgeführt werden. Eine Anwendung dieser monoenergetischen Schwächungskoeffizienten stellt die Kontraststeigerung bei Bilddifferenzen von speziellem Gewebe dar.Furthermore, monoenergetic calibrations can be performed with a target weighting function given by w c (E) = δ (E - E 0 ). One application of these monoenergetic attenuation coefficients is the contrast enhancement in image differences of particular tissue.

Die lokale spektrale Wichtungsfunktion Ω(E, r →) beschreibt also für jeden Ort r → der rekonstruierten Bilddaten Bilddaten aus den gewichteten lokalen Schwächungswerten μ(r →) die dort wirksame spektrale Wichtung. Sie bildet den Mittelwert der spektralen Wichtungen der tomografischen Abtastwege ab, die bei der Erzeugung der zugehörigen μ(r →)-Daten vorliegen. Ω(E, r →) lässt sich exakt aus den energieabhängigen Schwächungsfunktionen μ(E, r →) berechnen.The local spectral weighting function Ω (E, r →) thus describes image data from the weighted local attenuation values for each location r → of the reconstructed image data μ (r →) the effective spectral weighting there. It maps the mean of the spectral weights of the tomographic scan paths used in the generation of the associated scan paths μ (r →) data are available. Ω (E, r →) can be calculated exactly from the energy-dependent attenuation functions μ (E, r →).

Die Gleichung (12) verbindet die rekonstruierten Bilddaten, die die effektiven Schwächungskoeffizienten μ(r →) wiedergeben, mit der messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktion μ(E, r →). Die Struktur von Gleichung (12) ähnelt dem Ergebnis der linearen Abschätzung. Die globale Gewichtungsfunktion w(E) wird dabei durch die lokale Gewichtungsfunktion Ω(E, r →) ersetzt. Gleichung (12) ist an sich eine exakte Formel. Allerdings hat sie intrinsische Eigenschaften, zum Beispiel setzt die lokale Gewichtungsfunktion Ω(E, r →) die Kenntnis von μ(E, r →) des gesamten Objektes voraus.Equation (12) combines the reconstructed image data representing the effective attenuation coefficients μ (r →), with the measurement spectrum-independent attenuation function μ (E, r →). The structure of equation (12) is similar to the result of the linear estimation. The global weighting function w (E) is replaced by the local weighting function Ω (E, r →). Equation (12) is itself an exact formula. However, it has intrinsic properties, for example, the local weighting function Ω (E, r →) requires the knowledge of μ (E, r →) of the entire object.

Die lokale Gewichtungsfunktion Ω(E, r →) kann aus einem Raumintegral über μ(E, r →) in polaren oder kartesischen Koordinaten berechnet werden.The local weighting function Ω (E, r →) can be calculated from a space integral over μ (E, r →) be calculated in polar or Cartesian coordinates.

Wird beispielsweise die lokale Gewichtungsfunktion Ω(E, r →) für im Zentrum r0 eines wässrigen Objektes mit einem bestimmten Durchmesser berechnet, wobei als Strahlungsspektrum S2(E) das 140 kVp-Spektrums einer Röntgenröhre gemäß 7 und die spektrale Empfindlichkeit D(E) eines integrierenden GdOS-Detektors gemäß 6 angenommen wird, so ergibt sich eine resultierende Ω(E, r →0) wie in 12 für unterschiedlichen Durchmesser des wässrigen Objektes gezeigt. Mit wachsendem Durchmesser, hier 10 cm, 20 cm, 30 cm und 40 cm, verschiebt sich die Energiegewichtung Ω(E, r →0) zu höheren Energien.If, for example, the local weighting function Ω (E, r →) for the center r 0 of an aqueous object with a specific diameter is calculated, the radiation spectrum S 2 (E) being the 140 kVp spectrum of an x-ray tube according to 7 and the spectral sensitivity D (E) of an integrating GdOS detector according to 6 is assumed, the result is a resulting Ω (E, r → 0 ) as in 12 shown for different diameter of the aqueous object. With increasing diameter, here 10 cm, 20 cm, 30 cm and 40 cm, the energy weighting Ω (E, r → 0 ) shifts to higher energies.

In der 14 sind drei beispielhaft ermittelte lokale messspektrumabhängige Wichtungsfunktionen Ωj(E, r →) an den Orten P1, P2 und P3 eines in der 13 dargestellten Messfeldes mit einem Phantom 7 dargestellt. Hierbei wurde. das Spektrum einer 140 kVp – Röntgenstrahlung eines CT-Systems zugrunde gelegt. Der Effekt der Strahlaufhärtung ist am Verlauf der Wichtungsfunktionen an den Orten P1, P2 und P3 zu erkennen, die eine umso stärkere Verschiebung zum härteren Spektrum erfahren je zentraler der Messpunkt gewählt ist.In the 14 are three exemplarily determined local measurement spectrum dependent weighting functions Ω j (E, r →) at the locations P1, P2 and P3 of a in the 13 shown measuring field with a phantom 7 shown. This was. based on the spectrum of a 140 kVp X-ray of a CT system. The effect of the beam hardening can be seen in the course of the weighting functions at the locations P1, P2 and P3, which experience an even stronger shift to the harder spectrum the more central the measuring point is selected.

Ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit einem Ausführungsbeispiel unter Anwendung von Iteration in der 15 mit den Verfahrensschritten 16.1 bis 16.7 dargestellt.A schematic flow chart of the method according to the invention is shown with an embodiment using iteration in the 15 with the process steps 16.1 to 16.7 shown.

Im ersten Verfahrensschritt 16.1 wird ein Untersuchungsobjekt mit Hilfe eines CT-Systems bezogen auf mindest zwei unterschiedliche Abtastspektren abgetastet. Als Ergebnis werden die lokalen mittleren Schwächungswerte μ j(r →) rekonstruiert und ausgegeben. Der Index j definiert hierbei die mindestens zwei unterschiedlichen spektralen Wichtungsfunktionen der verwendeten Strahlungs-Detektor-Kombinationen. Im Schritt 16.2 wird auf der Grundlage der ermittelten Datensätze der lokalen mittleren Schwächungswerte μ j(r →) eine erste grobe Materialverteilung im Untersuchungsobjekt 7 und auch im Messfeld – hierzu zählt beispielsweise auch eine Patientenliege im Messfeld – ermittelt. Hierzu kann beispielsweise eine Segmentierung auf der Basis der rekonstruierten mittleren Schwächungswerte oder von daraus berechneten CT-Werten dienen. Allerdings können beliebige andere bekannte Methoden ebenfalls verwendet werden. Aus der nun bekannten Materialverteilung und aufgrund der für diese bekannten Materialien vorbekannte messspektrumunabhängige Schwächungsfunktion können diese μ(1)(E, r →) im nächsten Verfahrensschritt 16.3 verwendet und die lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen Ωj(E, r →) gemäß der Gleichung 7 – oder auch gemäß der Gleichung 8 – bestimmt werden.In the first process step 16.1 an examination object is scanned with the aid of a CT system based on at least two different scanning spectra. As a result, the local mean attenuation values become μ j (r →) reconstructed and output. The index j defines the at least two different spectral weighting functions of the radiation detector combinations used. In step 16.2 is based on the determined data sets of local mean attenuation values μ j (r →) a first coarse material distribution in the examination object 7 and also in the measuring field - this includes, for example, a patient couch in the measuring field - determined. For this purpose, for example, a segmentation on the basis of the reconstructed mean attenuation values or of CT values calculated therefrom can be used. However, any other known methods can also be used. From the now known material distribution and due to the previously known for these known materials measuring spectrum-independent attenuation function these μ (1) (E, r →) in the next step 16.3 and the local measurement spectrum-dependent weighting functions Ω j (E, r →) are determined according to Equation 7 or else according to Equation 8.

Auf der Basis der so ermittelten lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen Ωj(E, r →) und der lokalen messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktionen

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– die bekanntermaßen eine Abhängigkeit von der Dichte und der Ordnungszahl des lokal vorliegenden Materials aufweisen und daher zur Orientierung in der Formel mit den Indizes ρ(r →) und Z(r →) versehen sind –, lassen sich nun mit Hilfe des bekannten Verfahrens zur Ermittlung der Dichte- und Ordnungszahlverteilung die lokalen Dichten und Ordnungszahlen des Untersuchungsobjektes im Verfahrensschritt 16.4 ermitteln. Bezüglich dieses Verfahrens wird auf die Schriften DE 101 43 131 B4 und Journal of Applied Physics, „Density and atomic number measurements with spectral X-rax attenuation method”, B. J. Heismann et al., verwiesen. Allerdings wird explizit darauf hingewiesen, dass im erfindungsgemäßen Verfahren an Stelle des mittleren messspektrumabhängigen Schwächungskoeffizienten hier die messspektrumunabhängige Schwächungsfunktion in Verbindung mit der messspektrumabhängigen Wichtungsfunktion verwendet wird.On the basis of the local measured spectrum-dependent weighting functions Ω j (E, r →) determined in this way and the local measurement spectrum-independent attenuation functions
Figure 00230001
- Which are known to have a dependence on the density and the atomic number of the locally present material and are therefore provided for orientation in the formula with the indices ρ (r →) and Z (r →) -, can now be using the be knew method for determining the density and ordinal number distribution, the local densities and ordinal numbers of the examination object in the process step 16.4 determine. Regarding this procedure is on the fonts DE 101 43 131 B4 and Journal of Applied Physics, "Density and atomic number measurements with spectral X-axis attenuation method", BJ Heismann et al. However, it is explicitly pointed out that in the method according to the invention, the measurement spectrum-independent attenuation function is used here in place of the average measurement spectrum-dependent attenuation coefficient in conjunction with the measurement spectrum-dependent weighting function.

Sind auf diese Weise nun die lokalen Dichten ρ(r →) und Ordnungszahlen Z(r →) errechnet, so können diese im Verfahrensschritt 16.6 in einer tomographischen Darstellung als endgültiges Ergebnis ausgegeben werden.If the local densities ρ (r →) and ordinal numbers Z (r →) are calculated in this way, they can be calculated in the method step 16.6 in a tomographic representation as a final result.

Bei dem in 15 gezeigten Verfahren wird allerdings im Schritt 16.5 zunächst oder zusätzlich zur Bildausgabe entschieden, ob ein Abbruchkriterium für das hier gezeigte Iterationsverfahren erfüllt ist. Hierfür kann zum Beispiel eine ermittelte Fehlersumme Δ zwischen zwei Iterationsergebnissen berechnet und bei Unterschreiten der Fehlersumme Δ unter eine Konstante k oder auch bei Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl an Iterationen n ein Iterationsabbruch und eine endgültige Ausgabe eingeleitet werden. Anderenfalls wird nochmals zum Verfahrensschritt 16.3 oder auch 16.4 verzweigt.At the in 15 However, the process shown is in step 16.5 initially or additionally to the image output, it is decided whether an abort criterion for the iterative method shown here is fulfilled. For this purpose, for example, a determined error sum Δ between two iteration results can be calculated and, if the error sum Δ is fallen below a constant k or even if a predetermined number of iterations n is exceeded, an iteration termination and a final output can be initiated. Otherwise, becomes the process step again 16.3 or 16.4 branched.

Wird eine Verzweigung zum Schritt 16.3 gewählt, so können iterativ nochmals die lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen Ωj(E, r →) aus den nun genauer bekannten lokalen messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktionen μ(E, r →) errechnet werden und anschließend verfeinert die Dichte- und Ordnungszahlverteilung nachberechnet werden. Alternativ kann jedoch auch unter Einsparung von Rechenzeit und Reduktion der Genauigkeit des Verfahrens direkt im Schritt 16.4 eine Nachberechnung der Dichte- und Ordnungszahlverteilung durchgeführt werden.A branch becomes a step 16.3 If necessary, the local measurement-spectrum-dependent weighting functions Ω j (E, r →) can be iteratively calculated from the now more accurately known local spectrometry-independent attenuation functions μ (E, r →) and then refined the density and ordinal number distribution can be recalculated. Alternatively, however, it can also save time and reduce the accuracy of the process directly in the step 16.4 a recalculation of the density and ordinal number distribution are performed.

Wird eine dieser Iterationen durchgeführt, so kann, gemäß Verfahrensschritt 16.7, aufgrund der Kenntnis der neuen Ordnungszahl Z(r →) am Ort r → – die nicht notwendigerweise ganzzahlig sein muss – in Verbindung mit bekannten sehr genauen wissenschaftlichen Tabellen von Wirkungsquerschnitten oder direkt von spezifischen Schwächungsfunktionen μZ(E, r →)/ρ und in Kenntnis der ermittelten lokalen Dichte ρ(r →) auf die lokale messspektrumunabhängige Schwächungsfunktionen μ(E, r →) geschlossen werden. Liegen ganzzahlige Ordnungszahlen vor oder werden diese näherungsweise angenommen so können diese Werte direkt aus elementbezogenen Tabellen entnommen werden. Anderenfalls kann durch Mischkalkulationen, gegebenenfalls auch durch einfließen lassen von zusätzlichen Kenntnissen über das Untersuchungsobjekt und dessen mögliche Zusammensetzung, Mischfunktionen gebildet werden. Beispielsweise können bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im medizinischen Bereich auch die Daten aus dem ICRU Report 46, „Proton, Electron, Proton and Neutron Interaction Data for Body Tissues”, und dem ICRU Report 44, „Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement” für Gewebetypen, also vorgegebene Materialmischungen, verwendet werden.If one of these iterations is performed, then, according to method step 16.7 , due to the knowledge of the new atomic number Z (r →) at the location r → - which need not necessarily be integer - in connection with known very accurate scientific tables of cross-sections or directly from specific attenuation functions μ Z (E, r →) / ρ and in knowledge of the determined local density ρ (r →) to the local measurement spectrum-independent attenuation functions μ (E, r →) are concluded. If integer ordinal numbers are present or if they are approximated, these values can be taken directly from element-related tables. Otherwise, mixing functions can be used to form mixing functions, possibly also by incorporating additional knowledge about the object to be examined and its possible composition. For example, in the application of the method according to the invention in the medical field, the data from the ICRU Report 46 , "Proton, Electron, Proton and Neutron Interaction Data for Body Tissues", and the ICRU Report 44 , "Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement" are used for tissue types, ie predetermined material mixtures.

Werden also nicht ganzzahlige Ordnungszahlen ermittelt, so kann in einer möglichen Berechnungsvariante angenommen werden, dass sich an diesem betrachteten Ort ein Gemisch aus zwei Materialien mit benachbarter Ordnungszahl befindet und das Mischungsverhältnis beider Materialien aus der gefundenen lokalen energieabhängigen Schwächungsfunktion

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und der tatsächlichen lokalen energieabhängigen Schwächungsfunktion μZ(E, r →) der Materialien dieser benachbarten Ordnungszahlen ermittelt werden. Eine andere verbesserte Berechnungsvariante besteht darin, ausschließlich Materialien zu betrachten, die im Untersuchungsobjekt vorkommen können, vorzugsweise signifikant oder mit einer bestimmten hohen Wahrscheinlichkeit vorkommen können. Damit werden nun Materialmischungen aus den nicht ganzzahligen Ordnungszahlen berechnet, die nach der Erfahrung ausschließlich im Untersuchungsobjekt vorkommende Materialien enthalten. Schließlich kann die letztere Berechnungsvariante auch noch dadurch verbessert werden, indem für jedes Material oder Element einer bestimmten Ordnungszahl zuvor Wahrscheinlichkeiten bestimmt werden, die das tatsächlich gemischte Auftreten in einem Untersuchungsobjekt beschreiben. Wird nun ein Gemisch aus Materialien oder Elementen aufgrund einer ermittelten nicht ganzzahligen Ordnungszahl gesucht, so kann zunächst das Element mit der gerundeten ganzen Ordnungszahl bestimmt werden und dann hierzu der wahrscheinlichste Mischungsnachbar mit seiner Ordnungs zahl gesucht werden. Von diesen Elementen oder Materialien sind die tatsächlichen lokalen energieabhängigen Schwächungsfunktionen μZ(E, r →) bekannt und es kann das Mischungsverhältnis beider Materialien oder Elemente berechnet werden. Entsprechend können auch diese Materialzusammensetzungen ausgegeben und dargestellt werden.If, therefore, non-integer ordinal numbers are determined, it can be assumed in a possible calculation variant that a mixture of two materials with adjacent atomic number is located at this observed location and the mixing ratio of both materials from the found local energy-dependent attenuation function
Figure 00250001
and the actual local energy-dependent attenuation function μ Z (E, r →) of the materials of these adjacent atomic numbers. Another improved calculation variant is to consider only materials that can occur in the examination subject, preferably occur significantly or with a certain high probability. Thus, material mixtures are calculated from the non-integer ordinal numbers which, according to experience, contain exclusively materials occurring in the examination subject. Finally, the latter calculation variant can also be improved by previously determining for each material or element of a certain ordinal number probabilities which describe the actually mixed occurrence in an examination object. If a mixture of materials or elements is now sought on the basis of a determined non-integer ordinal number, the element with the rounded integer number can first be determined and then the most probable mixture neighbor with its ordinal number can be searched for. Of these elements or materials, the actual local energy-dependent attenuation functions μ Z (E, r →) are known and the mixing ratio of both materials or elements can be calculated. Correspondingly, these material compositions can also be output and displayed.

Als Ergebnis stehen dem Nutzer Absorptionsdaten beziehungsweise Bilddaten zur Verfügung, die nicht mehr von der zur Untersuchung verwendeten Strahlung abhängig sind und eine vom verwendeten Messsystem neutrale Darstellung des Untersuchungsobjektes ermöglichen.As a result, the user absorption data or image data are available, the are no longer dependent on the radiation used for the examination and allow a neutral representation of the object to be examined by the measuring system used.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass unter rekonstruierten CT-Bilddatensätzen die mit einem Röntgenspektrum gemessenen spektral gewichteten und damit messspektrumabhängigen Schwächungswerte μ selbst verstanden werden, obwohl bei der Darstellung dieser rekonstruierten CT-Bilddatensätze meist so genannten CT-Zahlen oder CT-Werte X in HU (= Hounsfield Units) in einer Grauwertskala gezeigt sind. Die Umrechnung zwischen CT-Wert X und Schwächungswert μ normiert auf Wasser erfolgt gemäß der Gleichung

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In addition, it is pointed out that under reconstructed CT image data sets, the spectrally weighted and therefore measurement spectrum-dependent attenuation values μ themselves are understood, although in the presentation of these reconstructed CT image data sets, so-called CT numbers or CT values X in HU (FIG. Hounsfield units) are shown in a gray scale. The conversion between CT value X and attenuation value μ normalized to water is carried out according to the equation
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Zusammenfassend wird also in dieser Erfindung vorgeschlagen, aus unter mindestens zwei unterschiedlichen spektralen Wichtungen ermittelten CT-Datensätzen mit lokalen energiegemittelten Schwächungswerten eine anfängliche Materialverteilung eines Untersuchungsobjektes zu bestimmen, unter Anwendung dieser Materialverteilung lokale messspektrumabhängige Wichtungsfunktionen und lokale messspektrumunabhängige Schwächungsfunktionen zu errechnen und anschließend unter Verwendung der lokalen energiegemittelten Schwächungswerte, der lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen eine Dichte- und Ordnungszahlverteilung zu berechnen. Ergänzend kann eine iterativ mit der nun genauer bekannten Dichte- und Ordnungszahlverteilung unter Verwendung von bekannten Tabellen ord nungszahlabhängige spezifische und messspektrumunabhängige Schwächungsfunktion oder Wirkungsquerschnitte auf genauere lokale messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen und/oder lokale messspektrumunabhängige Schwächungsfunktionen geschlossen und damit wiederum eine neue verbesserte Dichte- und Ordnungszahlverteilung berechnet werden. Selbstverständlich kann dieses Verfahren mit allen zuvor genannten Merkmalen kombiniert werden.In summary is therefore proposed in this invention, from at least two different spectral weights determined CT data sets with local energy-averaged attenuation values an initial one To determine material distribution of an object to be examined, under Application of this material distribution local measurement spectrum dependent Weighting functions and local measurement spectrum independent Calculate attenuation functions and then using the local energy-averaged attenuation values, the local measurement spectrum dependent weighting functions calculate a density and atomic number distribution. additional can be iterative with the now more accurately known density and atomic number distribution using known tables ordnungszahlabhängige specific and measurement spectrum independent attenuation function or cross-sections to more accurate local spectra-dependent Weighting functions and / or local measurement spectrum independent Weakening functions closed and turn one new improved density and atomic number distribution can be calculated. Of course, this procedure can be used with everyone before be combined features mentioned.

Insbesondere versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Especially it is understood that the above features of the invention not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10143131 B4 [0004, 0085] - DE 10143131 B4 [0004, 0085]

Claims (15)

Verfahren zur Bestimmung von Dichte- und Ordnungszahlverteilungen aus rekonstruierten CT-Bilddatensätzen aus N ≥ 2 Projektionsdatensätzen, aufgenommen mit N unterschiedlichen Spektralwichtungen (Sj(E)·Dj(E) mit j = 1 bis N), definiert als Produktfunktion aus der energieabhängigen Wichtung des verwendeten Strahlungsspektrums (Sj(E)) und der spektralen Empfindlichkeit eines verwendeten Detektors (Dj(E)), enthaltend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. CT-Scan eines Untersuchungsobjektes (7) und Erzeugung der N Projektionsdatensätzen gemessen mit jeweils unterschiedlicher Spektralwichtung (Sj(E)·Dj(E)), 1.2. Rekonstruktion von N CT-Bilddatensätzen, jeweils mit einer Vielzahl von lokalen Bildwerten, die lokale mittlere Schwächungswerte (μ j(r →)) am Ort (r →) des Untersuchungsobjektes und eines Messfeldes (MF) in Abhängigkeit von den jeweils zum Scan genutzten energieabhängigen Spektralwichtungen (Sj(E)·Dj(E)) wiedergeben, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden: 1.3. Ermittlung einer ersten groben Materialverteilung mit M >= N vorbestimmten Basismaterialien im Untersuchungsobjekt (7) auf der Basis der zuvor ermittelten lokalen mittleren Schwächungswerte (μ j(r →)), 1.4. Bestimmung erster lokaler messspektrumunabhängiger Schwächungsfunktionen (μ(E, r →)) im Untersuchungsobjekt (7) auf der Basis der groben Materialverteilung und der bekannten Zusammensetzung der Basismaterialien, 1.5. Berechnung von lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen (Ωj(E, r →)) an den Orten (r →) des Untersuchungsobjektes (7) auf der Basis der zuletzt bekannten Materialverteilung im Untersuchungsobjekt (7) mit den dazugehörigen materialspezifischen messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktionen (μ(E,
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)), 1.6. Bestimmung der räumlichen Verteilung von spezifischer Dichte (ρ(r →)) und Ordnungszahl (Z(r →)) im Untersuchungsobjektes (7) unter Verwendung der zuletzt bestimmten lokalen messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktionen (μ(E, rr →) = μ(ρ(r →), Z(r →), E)) und den lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen oder -werten (Ωj(E, r →)), und 1.7. tomographische Darstellung der berechneten örtlichen räumlichen Verteilung von Dichte (ρ(r →)) und/oder Ordnungszahl (Z(r →)) des Untersuchungsobjektes (7).Method for determining density and ordinal number distributions from reconstructed CT image data sets from N ≥ 2 projection data sets, recorded with N different spectral weights (S j (E) * D j (E) with j = 1 to N), defined as product function from the energy-dependent Weighting of the radiation spectrum used (S j (E)) and the spectral sensitivity of a detector used (D j (E)), comprising the following process steps: 1.1. CT scan of an examination subject ( 7 ) and generation of the N projection data sets measured in each case with different spectral weighting (S j (E) .D j (E)), 1.2. Reconstruction of N CT image data sets, each with a plurality of local image values, the local mean attenuation values ( μ j (r →)) at the location (r →) of the examination subject and a measuring field (MF) as a function of the energy-dependent spectral weights (S j (E) * D j (E)) used for the scan, characterized in that the the following process steps are carried out: 1.3. Determination of a first coarse material distribution with M> = N predetermined base materials in the examination object ( 7 ) on the basis of the previously determined local mean attenuation values ( μ j (r →)), 1.4. Determination of first local measurement spectrum independent attenuation functions (μ (E, r →)) in the examination object ( 7 ) based on the coarse material distribution and the known composition of the base materials, 1.5. Calculation of local measurement spectrum-dependent weighting functions (Ω j (E, r →)) at the locations (r →) of the examination subject ( 7 ) on the basis of the last known material distribution in the examination object ( 7 ) with the associated material-specific measurement spectrum-independent attenuation functions (μ (E,
Figure 00280001
)), 1.6. Determination of the spatial distribution of specific density (ρ (r →)) and atomic number (Z (r →)) in the examination subject ( 7 ) using the last determined local measurement spectrum independent attenuation functions (μ (E, rr)) = μ (ρ (r →), Z (r →), E)) and the local measurement spectrum dependent weighting functions or values (Ω j (E, r →)), and 1.7. Tomographic representation of the calculated local spatial distribution of density (ρ (r →)) and / or atomic number (Z (r →)) of the examination object ( 7 ). Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bestimmung der räumlichen Verteilung von Dichte (ρ(r →)) und Ordnungszahl (Z(r →)) die lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen (Ωj(E, r →)) auf der Basis der nun detaillierter bekannten Dichte- und Ordnungszahlverteilung und vorbekannter element- und dichtespezifischer messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktionen (μZ(E, r →)/ρ) berechnet werden, mit μ(E, r →) = ρ(r →)·μZ(E, r →)/ρ.Method according to the preceding claim 1, characterized in that after the determination of the spatial distribution of density (ρ (r →)) and atomic number (Z (r →)), the local measurement spectrum-dependent weighting functions (Ω j (E, r →)) the base of the now in more detail known density and atomic number distribution and previously known element and dense specific measured spectrum independent attenuation functions (μ Z (e, r) / ρ →) can be calculated, with μ (e, r →) = ρ (r →) · μ Z (E, r →) / ρ. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktionen (Ω(E, r →)) an den Orten (
Figure 00290001
) des Untersuchungsobjektes (7) die Beziehung
Figure 00290002
verwendet wird, mit:
Figure 00290003
wobei P dem Vorwärtsprojektionsoperator bei einer Rekonstruktion eines CT-Bilddatensatzes und R–1 Radontransformationsoperator bei einer Rekonstruktion eines CT-Bilddatensatzes entsprechen.Method according to one of the preceding claims 1 to 2, characterized in that for calculating the local measurement spectrum-dependent weighting functions (Ω (E, r →)) at the locations (
Figure 00290001
) of the examination object ( 7 ) the relationship
Figure 00290002
is used with:
Figure 00290003
where P corresponds to the forward projection operator in a reconstruction of a CT image data set and R -1 radon transformation operator in a reconstruction of a CT image data set. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der räumlichen Verteilung von spezifischer Dichte (ρ(r →)) und Ordnungszahl (Z(r →)) im Untersuchungsobjekt (7) die Beziehung:
Figure 00300001
verwendet wird, wobei die Indizes 1 und 2 zwei verwendete energieabhängige Spektralwichtungen (Sj(E)·Dj(E)) angeben, während E die Energieabhängigkeit, ρ(r →) die lokale spezifische Dichte, Z(r →) die lokale mittlere Ordnungszahl und r → die Ortsabhängigkeit beschreiben.Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that for determining the spatial distribution of specific density (ρ (r →)) and atomic number (Z (r →)) in the examination subject ( 7 ) the relationship:
Figure 00300001
Indices 1 and 2 indicate two energy-dependent spectral weights used (S j (E) .D j (E)), while E is the energy dependence, ρ (r →) is the local specific gravity, Z (r →) is the local energy density mean ordinal number and r → describe the location dependency. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche energieabhängige Spektralwichtungen (Sj(E)·Dj(E)) durch die Verwendung unterschiedlicher Strahlungsspektren erreicht werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that different energy-dependent spectral weights (S j (E) * D j (E)) are achieved by the use of different radiation spectra. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche energieabhängige Spektralwichtungen (Sj(E)·Dj(E)) durch die Verwendung unterschiedlicher spektraler Detektorempfindlichkeiten erreicht werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that different energy-dependent spectral weights (S j (E) * D j (E)) are achieved by using different spectral detector sensitivities. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Untersuchungsobjekt ein Patient (7) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that a patient ( 7 ) is used. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Detektion von lokalen nicht ganzzahligen Ordnungszahlen Z(r →) im Untersuchungsobjekt (7) eine lokale Materialmischung angenommen und berechnet wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that in the detection of local non-integer atomic numbers Z (r →) in the examination subject ( 7 ) a local material mixture is assumed and calculated. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 8, dadurch gkennzeichnet, dass die lokale Materialmischung mit Hilfe der ermittelten lokalen messspektrumunabhängigen Schwächungsfunktionen (μ(E,
Figure 00310001
)) und messspektrumunabhängiger materialspezifischer Schwächungsfunktionen bezüglich der ermittelten lokalen nicht ganzzahligen Ordnungszahl (Z(r →)) benachbarter Materialien ermittelt wird.Method according to the preceding claim 8, characterized in that the local material mixture with the aid of the determined local measurement spectrum independent attenuation functions (μ (E,
Figure 00310001
)) and measurement spectrum-independent material-specific attenuation functions with respect to the determined local non-integer ordinal number (Z (r →)) of adjacent materials. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als benachbarte Materialien die Elemente mit ganzzahligen auf- und abgerundeten Ordnungszahlen verwendet werden.Method according to the preceding Claim 9, characterized in that as adjacent materials the elements with integer rounded up and down ordinal numbers be used. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als benachbarte Materialien die Elemente mit ganzzahligen Ordnungszahlen verwendet werden, die im Untersuchungsobjekt (7) vorkommen können, und die in einer nach Ordnungszahlen sortierten Auflistung der ermittelten lokalen Ordnungszahl am nächsten stehen.Method according to the preceding claim 9, characterized in that as adjacent materials, the elements are used with integer ordinal numbers in the examination object ( 7 ), and which are closest in a list sorted by ordinal numbers of the determined local ordinal number. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elemente verwendet werden, wobei ein erstes Element durch Auf- oder Abrundung der ermittelten lokalen Ordnungszahl gefunden wird und als zweites Element ein Element verwendet wird, welches mit größter Wahrscheinlichkeit in der Umgebung dieses ersten Elements in einem gegebenen Untersuchungsobjekt vorzufinden ist.Method according to the preceding Claim 9, characterized in that uses two elements be a first element by rounding or rounding of the determined local atomic number is found and second element is an element which is most likely used in the vicinity of this first element in a given examination object can be found. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der CT-Scan des Untersuchungsobjektes (7) über eine Vielzahl von gleich verteilt angeordneten Scanwinkeln durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that the CT scan of the examination object ( 7 ) is performed over a plurality of equally distributed scanning angles. Verfahren, wobei: – aus unter mindestens zwei unterschiedlichen spektralen Wichtungen (Sj(E)·Dj(E) ermittelten CT-Datensätzen mit lokalen spektral gewichteten messspektrumabhängigen Schwächungswerten (μ j(r →)) eine anfängliche Materialverteilung eines Untersuchungsobjektes (7) bestimmt wird, – unter Anwendung dieser Materialverteilung lokale messspektrumabhängige Wichtungsfunktionen (Ωj(E,
Figure 00320001
)) bestimmt werden, welche lokale messspektrumunabhängige Schwächungsfunktionen (μ(E, r →)) errechnen lassen, – wobei anschließend unter Verwendung der lokalen energiegemittelten messspektrumabhängigen Schwächungswerte der lokalen messspektrumabhängigen Wichtungsfunktion (Ωj(E, r →)) eine Dichte- und Ordnungszahlverteilung (ρ(r →), Z(r →)) berechnet wird.Method, wherein: - CT data sets determined from at least two different spectral weights (S j (E) * D j (E) with local spectrally weighted measurement spectrum-dependent attenuation values ( μ j (r →)) an initial material distribution of an examination object ( 7 ) is determined, using this material distribution local measurement spectrum-dependent weighting functions (Ω j (E,
Figure 00320001
)), which can be used to calculate local measurement spectrum-independent attenuation functions (μ (E, r →)), and then using the local energy-averaged spectrometry-dependent attenuation values of the local measurement spectrum-dependent weighting function (Ω j (E, r →)) a density and ordinal number distribution (ρ (r →), Z (r →)) is calculated. CT-System zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes aufweisend eine Steuer- und Recheneinheit (10) mit einem Speicher für Computerprogrammcode (Prg1–Prgn), dadurch gekennzeichnet, dass Computerprogrammcode (Prg1–Prgn) im Speicher hinterlegt ist, welcher im Betrieb die Verfahrensschritte eines der voranstehenden Verfahrensansprüche ausführen kann.CT system for scanning an examination subject comprising a control and computing unit ( 10 ) with a memory for computer program code (Prg 1 -Prg n ), characterized in that computer program code (Prg 1 -Prg n ) is stored in the memory, which can perform the method steps of one of the preceding method claims in operation.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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