DE102019200269A1

DE102019200269A1 - Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes

Info

Publication number: DE102019200269A1
Application number: DE102019200269.2A
Authority: DE
Inventors: Christian KAETHNER; Michael Manhart; Markus Kowarschik
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-07-16
Also published as: US11436767B2; US20200226802A1; CN111435530A; CN111435530B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes, umfassend ein Empfangen von ersten Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Röntgenenergie, und ein Empfangen von zweiten Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens bezüglich einer zweiten Röntgenenergie, wobei sich die zweite Röntgenenergie von der ersten Röntgenenergie unterscheidet. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen eines multienergetischen Realbilddatensatzes des Untersuchungsvolumens basierend auf den ersten Röntgenprojektionen und den zweiten Röntgenprojektionen. Weiterhin umfasst das Verfahren das Auswählen von ersten Voxeln des multienergetischen Realbilddatensatzes basierend auf dem multienergetischen Realbilddatensatz, sowie das Auswählen von zweiten Voxeln des multienergetischen Realbilddatensatzes basierend auf den ersten Röntgenprojektionen und den zweiten Röntgenprojektionen, wobei die ersten Voxel die zweiten Voxel umfassen, und wobei die zweiten Voxel Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen abbilden. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes basierend auf den zweiten Voxeln.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen einer trainierten Funktion, ein Bereitstellungssystem, ein Trainingssystem, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium.

Description

In der digitalen Subtraktionsangiographie (kurz DSA) werden ein oder mehrere Gefäße in einem Untersuchungsvolumen durch Röntgenaufnahmen dargestellt, wobei zur Unterdrückung von weiteren Strukturen im Untersuchungsvolumen Aufnahmen des Gefäßes ohne Kontrastmittel (sog. Maskenaufnahmen) mit Aufnahmen des Gefäßes einschließlich eines Kontrastmittels, welches sich im Gefäß befindet, kombiniert werden. Das Kontrastmittel wird hierbei während der Untersuchung in das Gefäß eingebracht, um Parameter, insbesondere hydrodynamische Parameter eines Fluids zu bestimmen, wobei das Fluid im Gefäß fließt.
In der vierdimensionalen DSA wird mittels eines Bildrekonstruktionsverfahrens eine zeitaufgelöste Serie von dreidimensionalen DSA-Bilddaten bereitgestellt. Hierbei werden normierte zweidimensionale Röntgenprojektionen eines Untersuchungsvolumens zusammen mit einer Zeitinformation in ein Volumenelement rückprojiziert. Die zweidimensionalen Röntgenprojektionen entstammen hierbei üblicherweise einem rotierenden Aufnahmeprotokoll eines C-Arm-Röntgenbogens.
Dadurch, dass für eine digitale Subtraktionsangiographie sowohl Aufnahmen des Gefäßes ohne Kontrastmittel als auch Aufnahmen des Gefäßes einschließlich eines Kontrastmittels aufgenommen werden, wird das Untersuchungsvolumen einer hohen Röntgenbelastung ausgesetzt. Die Aufnahmen des Gefäßes ohne Kontrastmittel werden auch als Maskenaufnahmen bezeichnet.
Im Folgenden kann ein Bilddatensatz als Realbilddatensatz bezeichnet werden, wenn er die tatsächliche Verteilung von Werten und/oder Intensitäten (z.B. Hounsfield-Einheiten, Röntgenschwächungskoeffizienten) in einem Untersuchungsvolumen abbildet. Ein Bilddatensatz kann als Differenzbilddatensatz bezeichnet werden, wenn er eine Differenz einer tatsächlichen Verteilung von Werten und/oder Intensitäten in einem Untersuchungsvolumen abbildet. Ein Differenzbilddatensatz wird aber nicht notwendigerweise durch Subtraktion zweier Realbilddatensätze bestimmt. Ein Bilddatensatz kann als Subtraktionsbilddatensatz bezeichnet werden, wenn er durch Subtraktion zweier Bilddatensätze bestimmt wurde, insbesondere durch Subtraktion zweier Realbilddatensätze. Daher könnte insbesondere jeder Subtraktionsbilddatensatz als Differenzbilddatensatz aufgefasst werden, aber nicht jeder Differenzbilddatensatz kann als Subtraktionsbilddatensatz aufgefasst werden.
Aus der unveröffentlichten Patentanmeldung EP18182251 ist bekannt, durch Anwendung einer trainierten Funktion auf einen Realbilddatensatz einen Differenzbilddatensatz zu bestimmen, ohne eine zusätzliche Maskenaufnahme durchzuführen. Da aber beispielsweise Knochenstrukturen, Metallstrukturen (z.B. Implantate) oder Kalkstrukturen (Kalzifikationen in Gefäßen) im Untersuchungsbereich eine ähnliche Röntgenabsorption aufweisen wie Kontrastmittel, können solche Strukturen im Untersuchungsbereich zu Fehlern in der Bestimmung des Differenzbilddatensatzes führen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine genauere und weniger fehleranfällige Bestimmung des Differenzbilddatensatzes zu erreichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes, durch ein Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion, durch ein Bereitstellungssystem, durch eine Röntgenvorrichtung, durch ein Trainingssystem, und durch Computerprogramme bzw. computerlesbare Speichermedien, jeweils gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung beschrieben.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sowohl in Bezug auf die beanspruchten Vorrichtungen als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf eine Vorrichtung gerichtet sind) auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sowohl in Bezug auf Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von Beschränkungsbilddatensätzen und/oder Differenzbilddatensätzen als auch in Bezug auf Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von trainierten Funktionen beschrieben. Hierbei können Merkmale und alternative Ausführungsformen von Datenstrukturen und/oder Funktionen bei Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von Beschränkungsbilddatensätzen und/oder Differenzbilddatensätzen auf analoge Datenstrukturen und/oder Funktionen bei Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von trainierten Funktionen übertragen werden. Analoge Datenstrukturen können hierbei insbesondere durch die Verwendung der Vorsilbe „Trainings“ gekennzeichnet sein. Weiterhin können die in Verfahren und Vorrichtungen zur Bereitstellung von Beschränkungsbilddatensätzen und/oder Differenzbilddatensätzen verwendeten trainierten Funktionen insbesondere durch Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von trainierten Funktionen angepasst worden und/oder bereitgestellt worden sein.
Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes, umfassend ein Empfangen von ersten Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Röntgenenergie, und ein Empfangen von zweiten Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens bezüglich einer zweiten Röntgenenergie, wobei sich die zweite Röntgenenergie von der ersten Röntgenenergie unterscheidet. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen eines multienergetischen Realbilddatensatzes des Untersuchungsvolumens basierend auf den ersten Röntgenprojektionen und den zweiten Röntgenprojektionen. Weiterhin umfasst das Verfahren das Auswählen von ersten Voxeln des multienergetischen Realbilddatensatzes basierend auf dem multienergetischen Realbilddatensatz, sowie das Auswählen von zweiten Voxeln des multienergetischen Realbilddatensatzes basierend auf den ersten Röntgenprojektionen und den zweiten Röntgenprojektionen, wobei die ersten Voxel die zweiten Voxel umfassen, und wobei die zweiten Voxel Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen abbilden. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes basierend auf den zweiten Voxeln.
Insbesondere erfolgt das Empfangen der ersten Röntgenprojektionen mittels einer Schnittstelle, insbesondere mittels einer Schnittstelle eines Bereitstellungssystems. Insbesondere erfolgt das Empfangen der zweiten Röntgenprojektionen mittels der Schnittstelle, insbesondere mittels der Schnittstelle des Bereitstellungssystems. Insbesondere erfolgt das Bestimmen des multienergetischen Realbilddatensatzes mittels der Schnittstelle und/oder einer Recheneinheit, insbesondere mittels der Schnittstelle des Bereitstellungssystems oder mittels einer Recheneinheit des Bereitstellungssystems. Insbesondere erfolgen das Auswählen der ersten Voxel und das Auswählen der zweiten Voxel mittels der Recheneinheit, insbesondere mittels der Recheneinheit des Bereitstellungssystems. Insbesondere erfolgt das Bereitstellen des Beschränkungsbilddatensatzes und/oder des Differenzbilddatensatzes mittels der Schnittstelle und/oder der Recheneinheit, insbesondere mittels der Schnittstelle des Bereitstellungssystems oder mittels der Recheneinheit des Bereitstellungssystems.
Die erste und die zweite Röntgenenergie entsprechen hierbei der Beschleunigungsspannung einer Röntgenröhre oder der Energie eines Röntgenphotons. Insbesondere können die Begriffe „erste Röntgenenergie“ und „zweite Röntgenenergie“ auch ein erstes Röntgenspektrum und ein zweites Röntgenspektrum bezeichnen, wobei ein Röntgenspektrum einer Intensitätsverteilung der verschiedenen Wellenlängen bzw. Energien von Röntgenstrahlung entspricht. Insbesondere ist Röntgenstrahlung, deren zur Erzeugung verwendete Beschleunigungsspannung, deren Energie oder deren Spektrum einer Röntgenenergie entspricht, durch diese Röntgenenergie charakterisiert.
Ein Bilddatensatz umfasst insbesondere eine Mehrzahl von Pixeln oder Voxeln. Dabei wird jedem Pixel oder Voxel ein Intensitätswert zugeordnet. Bei einem Röntgenbilddatensatz wird insbesondere jedem Pixel oder Voxel ein Röntgenintensitätswert, der ein Maß für die in diesem Pixel oder Voxel aufgetroffene Röntgenintensität oder für einen Röntgenabsorptionskoeffizienten des Pixels oder des Voxels ist. Eine auftreffende Röntgenintensität hängt von der Zahl, der Größe, der Form und dem Material der sich im Untersuchungsvolumen befindlichen und von der Röntgenstrahlung durchdrungenen Objekten ab. Ein Bilddatensatz kann insbesondere weitere Daten umfassen, insbesondere Metadaten einer bildgebenden Untersuchung, insbesondere einer Röntgenuntersuchung.
Ein zweidimensionaler Bilddatensatz umfasst dabei mindestens eine zweidimensionale Darstellung eines Untersuchungsvolumens. Ein dreidimensionaler Bilddatensatz umfasst dabei mindestens eine dreidimensionale Darstellung eines Untersuchungsvolumens, insbesondere kann ein dreidimensionaler Bilddatensatz auch zusätzlich noch eine oder mehrere zweidimensionale Darstellungen des Untersuchungsvolumens umfassen.
Insbesondere bilden die ersten Voxel mit einer Wahrscheinlichkeit, die jeweils über einem ersten Schwellenwert liegt, Kontrastmittel im Untersuchungsbereich ab. Die ersten Voxel können auch alle Voxel des multienergetischen Realbilddatensatzes umfassen, vorzugsweise sind die ersten Voxel aber eine echte Teilmenge der Voxel des multienergetischen Realbilddatensatzes. Insbesondere bilden die zweiten Voxel mit einer Wahrscheinlichkeit, die jeweils über einem zweiten Schwellenwert liegt, Kontrastmittel im Untersuchungsbereich ab. Insbesondere ist der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert.
Eine erste Röntgenprojektion bezüglich einer ersten Röntgenenergie ist insbesondere eine Röntgenprojektion, die mit Röntgenstrahlung der ersten Röntgenenergie aufgenommen wurde. Eine zweite Röntgenprojektion bezüglich einer zweiten Röntgenenergie ist insbesondere eine Röntgenprojektion, die mit Röntgenstrahlung der zweiten Röntgenenergie aufgenommen wurde. Jede der ersten und zweiten Röntgenprojektionen wird insbesondere bezüglich einer Projektionsrichtung aufgenommen.
Ein Beschränkungsbilddatensatz ist insbesondere ein Bilddatensatz zur Hervorhebung einer Struktur, insbesondere von Gefäßen im Untersuchungsvolumen. Insbesondere kann der Beschränkungsbilddatensatz Pixeln oder Voxeln, welche der Struktur bzw. den Gefäßen entsprechen, erste Werte zuweisen, und den Pixeln oder Voxeln, welche nicht der Struktur bzw. den Gefäßen entsprechen, zweite Werte zuweisen, wobei sich die ersten und die zweiten Werte unterscheiden. Insbesondere können alle ersten Werte identisch sein, und insbesondere können alle zweiten Werte identisch sein. Insbesondere kann der Beschränkungsbilddatensatz ein binärer Bilddatensatz sein, d.h. einem Pixel oder Voxel kann nur ein Wert von zwei möglichen Werten zugewiesen sein. Der englische Fachbegriff für Beschränkungsbilddatensatz ist „constraining image“. Ein Beschränkungsbilddatensatz kann insbesondere dazu verwendet werden, durch Rückprojektion einzelner Röntgenprojektionen einen vierdimensionalen DSA-Datensatz zu bestimmen, also einen Datensatz, der den zeitlichen Verlauf einer dreidimensionalen Kontrastmittelkonzentration im Untersuchungsvolumen beschreibt.
Der Differenzbilddatensatz und der multienergetische Realbilddatensatz haben insbesondere die gleiche Dimensionalität.
Insbesondere weisen der Differenzbilddatensatz und der multienergetische Realbilddatensatz bezüglich jeder der Dimensionen die gleiche in Pixeln oder Voxeln gemessene Ausdehnung auf.
Der Beschränkungsbilddatensatz und der multienergetische Realbilddatensatz haben insbesondere die gleiche Dimensionalität. Insbesondere weisen der Beschränkungsbilddatensatz und der multienergetische Realbilddatensatz bezüglich jeder der Dimensionen die gleiche in Pixeln oder Voxeln gemessene Ausdehnung auf.
Der Beschränkungsbilddatensatz kann insbesondere basierend auf den zweiten Voxeln bestimmt werden, indem der Beschränkungsbilddatensatz die gleiche Dimensionalität wie der multienergetische Realbilddatensatz aufweist, und bezüglich jeder der Dimensionen die gleiche in Voxeln gemessene Ausdehnung wie der multienergetische Realbilddatensatz aufweist. Einem Voxel des Beschränkungsbilddatensatzes kann dann insbesondere der Wert 1 zugewiesen werden, wenn der Voxel mit einem der zweiten Voxel des multienergetischen Realbilddatensatzes korrespondiert. Alternativ kann einem solchen Voxel auch der Intensitätswert des korrespondierenden Voxels des multienergetischen Realbilddatensatz zugewiesen werden. Weiterhin kann dann insbesondere einem Voxel des Beschränkungsbilddatensatzes der Wert 0 zugewiesen werden, wenn der Voxel nicht mit einem der zweiten Voxel des multienergetischen Realbilddatensatzes korrespondiert.
Der Differenzbilddatensatz kann insbesondere basierend auf den zweiten Voxeln bestimmt werden, indem eine Subtraktion des multienergetischen Realbilddatensatzes und des Beschränkungsbilddatensatzes durchgeführt wird, deren Ergebnis der Differenzbilddatensatz ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass basierend auf einem beschriebenen zweistufigen Verfahren ein Beschränkungsbilddatensatz und/oder ein Differenzbilddatensatzes sehr effizient bereitgestellt werden können, da das Auswählen der ersten Voxel mittels einem ungenauen, aber schnellen Verfahren durchgeführt werden kann, und das Auswählen der zweiten Voxel mittels eines genauen, aber langesamen Verfahren durchgeführt werden kann. Insbesondere sortiert das erste Verfahren also die Eingabewerte des zweiten Verfahrens vor.
Weiterhin können durch die Verwendung einer ersten und einer zweiten Röntgenenergie zwischen Materialien unterschieden werden, die bei einer der beiden Röntgenenergien ähnliche Röntgenabsorptionswerte aufweisen, und damit bei der Verwendung von nur einer Röntgenenergie nicht oder nur schlecht unterschieden werden können. Damit kann insbesondere eine bessere Unterscheidung zwischen verschiedenen Materialien im Untersuchungsbereich erreicht werden, und genauerer und insbesondere weniger fehleranfälliger die zweiten Voxel ausgewählt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung basiert das Auswählen der zweiten Voxel auf einem diskreten Tomographiealgorithmus.
Im Allgemeinen ist ein diskreter Tomographiealgorithmus ein Algorithmus, der einen n-dimensionalen (insbesondere mindestens dreidimensionalen) diskreten Datensatz aus einer Mehrzahl von m-dimensionalen (insbesondere zweidimensionalen) Projektionen des n-dimensionalen Datensatzes (mit m < n) rekonstruiert. Insbesondere kann der diskrete Datensatz eine Menge von Voxeln umfassen. Insbesondere kann der diskrete Datensatz ein binärer Datensatz sein, d.h. jedem Voxel kann ein Wert von genau zwei Werten zugewiesen sein. Beim n-dimensionalen Datensatz kann es sich insbesondere um einen n-dimensionalen Bilddatensatz handeln. Ein diskreter Tomographiealgorithmus kann insbesondere auf einem algebraischen Rekonstruktionsalgorithmus basieren, beispielsweise DART (englisches Akronym für „discrete algebraic reconstruction algorithm“, eine deutsche Übersetzung ist „diskreter algebraischer Rekonstruktionsalgorithmus“) oder SDART (englisches Akronym für „soft discrete algebraic reconstruction algorithm“, eine deutsche Übersetzung ist „weicher diskreter algebraischer Rekonstruktionsalgorithmus“), bekannt beispielsweise aus der Veröffentlichung F. Bleichrodt et al.: „SDART: An algorithm for discrete tomography from noisy projections", Computer Vision and Image Understanding, Vol. 129, S. 63-74, 2014. Weiterhin kann ein diskreter Tomographiealgorithmus auf einem Greedy-Algorithmus (englischer Fachbegriff für „gieriger Algorithmus“) oder auf einem Monte-Carlo-Algorithmus basieren.
Die Erfinder haben erkannt, dass ein diskreter Tomographiealgorithmus besonders gut für die Auswahl von Voxeln geeignet ist, da dieser insbesondere einen binären Datensatz erzeugen kann. Dadurch können die zweiten Voxel den Voxeln mit einem ersten Wert entsprechen, und die anderen Voxel können den Voxeln mit einem zweiten Wert entsprechen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung basiert das Auswählen der zweiten Voxel auf einem polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus.
Ein polyenergetischer Rekonstruktionsalgorithmus basiert auf der Berücksichtigung der (insbesondere nichtlinearen) energieabhängigen Röntgenschwächung von Materie. Insbesondere wird bei einem polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus davon ausgegangen, dass das Untersuchungsvolumen aus einer gegebenen Anzahl von nichtüberlappenden Materialien aufgebaut ist (beispielsweise Knochen, Kontrastmittel, Metall, Wasser), und durch den polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus wird die Lokalisierung und/oder die Dichte der nichtüberlappenden Materialien basierend auf den niedrigdimensionalen Projektionen bestimmt. Insbesondere wird bei einem polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus davon ausgegangen, dass jedem der Voxel bereits eine Materialklasse zugeordnet ist, und nur die Dichte der verschiedenen Materialien bestimmt wird. Ein polyenergetischer Rekonstruktionsalgorithmus kann insbesondere auf einer statistischen Bildrekonstruktion basieren. Ein Beispiel eines polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus ist beispielsweise in der Veröffentlichung I. A. Elbakri, J. A. Fessler: „Statistical Image Reconstruction for Polyenergetic X-Ray Computed Tomography", IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 21, S. 89 - 99, 2002 angegeben. Ein alternativer Begriff für „polyenergetischer Rekonstruktionsalgorithmus“ ist „spektraler Rekonstruktionsalgorithmus“ oder „spektrale Rekonstruktion“.
Insbesondere können ein diskreter Tomographiealgorithmus und ein polyenergetischer Rekonstruktionsalgorithmus gemeinsam bzw. kombiniert eingesetzt werden, um Voxeln diskrete Werte zuzuordnen, welche ein jeweiliges Material identifizieren oder beschreiben.
Die Erfinder haben erkannt, dass mittels eines polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus basierend auf Röntgenprojektionen mit unterschiedlicher Energie besonders gut zwischen verschiedenen Materialien im Untersuchungsbereich unterschieden werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung klassifiziert der polyenergetische Rekonstruktionsalgorithmus Voxel als Kontrastmittelvoxel oder als Metallvoxel, wobei ein Konrastmittelvoxel Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen abbildet, und wobei ein Metallvoxel Metall im Untersuchungsvolumen abbildet. Insbesondere können dann Kontrastmittelvoxel als zweite Voxel ausgewählt werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass basierend auf der Klassifikation in Kontrastmittelvoxel und Metallvoxel durch den polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus ein besonders genauer Beschränkungsbilddatensatz und/oder Differenzbilddatensatz bestimmt werden kann, insbesondere können Metallartefakte im Beschränkungsbilddatensatz und/oder im Differenzbilddatensatz verhindert werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung basiert das Auswählen der ersten Voxel auf einer Anwendung einer trainierten Funktion auf den multienergetischen Realbilddatensatz.
Eine trainierte Funktion bildet Eingabedaten auf Ausgabedaten ab. Hierbei können die Ausgabedaten insbesondere weiterhin von einem oder mehreren Parametern der trainierten Funktion abhängen. Der eine oder die mehreren Parameter der trainierten Funktion können durch ein Training bestimmt und/oder angepasst werden. Das Bestimmen und/oder das Anpassen des einen oder der mehreren Parameter der trainierten Funktion kann insbesondere auf einem Paar aus Trainingseingabedaten und zugehörigen Trainingsausgabedaten basieren, wobei die trainierte Funktion zur Erzeugung von Trainingsabbildungsdaten auf die Trainingseingabedaten angewendet wird. Insbesondere können das Bestimmen und/oder das Anpassen auf einem Vergleich der Trainingsabbildungsdaten und der Trainingsausgabedaten basieren. Im Allgemeinen wird auch eine trainierbare Funktion, d.h. eine Funktion mit noch nicht angepassten einen oder mehreren Parametern, als trainierte Funktion bezeichnet.
Andere Begriffe für trainierte Funktion sind trainierte Abbildungsvorschrift, Abbildungsvorschrift mit trainierten Parametern, Funktion mit trainierten Parametern, Algorithmus basierend auf künstlicher Intelligenz, Algorithmus des maschinellen Lernens. Ein Beispiel für eine trainierte Funktion ist ein künstliches neuronales Netzwerk, wobei die Kantengewichte des künstlichen neuronalen Netzwerks den Parametern der trainierten Funktion entsprechen. Anstatt des Begriffs „neuronales Netzwerk“ kann auch der Begriff „neuronales Netz“ verwendet werden. Insbesondere kann eine trainierte Funktion auch ein tiefes künstliches neuronales Netzwerk sein (ein englischer Fachbegriff ist „deep neural network“ oder „deep artificial neural network“). Ein weiteres Beispiel für eine trainierte Funktion ist eine „Support Vector Machine“, weiterhin sind auch insbesondere andere Algorithmen des maschinellen Lernens als trainierte Funktion einsetzbar.
Die Erfinder haben erkannt, dass basierend auf einer trainierten Funktion die ersten Voxel besonders effizient ausgewählt werden können.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ordnet die trainierte Funktion einem Voxel des multienergetischen Realbilddatensatzes einen Wahrscheinlichkeitswert zu, wobei der Wahrscheinlichkeitswert des Voxels der Wahrscheinlichkeit entspricht, dass der Voxel Kontrastmittel abbildet. Insbesondere ordnet die trainierte Funktion jedem der Voxel des multienergetischen Realbilddatensatzes einen Wahrscheinlichkeitswert zu, wobei der Wahrscheinlichkeitswert jedes der Voxel der Wahrscheinlichkeit entspricht, dass der jeweilige Voxel Kontrastmittel abbildet. Insbesondere kann die Menge der Wahrscheinlichkeitswerte als Wahrscheinlichkeitsbilddatensatz interpretiert werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass trainierte Funktionen, insbesondere neuronale Netzwerke, besonders für Klassifikationsaufgaben geeignet sind. Weiterhin kann durch die Verwendung eines Wahrscheinlichkeitswertes als Ausgabewert (anders als bei der Verwendung eines binären Wertes) Informationen bestimmt werden, mit welcher Sicherheit ein Voxel ein Kontrastmittel abbildet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung basiert das Auswählen der ersten Voxel auf einem Vergleich von Wahrscheinlichkeitswerten von Voxeln mit einem gegebenen Schwellenwert. Der Schwellenwert entspricht insbesondere dem ersten Schwellenwert.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Anwendung eines Schwellenwertes die ersten Voxel besonders effizient ausgewählt werden können.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Bestimmen des multienergetischen Realbilddatensatz eine mindestens dreidimensionale Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen und der zweiten Röntgenprojektionen. Insbesondere ist die Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen und der zweiten Röntgenprojektionen unabhängig von der ersten Röntgenenergie und der zweiten Röntgenenergie, bzw. die Rekonstruktion ist eine Rekonstruktion ohne Berücksichtigung der Röntgenenergie.
Im Allgemeinen bezeichnet eine Rekonstruktion das Bestimmen eines n-dimensionalen Bilddatensatzes basierend auf mehreren m-dimensionalen Bilddatensätzen, wobei m < n. Hierbei sind die mehreren m-dimensionalen Bilddatensätze insbesondere Projektionen eines n-dimensionalen Volumens, welches durch den n-dimensionalen Bilddatensatz beschrieben werden soll. Insbesondere kann eine Rekonstruktion das bestimmen eines dreidimensionalen Bilddatensatzes basierend auf mehreren zweidimensionalen Bilddatensätzen bezeichnen. Eine solche Rekonstruktion kann beispielsweise auf einer gefilterten Rückprojektion (ein englischer Fachbegriff ist „filtered back projection“) basieren, alternativ sind dem Fachmann iterative Rekonstruktionsverfahren bzw. der Feldkamp-Algorithmus bekannt.
Die Erfinder haben erkannt, dass dreidimensionale Realbilddatensätze besonders geeignet sind, um die Eigenschaften des Untersuchungsvolumens darzustellen. Insbesondere können durch dreidimensionale multienergetische Realbilddatensätze nahezu vollständige Informationen über das Untersuchungsvolumen erfasst werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Untersuchungsvolumen bei der Aufnahme der ersten Röntgenprojektionen Kontrastmittel, und/oder das Untersuchungsvolumen umfasst bei der Aufnahme der zweiten Röntgenprojektionen Kontrastmittel. Insbesondere umfasst das Untersuchungsvolumen Kontrastmittel, wenn ein oder mehrere Gefäße im Untersuchungsvolumen Kontrastmittel umfassen. Insbesondere ist die Konzentration des Kontrastmittels zeitlich veränderlich. Die Erfinder haben erkannt, dass die trainierte Funktion Gefäßstrukturen besonders gut extrahieren kann, wenn diese durch das Vorhandensein von Kontrastmittel hervorgehoben werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wurden die ersten Röntgenprojektionen und die zweiten Röntgenprojektionen zeitgleich aufgenommen. Hierbei werden die ersten Röntgenprojektionen und die zweiten Röntgenprojektionen als zeitgleich aufgenommen bezeichnet, wenn die ersten Röntgenprojektionen und die zweiten Röntgenprojektionen innerhalb eines Zeitintervalls von 30s oder weniger aufgenommen wurden, insbesondere innerhalb eines Zeitintervalls von 20s oder weniger, insbesondere innerhalb eines Zeitintervalls von 10s oder weniger, insbesondere innerhalb eines Zeitintervalls von 5s oder weniger.
Die Erfinder haben erkannt, dass bei zeitgleicher Aufnahme der ersten und der zweiten Röntgenprojektionen diese jeweils den gleichen oder einen ähnlichen zeitlichen Zustand des Untersuchungsvolumens abbilden. Hierdurch beschreibt auch der multienergetische Realbilddatensatz den gleichen oder einen ähnlichen Zustand des Untersuchungsvolumens, und über diesen Zustand sind Informationen bezüglich sowohl der ersten als auch der zweiten Röntgenenergie verfügbar.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die ersten Röntgenprojektionen Aufnahmen einer ersten Röntgenquelle und eines ersten Röntgendetektors, und die zweiten Röntgenprojektionen sind Aufnahmen einer zweiten Röntgenquelle und eines zweiten Röntgendetektors.
Insbesondere unterscheidet sich die erste Röntgenquelle von der zweiten Röntgenquelle, und insbesondere unterscheidet sich der zweite Röntgendetektor vom ersten Röntgendetektor. Insbesondere haben die erste und die zweite Röntgenquelle die gleiche Bauart und/oder den gleichen Typ, und/oder der erste Röntgendetektor und der zweite Röntgendetektor haben die gleiche Bauart und/oder den gleichen Typ.
Die Erfinder haben erkannt, dass mittels zweier Röntgenquellen und mittels zweier Röntgendetektoren die ersten Röntgenprojektionen und die zweiten Röntgenprojektionen unabhängig voneinander aufgenommen werden können. Insbesondere können hierdurch notwendige Bewegungen zwischen Aufnahmen der ersten Röntgenprojektionen und der zweiten Röntgenprojektionen verringert werden, insbesondere wenn die ersten Röntgenprojektionen und die zweiten Röntgenprojektionen abwechselnd aufgenommen werden. Weiterhin kann hierdurch die erste Röntgenquelle mittels der ersten Röntgenenergie betrieben werden, und die zweite Röntgenquelle kann mittels der zweiten Röntgenenergie betrieben werden, so dass Umschaltvorgänge zwischen der ersten und der zweiten Röntgenenergie entfallen können.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine biplanare Röntgenvorrichtung die erste Röntgenquelle, die zweite Röntgenquelle, den ersten Röntgendetektor und den zweiten Röntgendetektor. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Verwendung einer biplanaren Röntgenvorrichtung die erste Röntgenquelle und der erste Röntgendetektor besser mit der zweiten Röntgenquelle und dem zweiten Röntgendetektor koordiniert werden können. Insbesondere kann eine Registrierung der ersten Röntgenquelle und des ersten Röntgendetektors bezüglich der ersten Röntgenquelle und des zweiten Röntgendetektors entfallen, da die relative Lagen der Röntgenquellen und der Röntgendetektoren in einer biplanaren Röntgenvorrichtung bekannt sind.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist jede der ersten Röntgenprojektionen eine Röntgenprojektion des Untersuchungsvolumens bezüglich einer Projektionsrichtung aus einem ersten Projektionswinkelbereich, und jede der zweiten Röntgenprojektionen ist eine Röntgenprojektion des Untersuchungsvolumens bezüglich einer Projektionsrichtung aus einem zweiten Projektionswinkelbereich, wobei sich der erste Projektionswinkelbereich und der zweite Projektionswinkelbereich unterscheiden.
Die Projektionsrichtung einer Röntgenprojektion ist insbesondere die Richtung von der Position einer Röntgenquelle zu der Position eines Röntgendetektors zum Zeitpunkt der Aufnahme der Röntgenprojektion, wobei die Röntgenprojektion mittels der Röntgenquelle und mittels des Röntgendetektors aufgenommen wurde. Eine Projektionsrichtung kann insbesondere als Vektor oder als Gerade im Raum aufgefasst werden.
Ein Projektionswinkelbereich umfasst eine Mehrzahl von Projektionsrichtungen. Insbesondere kann der Projektionswinkelbereich auch als Raumwinkelbereich bezüglich eines Punktes des Untersuchungsvolumens aufgefasst werden, insbesondere bezüglich des Mittelpunktes des Untersuchungsvolumens. Insbesondere liegt in diesem Fall die Mehrzahl von Projektionsrichtungen bezüglich des Punktes des Untersuchungsvolumens in diesem Raumwinkelbereich. Alternativ kann der Projektionswinkelbereich auch als Ortskurve eines Röntgendetektors bei der Aufnahme von Röntgenprojektionen aufgefasst werden. Insbesondere kann der Projektionswinkelbereich auch als Kreisbogen aufgefasst werden. Insbesondere kann der Projektionswinkelbereich auch als konvexe Hülle der Mehrzahl von Projektionsrichtungen aufgefasst werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass (unter der Annahme, dass der erste Projektionswinkelbereich und der zweite Projektionswinkelbereich eine feste Größe aufweisen) erste und zweite Röntgenprojektionen aus sich unterscheidenden Projektionswinkelbereichen mehr räumliche Informationen über den Untersuchungsbereich enthalten, als aus gleichen Projektionswinkelbereichen. Hierbei kann sich die bessere räumliche Information sowohl auf die Größe des abgedeckten Winkelbereichs, als auch auf die Winkelauflösung beziehen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind der erste Projektionswinkelbereich und der zweite Projektionswinkelbereich disjunkt. Der erste Projektionswinkelbereich und der zweite Projektionswinkelbereich sind insbesondere disjunkt, wenn keine Projektionsrichtung des ersten Projektionswinkelbereichs im zweiten Projektionswinkelbereich enthalten ist, und wenn keine Projektionsrichtung des zweiten Projektionswinkelbereichs im ersten Projektionswinkelbereich enthalten ist. Die Erfinder haben erkannt, dass mittels disjunkter Projektionswinkelbereiche ein besonders großer Winkelbereich abgedeckt werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der erste Projektionswinkelbereich den zweiten Projektionswinkelbereich umfasst, oder der zweite Projektionswinkelbereich umfasst den ersten Projektionswinkelbereich. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Verwendung von überlappenden Projektionswinkelbereichen sowohl für die erste als auch für die zweite Röntgenenergie eine vollständige Winkelinformation zur Verfügung steht, und daher insbesondere für den gesamten Winkelbereich durch die trainierte Funktion zwischen unterschiedlichen Materialien unterschieden werden kann.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion, umfassend ein Bestimmen eines multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes eines Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Trainingsröntgenenergie und einer zweiten Trainingsröntgenenergie, wobei sich die zweite Trainingsröntgenenergie von der ersten Trainingsröntgenenergie unterscheidet; und ein Bestimmen eines Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes des Trainingsuntersuchungsvolumens. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Bestimmen von ersten Trainingsvoxeln des Trainingsrealbilddatensatzes durch Anwendung der trainierten Funktion auf den Trainingsrealbilddatensatz; ein Anpassen der trainierten Funktion basierend auf einem Vergleich der ersten Trainingsvoxel und des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes; und ein Bereitstellen der trainierten Funktion.
Das Bestimmen des multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes erfolgt insbesondere mittels einer Trainingsschnittstelle und/oder einer Trainingsrecheneinheit, insbesondere mittels der Trainingsschnittstelle eines Trainingssystems und/oder mittels einer Trainingsrecheneinheit des Trainingssystems. Das Bestimmen des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes erfolgt insbesondere mittels der Trainingsschnittstelle und/oder mittels der Trainingsrecheneinheit, insbesondere mittels der Trainingsschnittstelle des Trainingssystems und/oder mittels der Trainingsrecheneinheit des Trainingssystems. Das Bestimmen von ersten Trainingsvoxeln und das Anpassen der trainierten Funktion erfolgt insbesondere mittels der Trainingsrecheneinheit, insbesondere mittels der Trainingsrecheneinheit des Trainingssystems. Das Bereitstellen der trainierten Funktion erfolgt insbesondere mittels der Trainingsrecheneinheit, insbesondere mittels der Trainingsrecheneinheit des Trainingssystems.
Das Anpassen der trainierten Funktion umfasst insbesondere das Anpassen mindestens eines Parameters der trainierten Funktion. Handelt es sich bei der trainierten Funktion um ein künstliches neuronales Netzwerk, sind die Parameter der trainierten Funktion insbesondere die Kantengewichte der trainierten Funktion. Der Vergleich der ersten Trainingsvoxel und des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes erfolgt insbesondere basierend auf einer Kostenfunktion, wobei die Kostenfunktion die Abweichung der ersten Trainingsvoxel und des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes auf eine oder mehrere Zahlen abbildet. Das Anpassen der trainierten Funktion bzw. des mindestens einen Parameters erfolgt insbesondere durch Minimierung der Kostenfunktion, insbesondere im Falle eines künstlichen neuronalen Netzwerks als trainierte Funktion basierend auf dem Rückpropagationsalgorithmus (ein englischer Fachbegriff ist „backpropagation algorithm“).
Die Erfinder haben erkannt, dass durch das beschriebene Verfahren effizient eine trainierte Funktion zur Verwendung in einem Verfahren zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes angepasst und bereitgestellt werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion weiterhin ein Empfangen von ersten Trainingsröntgenprojektionen des Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich der ersten Röntgenenergie und ein Empfangen von zweiten Trainingsröntgenprojektionen des Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich der zweiten Röntgenenergie. Weiterhin umfasst das Bestimmen des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes eine polyenergetischen Rekonstruktion eines Voxels des multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes basierend auf den ersten Trainingsröntgenprojektionen und den zweiten Trainingsröntgenprojektionen.
Das Empfangen der ersten Trainingsröntgenprojektionen und der zweiten Trainingsröntgenprojektionen kann insbesondere mittels der Schnittstelle erfolgen, insbesondere mittels der Schnittstelle des Trainingssystems.
Die Erfinder haben erkannt, dass mittels einer polyenergetischen Rekonstruktion ein besonders genauer Trainingsbeschränkungsbilddatensatz ermittelt werden kann, da gut zwischen verschiedenen Materialien im Untersuchungsvolumen unterschieden werden kann. Dadurch kann auch eine basierend auf dem Trainingsbeschränkungsbilddatensatz angepasste trainierte Funktion besonders genaue Ergebnisse liefern.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Bestimmen des multienergetischen Trainingsrealbilddatensatz eine Rekonstruktion der ersten Trainingsröntgenprojektionen und der zweiten Trainingsröntgenprojektionen.
Die Erfinder haben erkannt, dass dreidimensionale Trainingsrealbilddatensätze besonders geeignet sind, um die Eigenschaften des Trainingsuntersuchungsvolumens darzustellen. Insbesondere können durch dreidimensionale multienergetische Trainingsrealbilddatensätze nahezu vollständige Informationen über das Trainingsuntersuchungsvolumen erfasst werden, daher sind solche rekonstruierten dreidimensionalen multienergetischen Trainingsrealbilddatensätze besonders gut als Grundlage für das Anpassen der trainierten Funktion geeignet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion weiterhin ein Empfangen eines dreidimensionalen Materialmodells des Trainingsuntersuchungsvolumens, wobei der multienergetische Trainingsrealbilddatensatz auf einer Simulation einer Interaktion zwischen Röntgenstrahlung und dem dreidimensionalen Materialmodell basiert, und wobei der Trainingsbeschränkungsbilddatensatz auf dem dreidimensionalen Materialmodell basiert.
Insbesondere kann das Empfangen des dreidimensionalen Materialmodells mittels der Schnittstelle erfolgen, insbesondere mittels der Schnittstelle des Trainingssystems.
Ein Materialmodell weist insbesondere einer Menge von räumlichen Orten eine Materialeigenschaft zu. Die räumlichen Orte können insbesondere durch Voxel gegeben sein. Eine Materialeigenschaft kann insbesondere ein Röntgenabsorptionskoeffizient sein, oder eine Funktion, welche den Röntgenabsorptionskoeffizienten in Abhängigkeit der Röntgenenergie beschreibt.
Ein Trainingsrealbilddatensatz kann insbesondere simuliert werde, indem die Interaktion von Röntgenstrahlung der ersten Röntgenenergie und/oder der zweite Röntgenenergie bezüglich einer Projektionsrichtung mit der räumlichen Verteilung der Materialeigenschaften simuliert wird. Die Simulation kann insbesondere mittels einer Monte-Carlo-Simulation erfolgen. Insbesondere können zunächst erste Trainingsröntgenprojektionen und zweite Trainingsröntgenprojektionen durch Simulation der Interaktion von Röntgenstrahlung mit dem Materialmodell bestimmt werden, und der multienergetische Trainingsrealbilddatensatz durch Rekonstruktion der ersten Trainingsröntgenprojektionen und der zweiten Trainingsröntgenprojektionen bestimmt werden.
Ein Trainingsbeschränkungsbilddatensatz kann insbesondere auf dem Materialmodell basieren, indem das Materialmodell Informationen über die dargestellten Strukturen umfasst. Insbesondere kann das Materialmodell einen weiteren Parameter umfassen, der angibt, ob ein Pixel oder Voxel einer Struktur, insbesondere eines Gefäßes im Trainingsuntersuchungsvolumen entspricht. Alternativ können die Informationen über die dargestellten Strukturen auch aus den Materialeigenschaften abgeleitet werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass basierend auf einem Materialmodell des Untersuchungsbereiches sowohl der multienergetische Trainingsrealbilddatensatz als auch der Trainingsbeschränkungsbilddatensatz bestimmt werden können. Dadurch kann das Anpassen der trainierten Funktion insbesondere auf Simulationsdaten ohne Verwendung von realen Daten erfolgen. Insbesondere ist es also nicht notwendig, für das Trainingsverfahren Patienten bzw. Trainingsuntersuchungsvolumina einer Strahlenbelastung durch Röntgenstrahlung auszusetzen.
Die Erfindung betrifft in einem dritten Aspekt ein Bereitstellungssystem zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes, umfassend eine Schnittstelle und eine Recheneinheit,

- wobei die Schnittstelle zum Empfangen von ersten Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Röntgenenergie ausgebildet sind,
- wobei die Schnittstelle weiterhin zum Empfangen von zweiten Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens bezüglich einer zweiten Röntgenenergie ausgebildet sind, wobei sich die zweite Röntgenenergie von der ersten Röntgenenergie unterscheidet,
- wobei die Recheneinheit zum Bestimmen eines multienergetischen Realbilddatensatzes des Untersuchungsvolumens basierend auf den ersten Röntgenprojektionen und den zweiten Röntgenprojektionen ausgebildet ist,
- wobei die Recheneinheit weiterhin zum Auswählen von ersten Voxeln des multienergetischen Realbilddatensatzes basierend auf dem multienergetischen Realbilddatensatz ausgebildet ist,
- wobei die Recheneinheit weiterhin zum Auswählen von zweiten Voxeln des multienergetischen Realbilddatensatzes basierend auf den ersten Röntgenprojektionen und den zweiten Röntgenprojektionen ausgebildet ist, wobei die ersten Voxel die zweiten Voxel umfassen, und die zweiten Voxel Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen abbilden,
- wobei die Schnittstelle und/oder die Recheneinheit zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes basierend auf den zweiten Voxeln ausgebildet ist.

Ein solches Bereitstellungssystem kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder Differenzbilddatensatzes und ihre Aspekte auszuführen. Die Bereitstellungseinheit ist dazu ausgebildet, diese Verfahren und ihre Aspekte auszuführen, indem die Schnittstelle und die Recheneinheit ausgebildet sind, die entsprechenden Verfahrensschritte auszuführen.
Die Erfindung betrifft in einem vierten Aspekt eine Röntgenvorrichtung umfassend ein erfindungsgemäßes Bereitstellungssystem. Insbesondere umfasst die Röntgenvorrichtung eine erste Röntgenquelle, eine zweite Röntgenquelle, einen ersten Röntgendetektor und einen zweiten Röntgendetektor. Insbesondere sind die erste Röntgenquelle und der erste Röntgendetektor dazu ausgebildet, simultan um ein Untersuchungsvolumen zu rotieren. Insbesondere sind auch die zweite Röntgenquelle und der zweite Röntgendetektor dazu ausgebildet, simultan um das Untersuchungsvolumen zu rotieren. Bei der Röntgenvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Zweiquellen-C-Bogen-Röntgenvorrichtung (ein englischer Fachbegriff ist „dual source C-arm X-ray system“) oder um einen Zweiquellencomputertomographen (ein englischer Fachbegriff ist „dual source computed tomography device“).
Die Erfindung betrifft in einem fünften Aspekt ein Trainingssystem zum Bereitstellen einer trainierten Funktion, umfassend eine Trainingsschnittstelle und eine Trainingsrecheneinheit,

- wobei die Trainingsschnittstelle und/oder die Trainingsrecheneinheit zum Bestimmen eines multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes eines Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Trainingsröntgenenergie und einer zweiten Trainingsröntgenenergie ausgebildet sind, wobei sich die zweite Trainingsröntgenenergie von der ersten Trainingsröntgenenergie unterscheidet,
- wobei die Trainingsschnittstelle und/oder die Trainingsrecheneinheit zum Bestimmen eines Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes des Trainingsuntersuchungsvolumens ausgebildet sind,
- wobei die Trainingsrecheneinheit zum Bestimmen von ersten Trainingsvoxeln des Trainingsrealbilddatensatzes durch Anwendung der trainierten Funktion auf den Trainingsrealbilddatensatz ausgebildet ist,
- wobei die Trainingsrecheneinheit zum Anpassen der trainierten Funktion basierend auf einem Vergleich der ersten Trainingsvoxel und des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes ausgebildet ist,
- wobei die Trainingsschnittstelle zum Bereitstellen der trainierten Funktion ausgebildet ist.

Ein solches Trainingssystem kann insbesondere dazu ausgebildet sein die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion und ihre Aspekte auszuführen. Das Trainingssystem ist dazu ausgebildet, diese Verfahren und ihre Aspekte auszuführen, indem die Trainingsschnittstelle und die Trainingsrecheneinheit ausgebildet sind, die entsprechenden Verfahrensschritte auszuführen.
Die Erfindung betrifft in einem sechsten Aspekt ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher eines Bereitstellungssystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes oder seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bereitstellungssystem ausgeführt werden; und/oder welches direkt in einen Trainingsspeicher eines Trainingssystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens zum Bereitstellen einer trainierten Funktion oder eines seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Trainingssystem ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft in einem möglichen siebten Aspekt ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher eines Bereitstellungssystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes oder seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bereitstellungssystem ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft in einem möglichen achten Aspekt ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm welches direkt in einen Trainingsspeicher eines Trainingssystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens zum Bereitstellen einer trainierten Funktion oder eines seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Trainingssystem ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft in einem neunten Aspekt ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einem Bereitstellungssystem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes oder seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bereitstellungssystem ausgeführt werden; und/oder auf welchem von einem Trainingssystem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens zum Bereitstellen einer trainierten Funktion oder eines seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Trainingssystem ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft in einem möglichen zehnten Aspekt ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einem Bereitstellungssystem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes oder seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bereitstellungssystem ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft in einem möglichen elften Aspekt ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einem Trainingssystem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens zum Bereitstellen einer trainierten Funktion oder eines seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Trainingssystem ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft in einem zwölften Aspekt ein Computerprogramm oder computerlesbares Speichermedium, umfassend eine trainierte Funktion bereitgestellt durch ein Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion oder eines seiner Aspekte.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Bereitstellungseinheiten und/oder Trainingssysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, sowie Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Durch diese Beschreibung erfolgt keine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele. In verschiedenen Figuren sind gleiche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:

1 ein Untersuchungsvolumen mit Gefäßen und einen dreidimensionalen Differenzbilddatensatz,
2 zweidimensionale erste Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens,
3 zweidimensionale zweite Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens,
4 ein erstes Röntgenspektrum und ein zweites Röntgenspektrum,
5 ein erstes Ausführungsbeispiel des Datenflusses eines Verfahrens zum Bestimmen eines Differenzbilddatensatzes,
6 ein zweites Ausführungsbeispiel des Datenflusses eines Verfahrens zum Bestimmen eines Differenzbilddatensatzes,
7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines ersten Projektionswinkelbereiches und eines zweiten Projektionswinkelbereiches,
8 zeigt mögliche Positionen von Röntgenquellen für das erste Ausführungsbeispiel eines ersten Projektionswinkelbereiches und eines zweiten Projektionswinkelbereiches,
9 ein zweites Ausführungsbeispiel eines ersten Projektionswinkelbereiches und eines zweiten Projektionswinkelbereiches,
10 mögliche Positionen von Röntgenquellen für das zweite Ausführungsbeispiel eines ersten Projektionswinkelbereiches und eines zweiten Projektionswinkelbereiches,
11 erste und zweite Voxel des multienergetischen Realbilddatensatzes und einen Beschränkungsbilddatensatz,
12 ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes,
13 ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes und/oder eines Differenzbilddatensatzes,
14 ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bereitstellen einer trainierten Funktion,
15 ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bereitstellen einer trainierten Funktion,
16 ein Ausführungsbeispiel eines Bereitstellungssystems,
17 ein Ausführungsbeispiel eines Trainingssystems,
18 eine Röntgenvorrichtung.

1 zeigt ein Untersuchungsvolumen VOL mit zwei Gefäßen VES.1, VES.2, sowie einen dreidimensionalen Differenzbilddatensatz DD. Hierbei entspricht der Bildbereich des Differenzbilddatensatzes DD dem Untersuchungsvolumen VOL. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Untersuchungsvolumen VOL ein erstes Gefäß VES.1 und ein zweites Gefäß VES.2, wobei sich das erste Gefäß VES.1 innerhalb des Untersuchungsvolumens VOL in zwei Äste verzweigt. Es ist auch möglich, dass das Untersuchungsvolumen VOL kein Gefäß VES.1, VES.2, genau ein Gefäß VES.1, VES.2 oder mehr als zwei Gefäße VES.1, VES.2 umfasst. Das Untersuchungsvolumen VOL umfasst neben den Gefäßen VES.1, VES.2 weitere Strukturen OS.1, OS.2, die im dreidimensionalen ersten Differenzbilddatensatz DD nicht abgebildet sind, da diese dem Hintergrund zuzurechnen sind, und daher in dem dreidimensionalen ersten Differenzbilddatensatz nicht abgebildet werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Untersuchungsvolumen VOL sowie der Differenzbilddatensatz DD bezüglich einer ersten Richtung x, einer zweiten Richtung y und einer dritten Richtung z ausgedehnt. Die erste Richtung x, die zweite Richtung y und die dritte Richtung z sind hierbei paarweise orthogonal.
2 zeigt mehrere erste Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer ersten Röntgenenergie, 3 zeigt mehrere zweite Röntgenprojektionen XP.2a, ..., XP.2d des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer zweiten Röntgenenergie, wobei sich die zweite Röntgenenergie von der ersten Röntgenenergie unterscheidet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die ersten Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d einen ersten Realbilddatensatz RD.1, und die zweiten Röntgenprojektionen XP.2a, ..., XP.2d bilden einen zweiten Realbilddatensatz RD.2. Alternativ kann der erste Realbilddatensatz RD.1 auch basierend auf einer dreidimensionalen Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d bestimmt werden, und/der der zweite Realbilddatensatz RD.2 basierend auf einer dreidimensionalen Rekonstruktion der zweiten Röntgenprojektionen XP.2a, ..., CP.2d bestimmt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils vier zweidimensionale Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d dargestellt, es können auch mehr oder weniger zweidimensionale Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d vorhanden sein bzw. verwendet werden.
Jeder der zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d ist hierbei eine Röntgenprojektion des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer Projektionsrichtung. Die zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1a, XP.2a sind jeweils eine Röntgenprojektion des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer Projektionsrichtung, wobei die Projektionsrichtung antiparallel zur ersten Richtung x ist. Der zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1b, XP.2b sind jeweils Röntgenprojektion des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer Projektionsrichtung, wobei die Projektionsrichtung antiparallel zur zweiten Richtung y ist. Die zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1c, XP.2c sind jeweils Röntgenprojektion des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer Projektionsrichtung, wobei die Projektionsrichtung parallel zur ersten Richtung x ist. Die zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1d, XP2d sind jeweils Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer Projektionsrichtung, wobei die Projektionsrichtung parallel zur zweiten Richtung y ist.
Weiterhin ist jedem der zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d ein Zeitpunkt zugeordnet, wobei dieser Zeitpunkt in diesem Ausführungsbeispiel dem Zeitpunkt der Aufnahme der jeweiligen Röntgenprojektion XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d entspricht.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet jeder der zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d die im Untersuchungsvolumen VOL enthaltenen Gefäße VES.1, VES.2 ab. Weiterhin werden von den zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d sonstige Strukturen OS.1, OS.2 im Untersuchungsvolumen VOL abgebildet.
Zu den verschiedenen Zeitpunkten der Aufnahme der zweidimensionalen Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d umfassen die Gefäße VES.1, VES.2 zeitlich veränderliche Konzentrationen CA.1, ..., CA.4 von Kontrastmittel. Hierbei weisen die Gefäße VES.1, VES.2 bei der Aufnahme der Röntgenprojektionen XP.1a, XP.2a eine Kontrastmittelkonzentration CA.1 auf. Weiterhin weisen die Gefäße VES.1, VES.2 bei der Aufnahme der Röntgenprojektionen XP.1b, XP.2b eine Kontrastmittelkonzentration CA.2 auf. Weiterhin weisen die Gefäße VES.1, VES.2 bei der Aufnahme der Röntgenprojektionen XP.1c, XP.2c eine Kontrastmittelkonzentration CA.3 auf. Weiterhin weisen die Gefäße VES.1, VES.2 bei der Aufnahme der Röntgenprojektionen XP.1d, XP.2d eine Kontrastmittelkonzentration CA.4 auf. Bei dem Kontrastmittel handelt es sich hierbei um ein Röntgenkontrastmittel, so dass die jeweilige Kontrastmittelkonzentration CA.1, ..., CA.4 des Kontrastmittels aus den Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d, XP.2a, ..., XP.2d bestimmbar ist. Die Kontrastmittelkonzentration CA.1, ..., CA.4 ändert sich zeitlich durch eine statische oder dynamische Flüssigkeitsströmung in den Gefäßen VES.1, VES.2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Flüssigkeit um Blut.
Bei der in der 2 dargestellten Aufnahme der ersten Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d mit der ersten Röntgenenergie weisen das Kontrastmittel und die erste sonstige Struktur OS.1 (beispielsweise eine Knochenstruktur) eine ähnliche Röntgenabsorption auf. Daher sind das Kontrastmittel und die erste sonstige Struktur OS.1 basierend auf den ersten Röntgenprojektionen XP.1a, ..., XP.1d kaum zu unterscheiden. Allerdings weisen das Kontrastmittel und die zweite sonstige Struktur OS.2 (beispielsweise eine Metallstruktur) eine unterschiedliche Röntgenabsorption auf, und sind daher leicht zu unterscheiden.
Bei der in der 3 dargestellten Aufnahme der zweiten Röntgenprojektionen XP.2a, ..., XP.2d mit der zweiten Röntgenenergie weisen das Kontrastmittel und die zweite sonstige Struktur OS.2 (beispielsweise eine Metallstruktur) eine ähnliche Röntgenabsorption auf. Daher sind das Kontrastmittel und die zweite sonstige Struktur OS.2 basierend auf den zweiten Röntgenprojektionen XP.2a, ..., XP.2d kaum zu unterscheiden. Allerdings weisen das Kontrastmittel und die erste sonstige Struktur OS.1 (beispielsweise eine Metallstruktur) eine unterschiedliche Röntgenabsorption auf, und sind daher leicht zu unterscheiden.
Eine genaue Unterscheidung zwischen Kontrastmittel und den sonstigen Strukturen OS.1, OS.2 ist daher vorteilhafterweise mittels eines ersten Realbilddatensatzes RD.1 und eines multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M möglich.
4 zeigt ein erstes Röntgenspektrum SP.1 und ein zweites Röntgenspektrum SP.2, welches mittels einer Röntgenröhre als Röntgenquelle SRC.1, SRC.2 erzeugt wurde. Hierbei entspricht das erste Röntgenspektrum SP.1 einer ersten Röntgenenergie E₁ bzw. einer ersten Beschleunigungsspannung U₁ = E₁/e (wobei e der Elementarladung entspricht), und das zweite Röntgenspektrum entspricht einer zweiten Röntgenenergie E₂ bzw. einer zweiten Beschleunigungsspannung U₂ = E₂/e, wobei die erste Röntgenenergie E₁ bzw. die erste Beschleunigungsspannung U₁ größer ist als die zweite Röntgenenergie E₂ bzw. die zweite Beschleunigungsspannung U₂. Im Diagramm ist die Intensität I(A) der Röntgenstrahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge A der Röntgenstrahlung angegeben. Die Intensität I(A) ist hierbei proportional zur Anzahl von Röntgenphotonen der Wellenlänge λ, die von der Röntgenquelle SRC.1, SRC.2 erzeugt werden.
Nach dem Duane-Hunt-Gesetz hat das Röntgenspektrum SP.1, SP.2 eine minimale Wellenlänge λ^(min) = hc/eU (wobei c die Lichtgeschwindigkeit und h das Plank'sche Wirkungsquantum bezeichnet), so dass hier die minimale Wellenlänge λ^(min) ₁ des ersten Röntgenspektrums SP.1 kleiner ist als die minimale Wellenlänge λ^(min) ₂ des zweiten Röntgenspektrums. Weiterhin weist das Röntgenspektrum nach der Kramer'schen Regel ein relatives Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge von λ_1/2 = 2λ^(min) _1/2 auf.
Weiterhin weisen das erste und das zweite Röntgenspektrum SP.1, SP.2 Spitzen von charakteristischer Röntgenstrahlung bei einer oder mehreren charakteristischen Wellenlängen λ^(c1), λ^(c2) auf. Die charakteristischen Wellenlängen λ^(c1), λ^(c2) sind hierbei nicht von der Beschleunigungsspannung U₁, U₂ bzw. der Röntgenenergie E₁, E₂ abhängig, sondern vom Anodenmaterial der Röntgenröhre. Die charakteristische Röntgenstrahlung entsteht aufgrund von Übergängen zwischen Energieniveaus der inneren Elektronenhülle des Anodenmaterials.
5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Datenflusses eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes CD und/oder eines Differenzbilddatensatzes DD. In diesem Ausführungsbeispiel ist der multienergetische Realbilddatensatz RD.M ein dreidimensionaler Bilddatensatz des Untersuchungsvolumens VOL, und die ersten Röntgenprojektionen XP.1 sowie die zweiten Röntgenprojektionen XP.2 sind eine Mehrzahl von zweidimensionalen Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens VOL. Der Beschränkungsbilddatensatzes CD ist ebenfalls ein dreidimensionaler Bilddatensatz des Untersuchungsvolumens VOL. Ein nicht dargestellter Differenzbilddatensatz DD ist ebenfalls ein dreidimensionaler Bilddatensatz des Untersuchungsvolumens VOL.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der multienergetische Realbilddatensatz RD.M eine dreidimensionale Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen XP.1 und der zweiten Röntgenprojektionen XP.2, wobei die ersten Röntgenprojektionen XP.1 Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich der ersten Röntgenenergie E₁ sind, und wobei die zweiten Röntgenprojektionen XP.2 Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich der zweiten Röntgenenergie E₂ sind.
In diesem Ausführungsbeispiel weisen der multienergetische Realbilddatensatz RD.M, der Beschränkungsbilddatensatz CD und der Differenzbilddatensatz DD bezüglich jeder Dimension die gleiche in Voxeln gemessene Ausdehnung auf. Beispielsweise können der der multienergetische Realbilddatensatz RD.M, der Beschränkungsbilddatensatz CD und der Differenzbilddatensatz DD bezüglich der ersten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen, bezüglich der zweiten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen, und bezüglich der dritten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen (insgesamt also ca. 134·10⁶ Voxel aufweisen).
Die trainierte Funktion TF erhält in diesem Ausführungsbeispiel als Eingabedaten den multienergetischen Realbilddatensatz RD.M und generiert als Ausgabedaten einen Wahrscheinlichkeitsdatensatz generieren. Der Wahrscheinlichkeitsdatensatz kann zur Bestimmung der ersten Voxel VOX.1 verwendet werden, beispielsweise basierend auf einem Schwellenwert.
Weiterhin basiert das Auswählen SEL-VOX.2 der zweiten Voxel VOX.2 in diesem Ausführungsbeispiel auf den ersten Voxeln VOX.1 sowie auf den ersten Röntgenprojektionen XP.1 und den zweiten Röntgenprojektionen XP.2.
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Datenflusses eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes CD und/oder eines Differenzbilddatensatzes DD. In diesem Ausführungsbeispiel sind der erste Realbilddatensatz RD.1, der zweite Realbilddatensatz RD.2 und der multienergetische Realbilddatensatz RD.M jeweils dreidimensionale Bilddatensätze eines Untersuchungsvolumens VOL, und der Beschränkungsbilddatensatz CD sowie ein optionaler Differenzbilddatensatz DD sind ebenfalls ein dreidimensionale Bilddatensätze des Untersuchungsvolumens VOL.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Realbilddatensatz RD.1 eine dreidimensionale Rekonstruktion von ersten Röntgenprojektionen XP.1, wobei die ersten Röntgenprojektionen XP.1 Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich der ersten Röntgenenergie E₁ sind. Weiterhin ist der zweite Realbilddatensatz RD.2 eine dreidimensionale Rekonstruktion von zweiten Röntgenprojektionen XP.2, wobei die zweiten Röntgenprojektionen XP.2 Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich der zweiten Röntgenenergie E₂ sind. Weiterhin ist der multienergetische Realbilddatensatz RD.M eine dreidimensionale Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen XP.1 und der zweiten Röntgenprojektionen XP.2. Die ersten Röntgenprojektionen XP.1 und die zweiten Röntgenprojektionen XP.2 sind insbesondere zweidimensionale Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens VOL, insbesondere jeweils bezüglich einer Mehrzahl von Projektionsrichtungen.
In diesem Ausführungsbeispiel weisen der erste Realbilddatensatz RD.1 und der zweite Realbilddatensatz RD.2 bezüglich jeder Dimension die gleiche in Voxeln gemessene Ausdehnung auf. Beispielsweise können der der erste Realbilddatensatz RD.1 und der zweite Realbilddatensatz RD.2 bezüglich der ersten Dimension eine Ausdehnung von 256 Voxeln aufweisen, bezüglich der zweiten Dimension eine Ausdehnung von 256 Voxeln aufweisen, und bezüglich der dritten Dimension eine Ausdehnung von 256 Voxeln aufweisen (insgesamt also ca. 17·10⁶ Voxel aufweisen). Weiterhin weist der multienergetische Realbilddatensatz RD.M in diesem Ausführungsbeispiel bezüglich jeder Dimension eine höhere in Voxeln gemessene Ausdehnung als der erste Realbilddatensatz RD.1 auf. Beispielsweise kann der multienergetische Realbilddatensatz RD.M bezüglich der ersten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen, bezüglich der zweiten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen und bezüglich der dritten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen (insgesamt also ca. 134·10⁶ Voxel aufweisen) .
Die trainierte Funktion TF erhält in diesem Ausführungsbeispiel als Eingabedaten den ersten Realbilddatensatz RD.1, den zweiten Realbilddatensatz RD.2 und den multienergetischen Realbilddatensatz RD.M. Alternativ könnte die trainierte Funktion TF als Eingabedaten nur den ersten Realbilddatensatz RD.1 und den multienergetischen Realbilddatensatz RD.M erhalten. Weiterhin erzeugt die trainierte Funktion TF als Ausgabedaten einen Wahrscheinlichkeitsdatensatz. Der Wahrscheinlichkeitsdatensatz kann zur Bestimmung der ersten Voxel VOX.1 verwendet werden, beispielsweise basierend auf einem Schwellenwert.
In diesem Ausführungsbeispiel weisen der Beschränkungsbilddatensatz CD und der optionale Differenzbilddatensatz DD bezüglich jeder Dimension die gleiche in Voxeln gemessene Ausdehnung wie der multienergetische Realbilddatensatz RD.M auf, weiterhin ist der Wahrscheinlichkeitsdatensatz insbesondere ein dreidimensionaler Wahrscheinlichkeitsdatensatz, der bezüglich jeder Dimension die gleiche in Voxeln gemessene Ausdehnung wie der multienergetische Realbilddatensatz RD.M aufweist. Beispielsweise können der Beschränkungsbilddatensatz CD, der Differenzbilddatensatz DD, der multienergetische Realbilddatensatz RD.M sowie der Wahrscheinlichkeitsdatensatz bezüglich der ersten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen, bezüglich der zweiten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen und bezüglich der dritten Dimension eine Ausdehnung von 512 Voxeln aufweisen (insgesamt also ca. 134·10⁶ Voxel aufweisen).
7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines ersten Projektionswinkelbereiches PA.1 und eines zweiten Projektionswinkelbereiches PA.2. Die dargestellten Projektionswinkelbereiche PA.1, PA.2 können insbesondere dafür verwendet werden, erste Röntgenprojektionen XP.1 und/oder zweite Röntgenprojektionen XP.2 aufzunehmen, auf denen ein erster Realbilddatensatz RD.1 und/oder ein zweiter Realbilddatensatz RD.2 und/oder ein multienergetischer Realbilddatensatz RD.M basiert.
Die Projektionswinkelbereiche PA.1, PA.2 beschreiben die Projektionsrichtungen von Röntgenprojektionen XP.1, XP.2 eines Untersuchungsvolumens VOL. Hierbei ist das Untersuchungsvolumen VOL Teil eines Patienten PAT, wobei der Patient PAT auf einer Patientenlagerungsvorrichtung PPOS angeordnet ist. Hierbei zeigt der erste Projektionswinkelbereich PA.1 mögliche Positionen insbesondere einer ersten Röntgenquelle SRC.1 bei der Aufnahme von ersten Röntgenprojektionen XP.1. Hierbei ist der zugehörige erste Röntgendetektor DTC.1 auf der bezüglich des Untersuchungsvolumens VOL gegenüberliegenden Seite der ersten Röntgenquelle SRC.1 angeordnet. Weiterhin zeigt der zweite Projektionswinkelbereich PA.2 mögliche Positionen einer ersten Röntgenquelle SRC.1 oder einer zweiten Röntgenquelle SRC.2 bei der Aufnahme von zweiten Röntgenprojektionen XP.2. Hierbei ist der zugehörige erste Röntgendetektor DTC.1 oder der zugehörige zweite Röntgendetektor DTC.2 auf der bezüglich des Untersuchungsvolumens VOL gegenüberliegenden Seite der ersten Röntgenquelle SRC.1 bzw. der zweiten Röntgenquelle SRC.2 angeordnet. Insbesondere kann ein Projektionswinkelbereich PA.1, PA.2 auch als Menge von Projektionsrichtungen interpretiert werden.
Insbesondere kann der erste Projektionswinkelbereich PA.1 also auch als Ortskurve der ersten Röntgenquelle SRC.1 bei der Aufnahme der ersten Röntgenprojektionen XP.1 aufgefasst werden, und der zweite Projektionswinkelbereich PA.2 kann auch als Ortskurve der ersten Röntgenquelle SRC.1 bei der Aufnahme der zweiten Röntgenprojektionen XP.2 aufgefasst werden, wenn die zweiten Röntgenprojektionen XP.2 mit derselben Röntgenquelle SRC.1 wie die ersten Röntgenprojektionen XP.1 aufgenommen werden, oder als Ortskurve der der zweiten Röntgenquelle SRC.2, wenn die zweiten Röntgenprojektionen XP.2 mit einer sich von der ersten Röntgenquelle SRC.1 unterscheidenden zweiten Röntgenquelle SRC.2 aufgenommen werden.
Insbesondere kann der erste Projektionswinkelbereich PA.1 auch mit einer kreisförmigen Drehung der ersten Röntgenquelle SRC.1 um das Untersuchungsvolumen VOL identifiziert werden, wobei die erste Röntgenquelle SRC.1 einen Kreisbogen mit einem Winkel α/2 beschreibt. Weiterhin kann insbesondere der zweite Projektionswinkelbereich PA.2 mit einer kreisförmigen Drehung der zweiten Röntgenquelle SRC.2 um das Untersuchungsvolumen VOL identifiziert werden, wobei die zweite Röntgenquelle SRC.2 ebenfalls einen Kreisbogen mit einem Winkel α/2 beschreibt. Alternativ zu kreisförmigen Drehungen und Kreisbögen sind auch ellipsenförmige Drehungen oder Ellipsenbögen, oder andere zumindest stückweise konkave Bewegungen der ersten bzw. der zweiten Röntgenquelle SRC.1, SRC.2 möglich. Der Winkel α ist hierbei insbesondere größer als 180°, insbesondere entspricht der Winkel α der Summe aus 180° und dem Öffnungswinkel der von der ersten bzw. zweiten Röntgenquelle SRC.1, SRC.2 ausgehenden Röntgenstrahlung. Insbesondere entspricht also der Winkel α in diesem Ausführungsbeispiel 200°.
In der 7 sind der erste Projektionswinkelbereich PA.1 und der zweite Projektionswinkelbereich PA.2 mit einem unterschiedlichen Radius dargestellt. Der unterschiedliche Radius wurde insbesondere aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung gewählt und impliziert insbesondere nicht, dass die erste Röntgenquelle SRC.1 bzw. die zweite Röntgenquelle SRC.2 bei der Aufnahme der ersten Röntgenprojektionen XP.1 und der zweiten Röntgenprojektionen XP.2 unterschiedliche Abstände vom Untersuchungsvolumen VOL bzw. vom Drehzentrum aufweisen.
8 zeigt mögliche Positionen POS.1(t⁽¹⁾ ₁), ..., POS. 2(t⁽²⁾ ₃) von Röntgenquellen SRC.1, SRC.2 für das in 7 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines ersten Projektionswinkelbereiches PA.1 und eines zweiten Projektionswinkelbereiches PA.2.
Hierbei bezeichnet POS.1(t) die Position einer ersten Röntgenquelle SRC.1 zum Zeitpunkt t, und POS.2(t) bezeichnet die Position einer zweiten Röntgenquelle SRC.2 zum Zeitpunkt t. Hierbei unterscheiden sich die erste Röntgenquelle SRC.1 und die zweite Röntgenquelle SRC.2, und die erste Röntgenquelle SRC.1 nimmt erste Röntgenprojektionen XP.1 bezüglich einer ersten Röntgenenergie E₁ auf, und die zweite Röntgenquelle SRC.2 nimmt zweite Röntgenprojektionen XP.2 bezüglich einer zweiten Röntgenenergie E₂ auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die i-te Röntgenprojektion der ersten Röntgenprojektionen XP.1 zum Zeitpunkt t⁽¹⁾ _i aufgenommen, wobei t⁽¹⁾ _i < t⁽¹⁾ _j für i < j. Weiterhin wird im dargestellten Ausführungsbeispiel die i-te Röntgenprojektion der zweiten Röntgenprojektionen XP.2 zum Zeitpunkt t⁽²⁾ _i aufgenommen, wobei t⁽²⁾ _i < t⁽²⁾ _j für i < j. Weiterhin gilt im dargestellten Ausführungsbeispiel t⁽¹⁾ _i < t⁽²⁾ _i < t⁽¹⁾ _i+1, alternativ können aber auch andere zeitliche Abfolgen der ersten und der zweiten Röntgenprojektionen XP.1, XP.2 verwendet werden. Die Zeitpunkte t⁽¹⁾ _i können insbesondere in den ersten Röntgenprojektionen XP.1 enthalten sein, insbesondere als Metadaten, weiterhin können die Zeitpunkte t⁽²⁾ _i insbesondere in den zweiten Röntgenprojektionen XP.2 enthalten sein.
An einer der Position POS(t⁽¹⁾ _i) (in 8 abgebildet sind die Positionen POS(t⁽¹⁾ ₁), POS(t⁽¹⁾ ₂), POS(t⁽¹⁾ ₃)) der ersten Röntgenquelle SRC.1 zum Zeitpunkt t⁽¹⁾ _i (hier t⁽¹⁾ ₁, t⁽¹⁾ ₂, t⁽¹⁾ ₃) nimmt die erste Röntgenquelle SRC.1 eine der ersten Röntgenprojektionen XP.1 bezüglich der ersten Röntgenenergie E₁ bezüglich einer Projektionsrichtung v⁽¹⁾ _i (hier v⁽¹⁾ ₁ , v⁽¹⁾ ₂ , v⁽¹⁾ ₃ ) auf. An den Positionen POS(t⁽²⁾ _i) (in 8 abgebildet sind die Positionen POS(t⁽²⁾ ₁), POS(t⁽²⁾ ₂), POS(t⁽²⁾ ₃)) der ersten Röntgenquelle SRC.1 zum Zeitpunkt t⁽²⁾ _i (hier t⁽²⁾ ₁, t⁽²⁾ ₂, t⁽²⁾ ₃) nimmt die erste Röntgenquelle SRC.1 im Allgemeinen keine Röntgenprojektion auf (außer im Fall t⁽¹⁾ _i = t⁽²⁾ _i für ein Paar i, j).
An einer der Position POS. 2 (t⁽²⁾i) (in 8 abgebildet sind die Positionen POS.2 (t⁽²⁾ ₁), POS.2 (t⁽²⁾ ₂), POS(t⁽²⁾ ₃)) der zweiten Röntgenquelle SRC.2 zum Zeitpunkt t⁽²⁾ _i (hier t⁽²⁾ ₁, t⁽²⁾ ₂, t^(w) ₃) nimmt die zweite Röntgenquelle SRC.2 eine der zweiten Röntgenprojektionen XP.2 bezüglich der zweiten Röntgenenergie E₂ bezüglich einer Projektionsrichtung v⁽²⁾ _i (hier v⁽²⁾ ₁ , v⁽²⁾ ₂ , v⁽²⁾ ₃ ) auf. An den Positionen POS.2(t⁽¹⁾ _i) (in 8 abgebildet sind die Positionen POS.2(t⁽¹⁾ ₁), POS.2(t⁽¹⁾ ₂), POS.2(t⁽¹⁾ ₃)) der zweiten Röntgenquelle SRC.2 zum Zeitpunkt t⁽¹⁾ _i (hier t⁽¹⁾ ₁, t⁽¹⁾ ₂, t⁽¹⁾ ₃) nimmt die zweite Röntgenquelle SRC.2 im Allgemeinen keine Röntgenprojektion auf (außer im Fall t⁽¹⁾ _i = t⁽²⁾ _i für ein Paar i, j).
In der 8 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur jeweils die Positionen der ersten Röntgenquelle SRC.1 und der zweiten Röntgenquelle SRC.2 für drei Röntgenprojektionen XP.1, XP.2 dargestellt. Im Allgemeinen werden deutlich mehr erste Röntgenprojektionen XP.1, XP.2 verwendet, und die Positionen des ersten Röntgendetektors DTC.1 und des zweiten Röntgendetektors DTC.2 befinden sich entlang der Projektionsrichtung v⁽¹⁾ ₁ , v⁽¹⁾ ₂ , v⁽¹⁾ ₃ , v⁽²⁾ ₁ , v⁽²⁾ ₂ , v⁽²⁾ ₃ auf der der ersten bzw. zweiten Röntgenquelle SRC.1, SRC.2 gegenüberliegenden Seite des Untersuchungsvolumens VOL.
In der 8 sind der erste Projektionswinkelbereich PA.1 und der zweite Projektionswinkelbereich PA.2 mit einem unterschiedlichen Radius dargestellt, dementsprechend haben auch die Positionen POS.1(t⁽¹⁾ ₁), ..., POS.2(t⁽²⁾ ₃)) unterschiedliche Abstände vom Untersuchungsvolumen VOL. Der unterschiedliche Radius bzw. die unterschiedlichen Abstände wurden insbesondere aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung gewählt und implizieren insbesondere nicht, dass die erste Röntgenquelle SRC.1 bzw. die zweite Röntgenquelle SRC.2 bei der Aufnahme der ersten Röntgenprojektionen XP.1 und der zweiten Röntgenprojektionen XP.2 unterschiedliche Abstände vom Untersuchungsvolumen VOL bzw. vom Drehzentrum aufweisen.
9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines ersten Projektionswinkelbereiches PA.1 und eines zweiten Projektionswinkelbereiches PA.2. Die dargestellten Projektionswinkelbereiche PA.1, PA.2 können insbesondere dafür verwendet werden, erste Röntgenprojektionen XP.1 und/oder zweite Röntgenprojektionen XP.2 aufzunehmen, auf denen ein erster Realbilddatensatz RD.1 und/oder ein zweiter Realbilddatensatz RD.2 und/oder ein multienergetischer Realbilddatensatz RD.M basiert. Die Bedeutung der Projektionswinkelbereiche PA.1, PA.2 für die Positionen der ersten Röntgenquelle SRC.1, des ersten Röntgendetektors DTC.1, der zweiten Röntgenquelle SRC.2 und des zweiten Röntgendetektors DTC.2 entspricht der bezüglich 7 beschriebenen Bedeutung.
Im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel kann der erste Projektionswinkelbereich PA.1 auch mit einer kreisförmigen Drehung der ersten Röntgenquelle SRC.1 um das Untersuchungsvolumen VOL identifiziert werden, wobei die erste Röntgenquelle SRC.1 einen Kreisbogen mit einem Winkel α + β beschreibt. Weiterhin kann insbesondere der zweite Projektionswinkelbereich PA.2 mit einer kreisförmigen Drehung der zweiten Röntgenquelle SRC.2 um das Untersuchungsvolumen VOL identifiziert werden, wobei die zweite Röntgenquelle SRC.2 ebenfalls einen Kreisbogen mit einem Winkel α + β beschreibt. Alternativ zu kreisförmigen Drehungen und Kreisbögen sind auch ellipsenförmige Drehungen oder Ellipsenbögen, oder andere zumindest stückweise konkave Bewegungen der ersten bzw. der zweiten Röntgenquelle SRC.1, SRC.2 möglich. Der Winkel α ist hierbei insbesondere größer als 180°, insbesondere entspricht der Winkel α der Summe aus 180° und dem Öffnungswinkel der von der ersten bzw. zweiten Röntgenquelle SRC.1, SRC.2 ausgehenden Röntgenstrahlung. Insbesondere entspricht also der Winkel α in diesem Ausführungsbeispiel 200°. Der Winkel β kann insbesondere dem minimalen Winkel zwischen der Richtung von der ersten Röntgenquelle SRC.1 zum ersten Röntgendetektor DTC.1 und der Richtung von der zweiten Röntgenquelle SRC.2 zum zweiten Röntgendetektor SRC.2 entsprechen. Der Winkel β ist also insbesondere durch die Ausdehnung und die geometrische Form der Röntgenquellen SRC.1, SRC.2 und der Röntgendetektoren DTC.1, DTC.2 nach unten beschränkt.
10 zeigt mögliche Positionen POS.1(t⁽¹⁾ ₁), ..., POS.2(t⁽²⁾ ₃) von Röntgenquellen SRC.1, SRC.2 für das in 9 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines ersten Projektionswinkelbereiches PA.1 und eines zweiten Projektionswinkelbereiches PA.2. Bezüglich der dargestellten Objekte wird auf die Beschreibung der 8 verwiesen.
Im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel haben der erste Röntgendetektor DTC.1 und der zweite Röntgendetektor DTC.2 einen konstanten, insbesondere einen minimalen Abstand, und/oder die erste Röntgenquelle SRC.1 und die zweite Röntgenquelle SRC.2 haben einen konstanten, insbesondere einen minimalen Abstand.
Die in 9 dargestellten Projektionswinkelbereiche PA.1, PA.2 und die in 10 dargestellten Positionen können auch als Grundlage für die Aufnahme mit nur einer Röntgenquelle SRC.1 und nur einem Röntgendetektor DTC.1 dienen, wobei die eine Röntgenquelle SRC.1 zwischen der ersten Röntgenenergie und der zweiten Röntgenenergie geschalten werden kann. Hierbei nimmt die eine erste Röntgenquelle an den Positionen POS.1(t⁽¹⁾ ₁), POS.1(t⁽¹⁾ ₂) , POS.1(t⁽¹⁾ ₃) erste Röntgenprojektionen XP.1 mit der ersten Röntgenenergie auf, und an den Positionen POS.2 (t⁽²⁾ ₁) , POS.2 (t⁽²⁾ ₂), POS.2 (t⁽²⁾ ₃) zweite Röntgenprojektionen XP.2 mit der zweiten Röntgenenergie auf. Die restlichen Röntgenprojektionen sind irrelevant.
11 zeigt eine schematische zweidimensionale Abbildung eines multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M sowie eine schematische zweidimensionale Abbildung eines Beschränkungsbilddatensatzes CD. Die zweidimensionalen Abbildungen können auch als Schnitt durch einen höherdimensionalen Realbilddatensatz RD.M bzw. durch einen höherdimensionalen Beschränkungsbilddatensatz CD interpretiert werden.
Der multienergetische Realbilddatensatz RD.M umfasst eine Menge von Pixeln oder Voxeln VOX. Durch das Auswählen SEL-VOX.1 der ersten Voxel VOX.1 werden ersten Voxel VOX.1 aus der Menge der Voxel VOX des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M ausgewählt. Die ersten Voxel VOX.1 sind also eine Teilmenge, insbesondere eine echte Teilmenge der Voxel VOX des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M.
Durch das Auswählen SEL-VOX.2 der zweiten Voxel VOX.2 werden erste Voxel VOX.2 aus der Menge der ersten Voxel VOX.1 ausgewählt. Die zweite Voxel VOX.2 sind also eine Teilmenge, insbesondere eine echte Teilmenge der ersten Voxel VOX.1.
Die 11 zeigt weiterhin einen Beschränkungsbilddatensatz CD. Der Beschränkungsbilddatensatz CD weist die gleiche Dimensionalität wie der multienergetische Realbilddatensatz RD.M auf, und weist weiterhin bezüglich jeder Dimension die gleiche in Pixeln oder Voxeln gemessene Ausdehnung wie der multienergetische Realbilddatensatz RD.M auf. Insbesondere existiert also eine bijektive Abbildung bzw. eine eindeutige Korrespondenz zwischen den Voxeln VOX des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M und den Voxeln des Beschränkungsbilddatensatzes CD
12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes CD und/oder eines Differenzbilddatensatzes DD.
Die ersten Schritte des ersten Ausführungsbeispiels sind das Empfangen REC-XP.1 von ersten Röntgenprojektionen XP.1 des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer ersten Röntgenenergie E₁ mittels einer Schnittstelle IF, insbesondere mittels der Schnittstelle IF eines Bereitstellungssystems PRVS, und das Empfangen REC-XP.2 von zweiten Röntgenprojektionen XP.2 des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer zweiten Röntgenenergie E₂ mittels der Schnittstelle IF, insbesondere mittels der Schnittstelle IF des Bereitstellungssystems PRVS, wobei sich die zweite Röntgenenergie E₂ von der ersten Röntgenenergie E₁ unterscheidet.
Ein weiterer Schritt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Bestimmen DET-RD.M eines multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M des Untersuchungsvolumens VOL basierend auf den ersten Röntgenprojektionen XP.1 und den zweiten Röntgenprojektionen XP.2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das multienergetische Realbilddatensatz RD.M mittels einer Recheneinheit CU, insbesondere der Recheneinheit CU des Bereitstellungssystems, als dreidimensionale Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen XP.1 und der zweiten Röntgenprojektionen XP.2 bestimmt.
Alternativ kann der multienergetische Realbilddatensatz RD.M des Untersuchungsvolumens VOL auch mittels der Schnittstelle IF empfangen werden. Insbesondere kann auch ein dreidimensionaler erster Realbilddatensatz RD.1 basierend auf den ersten Röntgenprojektionen XP.1 rekonstruiert werden, und ein dreidimensionaler zweiter Realbilddatensatz RD.2 basierend auf den zweiten Röntgenprojektionen XP.2 rekonstruiert werden, und der multienergetische Realbilddatensatz RD.M wird basierend auf dem dreidimensionalen ersten Realbilddatensatz RD.1 und dem dreidimensionalen zweiten Realbilddatensatz RD.2 bestimmt.
Ein weiterer Schritt des dargestellten ersten Ausführungsbeispiels ist ein Auswählen SEL-VOX.1 von ersten Voxeln VOX.1 des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M basierend auf dem multienergetischen Realbilddatensatz RD.M. Insbesondere werden im dargestellten Ausführungsbeispiel die ersten Voxel VOX.1 durch Anwendung einer trainierten Funktion TF auf den multienergetischen Realbilddatensatz RD.M bestimmt. Die trainierte Funktion TF weist hierbei insbesondere jedem Voxel VOX des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M einen Wahrscheinlichkeitswert zu, wobei der Wahrscheinlichkeitswert der Wahrscheinlichkeit entspricht, dass der jeweilige Voxel VOX Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen VOL abbildet oder ein Gefäß VES.1, VES.2 im Untersuchungsvolumen VOL abbildet. Als erste Voxel VOX.1 werden dann diejenigen Voxel VOX des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M ausgewählt, deren jeweiliger Wahrscheinlichkeitswert über einem gegebenen Schwellenwert liegt.
Ein weiterer Schritt des dargestellten ersten Ausführungsbeispiels ist das Auswählen SEL-VOX.2 von zweiten Voxeln VOX.2 des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M basierend auf den ersten Röntgenprojektionen XP.1 und den zweiten Röntgenprojektionen XP.2, wobei die ersten Voxel VOX.1 die zweiten Voxel VOX.2 umfassen, und die zweiten Voxel VOX.2 Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen VOL abbilden. Alternativ können die zweiten Voxel VOX.2 auch ein Gefäß VES.1, VES.2 im Untersuchungsvolumen VOL abbilden. Insbesondere werden die zweiten Voxel VOX.2 aus den ersten Voxeln VOX.1 ausgewählt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine polyenergetische Rekonstruktion jedes der ersten Voxel VOX.1 basierend auf den ersten Röntgenprojektionen XP.1 und den zweiten Röntgenprojektionen XP.2. Mit anderen Worten wird also für jedes der ersten Voxel VOX.1 mittels des polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus festgestellt, ob dieses Voxel ein Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen VOL abbildet. Ist dies der Fall, so wird dieser Voxel als einer der zweiten Voxel VOX.2 ausgewählt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel können insbesondere auch ein diskreter Tomographiealgorithmus und eine polyenergetische Rekonstruktion kombiniert werden, um für Voxel VOX zu entscheiden, ob sie Kontrastmittel oder andere Materialien (z.B. Knochen, Metall, Wasser) im Untersuchungsbereich abbilden. Beispielsweise kann als diskreter Tomographiealgorithmus SDART aus der Veröffentlichung F. Bleichrodt et al.: „SDART: An algorithm for discrete tomography from noisy projections“, Computer Vision and Image Understanding, Vol. 129, S. 63-74, 2014 verwendet werden, und im fünften Schritt des Algorithmus die Datenkonsistenz ||W_xs - p||² gemäß des in I. A. Elbakri, J. A. Fessler: „Statistical Image Reconstruction for Polyenergetic X-Ray Computed Tomography“, IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 21, S. 89 - 99, 2002 beschriebenen polyenergetischen Verfahrens bestimmt werden.
Der letzte Schritt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Bereitstellen PROV-CD-DD eines Beschränkungsbilddatensatzes CD und/oder eines Differenzbilddatensatzes DD basierend auf den zweiten Voxeln VOX.2. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Beschränkungsbilddatensatz CD bereitgestellt, der von Dimension und Ausdehnung dem multienergetischen Realbilddatensatz RD.M entspricht. Der Differenzbilddatensatz DD kann optional dann als Multiplikation oder Subtraktion des Beschränkungsbilddatensatzes CD und des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M bestimmt werden.
13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes CD und/oder eines Differenzbilddatensatzes DD. zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Bereitstellen eines Differenzbilddatensatzes DD. Das zweite Ausführungsbeispiel folgt dem in der 6 dargestellten Datenfluss.
Die ersten Schritte des zweiten Ausführungsbeispiels sind das Empfangen REC-XP.1 von ersten Röntgenprojektionen XP.1 des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer ersten Röntgenenergie E₁ mittels einer Schnittstelle IF und das Empfangen REC-XP.2 von zweiten Röntgenprojektionen XP.2 des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich einer zweiten Röntgenenergie E₂ mittels der Schnittstelle IF, hierbei unterscheiden sich die erste Röntgenenergie E₁ und die zweite Röntgenenergie E₂.
Weitere optionale Schritte des zweiten Ausführungsbeispiels sind das Bestimmen DET-RD.1 eines ersten Realbilddatensatzes RD.1 des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich der ersten Röntgenenergie E₁, und das Bestimmen DET-RD.2 des zweiten Realbilddatensatzes RD.2 des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich der zweiten Röntgenenergie E₂. Hierbei erfolgt das Bestimmen DET-RD.1 des ersten Realbilddatensatzes RD.1 durch eine dreidimensionale Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen XP.1 mittels einer Recheneinheit CU, und das Bestimmen DET-RD.2 des zweiten Realbilddatensatzes RD.2 durch eine dreidimensionale Rekonstruktion der zweiten Röntgenprojektionen XP.2 mittels der Recheneinheit CU.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die dreidimensionale Rekonstruktion mittels einer gefilterten Rückprojektion. Alternativ sind iterative Rekonstruktionen oder Rekonstruktionen basierend auf dem Feldkamp-Algorithmus bekannt.
In einer mathematischen Notation ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel der dreidimensionale erste Realbilddatensatz RD.1 durch B⁽¹⁾ = R(b⁽¹⁾ ₁, ..., b⁽¹⁾ _m) gegeben, und der zweite Realbilddatensatz RD.2 durch B⁽²⁾ = R(b⁽²⁾ ₁, ..., b⁽²⁾ _n). Hierbei bezeichnet R die Rekonstruktionsfunktion, und b⁽¹⁾ _i bezeichnete die i-te (der insgesamt m) ersten Röntgenprojektionen XP.1, und b⁽²⁾ _i bezeichnete die i-te (der insgesamt n) zweiten Röntgenprojektionen XP.2.
Ein weiterer Schritt des zweiten Ausführungsbeispiels ist das Bestimmen DET-RD.M eines multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M des Untersuchungsvolumens VOL bezüglich der ersten Röntgenenergie E₁ und der zweiten Röntgenenergie E₂ mittels der Recheneinheit CU. Hierbei erfolgt das Bestimmen DET-RD.M des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M durch eine dreidimensionale Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen XP.1 und der zweiten Röntgenprojektionen XP.2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die dreidimensionale Rekonstruktion mittels einer gefilterten Rückprojektion. Alternativ sind iterative Rekonstruktionen oder Rekonstruktionen basierend auf dem Feldkamp-Algorithmus bekannt.
In einer mathematischen Notation ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel der dreidimensionale multienergetische Realbilddatensatz RD.M durch B^(m) = R(b⁽¹⁾ ₁, ..., b⁽¹⁾ _m, b⁽²⁾ ₁, ..., b⁽²⁾ _n) gegeben.
Ein weiterer Schritt des dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels ist das Auswählen SEL-VOX.1 von ersten Voxeln VOX.1 des dreidimensionalen multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M. Hierfür wird die trainierte Funktion TF auf den dreidimensionalen ersten Realbilddatensatz RD.1, auf den dreidimensionalen zweiten Realbilddatensatz RD.2 und auf den dreidimensionalen multienergetischen Realbilddatensatz RD.M als Eingabedaten angewendet, und erzeugt als Ausgabedaten einen dreidimensionalen Wahrscheinlichkeitsdatensatz. In mathematischer Notation ergibt sich W = f (B⁽¹⁾, B⁽²⁾, B^(m)). Dieser dreidimensionale Wahrscheinlichkeitsdatensatz hat bezüglich jeder der drei Dimensionen die gleiche in Voxeln gemessene Ausdehnung wie der dreidimensionalen multienergetischen Realbilddatensatz RD.M, insbesondere weist der dreidimensionale Wahrscheinlichkeitsdatensatz damit jedem der Voxel VOX des dreidimensionalen multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M einen Wahrscheinlichkeitswert zu. Insbesondere ist der einem Voxel VOX des dreidimensionalen multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M zugeordnete Wahrscheinlichkeitswert ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Voxel VOX Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen VOL abbildet, oder dass dieser Voxel VOX ein Gefäß VES.1, VES.2 im Untersuchungsvolumen VOL abbildet.
Die ersten Voxel VOX.1 entsprechen dann denjenigen Voxeln VOX des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M, deren zugeordneter Wahrscheinlichkeitswert über einem gegebenen Schwellenwert liegt.
Ein weiterer Schritt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Auswählen von zweiten Voxeln VOX.2 des multienergetischen Realbilddatensatzes RD.M basierend auf den ersten Röntgenprojektionen XP.1 und den zweiten Röntgenprojektionen XP.2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird für jedes der ersten Voxel VOX.1 eine polyenergetische Rekonstruktion mittels SDART ausgeführt, um eine Auswahl der zweiten Voxel VOX.2 zu treffen.
Der letzte Schritt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Bereitstellen PROV-CD-DD des Beschränkungsbilddatensatzes CD und/oder des Differenzbilddatensatzes DD. Dieser Schritt umfasst die optionalen Schritte des Bestimmens DET-CD des Beschränkungsbilddatensatzes CD und das Bestimmen DET-DD des Differenzbilddatensatzes DD.
In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt das Bestimmen DET-CD des Beschränkungsbilddatensatzes CD, indem als Beschränkungsbilddatensatz CD ein Bilddatensatz gleicher Dimension und gleicher Ausdehnung wie der multienergetische Realbilddatensatz RD.M definiert wird, wobei für die Werte C_ijk des Beschränkungsbilddatensatz CD gilt, dass C_ijk = 1, wenn die Indizes i, j und k ein Voxel der zweiten Voxel VOX.2 beschreiben, und C_ijk = 0, wenn die Indizes i, j und k kein Voxel der zweiten Voxel VOX.2 beschreiben.
Das Bestimmen DET-DD des Differenzbilddatensatzes DD erfolgt dann insbesondere, indem der Beschränkungsbilddatensatz CD voxelweise mit dem multienergetischen Realbilddatensatz RD.M multipliziert wird. Insbesondere gilt also für die Werte D_ijk des Differenzbilddatensatzes D_ijk = B_ijk·C_ijk.
14 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bereitstellen einer trainierten Funktion TF.
Der erste Schritt des dargestellten ersten Ausführungsbeispiels ist das Bestimmen DET-TRD.M eines multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes eines Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Trainingsröntgenenergie und einer zweiten Trainingsröntgenenergie, wobei sich die zweite Trainingsröntgenenergie von der ersten Trainingsröntgenenergie unterscheidet. In diesem Ausführungsbeispiel wird der multienergetische Trainingsrealbilddatensatz mittels einer Trainingsschnittstelle TIF eines Trainingssystems TRS empfangen.
Alternativ können auch erste Trainingsröntgenprojektionen des Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Trainingsröntgenenergie und zweite Trainingsröntgenprojektionen des Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich einer zweiten Trainingsröntgenenergie (insbesondere mittels der Trainingsschnittstelle TIF) empfangen werden, und der multienergetische Trainingsrealbilddatensatz durch dreidimensionale Rekonstruktion der ersten Trainingsröntgenprojektionen und der zweiten Trainingsröntgenprojektionen mittels einer Recheneinheit TCU des Trainingssystems TRS bestimmt werden.
Ein weiterer Schritt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Bestimmen DET-TCD eines Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes des Trainingsuntersuchungsvolumens, insbesondere mittels der Recheneinheit TIF des Trainingssystems TRS. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Trainingsbeschränkungsbilddatensatz mittels einer polyenergetischen Rekonstruktion, insbesondere mit SDART, insbesondere kombiniert mit einem diskreten Tomographiealgorithmus, basierend auf den ersten Trainingsröntgenprojektionen und den zweiten Trainingsröntgenprojektionen bestimmt. Insbesondere hat der Trainingsbeschränkungsbilddatensatz die gleiche Dimensionalität und die gleiche Ausdehnung des multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes.
Ein weiterer Schritt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Bestimmen DET-TVOX.1 von ersten Trainingsvoxeln des Trainingsrealbilddatensatzes durch Anwendung der trainierten Funktion TF auf den Trainingsrealbilddatensatz. Insbesondere kann die trainierte Funktion TF jedem Voxel des multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes einen Wahrscheinlichkeitswert zuordnen, und die ersten Trainingsvoxel entsprechen den Voxeln, deren zugeordneter Wahrscheinlichkeitswert über einem Schwellenwert liegt.
Ein weiterer Schritt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Anpassen ADJ-TF der trainierten Funktion TF basierend auf einem Vergleich der ersten Trainingsvoxel und des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes. Die trainierte Funktion TF ist in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk, insbesondere ein faltendes künstliches neuronales Netzwerk (ein englischer Fachbegriff ist „convolutional neural network“). Das Anpassen ADJ-TF der trainierten Funktion TF erfolgt insbesondere dadurch, dass Kantengewichte des neuronalen Netzwerks mittels des Rückpropagationsalgorithmus (ein englischer Fachbegriff ist „backpropagation“) derart angepasst werden, so dass eine Kostenfunktion minimiert wird. Die Kostenfunktion kann insbesondere auf der Zahl der fehlerhaften ersten Trainingsvoxeln basieren, beispielsweise als K = Σ_ijk (Θ(TF(B^(m))_ijk - s) - C_ijk)², wobei B^(m) den multienergetischen Trainingsrealbilddatensatz, TF(B^(m)) das Ergebnis der Anwendung der trainierten Funktion TF auf den multienergetischen Trainingsrealbilddatensatz, Θ die Heavyside-Sprungfunktion, s den Schwellenwert und C den Trainingsbeschränkungsbilddatensatz bezeichnet. Alternativ kann die Kostenfunktion auch auf einem direkten Vergleich der Ausgabedaten der trainierten Funktion (beispielsweise der Wahrscheinlichkeitswerte) und dem Trainingsbeschränkungsbilddatensatz basieren, beispielsweise als K = Σ_ijk (TF(B^(m))_ijk - C_ijk)^2.
Der letzte Schritt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Bereitstellen PROV-TF der trainierten Funktion TF mittels der Trainingsschnittstelle TIF des Trainingssystems TRS. Das Bereitstellen PROV-TF kann insbesondere ein Ausgeben der trainierten Funktion TF, ein Speichern der trainierten Funktion TF und/oder ein Übertragen der trainierten Funktion TF umfassen.
15 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bereitstellen einer trainierten Funktion TF. Das zweite Ausführungsbeispiel weist alle Schritte des in 14 dargestellten erste Ausführungsbeispiels auf, und kann insbesondere auch die dort beschriebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen aufweisen.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst weiterhin das Empfangen DET-MM eines dreidimensionalen Materialmodells des Trainingsuntersuchungsvolumens, insbesondere mittels der Trainingsschnittstelle TIF. Hierbei ist das dreidimensionale Materialmodell ein Materialmodell des Trainingsuntersuchungsvolumens umfassend Kontrastmittel.
Ein Materialmodell beschreibt in diesem zweiten Ausführungsbeispiel eine dreidimensionale räumliche Verteilung eines energieabhängigen Röntgenabsorptionskoeffizienten µ(x, E). In diesem Ausführungsbeispiel ist das Materialmodell kontinuierlich, d.h. eine Funktion der dreidimensionalen räumlichen Koordinate x, insbesondere eine stetige Funktion bzw. insbesondere ein differenzierbare Funktion der räumlichen Koordinate x. Alternativ kann das Materialmodell auch räumlich diskret sein, d.h. eine Menge an Voxeln umfassen, denen jeweils ein energieabhängiger Röntgenabsorptionskoeffizient µ(E) zugeordnet ist. Insbesondere bei einer regelmäßigen Anordnung der Voxel kann das Materialmodel dann über einen indizierten energieabhängigen Röntgenabsorptionskoeffizienten µ_ijk(E) beschrieben werden. Das Materialmodel kann weiterhin für eine beliebige Anzahl von Röntgenenergien E definiert sein, es ist aber ausreichen, das Materialmodel nur für die erste und die zweite Trainingsröntgenenergie anzugeben, also µ⁽¹⁾(x) bzw. µ⁽¹⁾ _ijk für die erste Trainingsröntgenenergie und µ⁽²⁾ (x) bzw. µ⁽²⁾ _ijk für die zweite Trainingsröntgenenergie.
Das dargestellte zweite Ausführungsbeispiel umfasst weiterhin das Empfangen REC-TXP.1 von ersten Trainingsröntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens und das Empfangen REC-TXP.2 von zweiten Trainingsröntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens mittels der Trainingsschnittstelle TIF des Trainingssystems TRS. Hierbei sind die ersten Trainingsröntgenprojektionen Röntgenprojektionen des Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich der ersten Trainingsenergie, und die zweiten Trainingsröntgenprojektionen Röntgenprojektionen des Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich der zweiten Trainingsenergie.
Das Empfangen REC-TXP.1 der ersten Trainingsröntgenprojektionen und das Empfangen REC-TXP.2 der zweiten Trainingsröntgenprojektionen kann auch Erfolgen, indem die ersten Trainingsröntgenprojektionen und die zweiten Trainingsröntgenprojektionen basierend auf dem Materialmodell bestimmt werden, insbesondere durch Simulation der Interaktion von Röntgenstrahlung der jeweiligen Trainingsröntgenenergie mit dem Materialmodell. Die Trainingsröntgenprojektionen ergeben sich in diesem Fall aus der Gleichung $b^{(1/2)} (y,v) \propto \int_{Γ (y,v)} μ^{(1 / 2)} (x) dx$
wobei Γ(y, v) der Pfad von der Röntgenquelle zum Röntgendetektor an der Koordinate y ist, wenn die Projektionsrichtung dem Winkel v entspricht. Insbesondere kann in diesem Fall das erste Materialmodell auch als zeitlich veränderlich modelliert werden, um eine zeitlich veränderliche Dichte von Kontrastmittel im Trainingsuntersuchungsvolumen zu simulieren.
Im zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt das Bestimmen DET-TRD.M des multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes durch eine Rekonstruktion der ersten Trainingsröntgenprojektionen und der zweiten Trainingsröntgenprojektionen. Diese Rekonstruktion erfolgt insbesondere ohne Berücksichtigung der verschiedenen Trainingsröntgenenergien. Das Bestimmen DET-TCD des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes erfolgt durch eine Kombination eines diskreten Tomographiealgorithmus und einer polyenergetischen Rekonstruktion basierend auf den ersten Trainingsröntgenprojektionen und den zweiten Trainingsröntgenprojektionen. Ein optionaler erster Trainingsrealbilddatensatz kann basierend auf den ersten Trainingsröntgenprojektionen rekonstruiert werden, und ein optionaler zweiter Trainingsrealbilddatensatz kann basierend auf den zweiten Trainingsröntgenprojektionen rekonstruiert werden.
Beispielsweise sind der optionale erste Trainingsrealbilddatensatz und der zweite Trainingsrealbilddatensatz jeweils dreidimensionale Bilddatensätze des Trainingsuntersuchungsvolumens, umfassend 256·256·256 Voxel, und der multienergetische Trainingsrealbilddatensatz ist ein dreidimensionaler des Untersuchungsvolumens umfassend 512-512-512 Voxel, und das erste Materialmodell umfasst ebenfalls 512·512·512 Voxel. Alternativ zur Rekonstruktion basierend auf den Trainingsröntgenprojektionen können der erste Trainingsrealbilddatensatz und der zweite Trainingsrealbilddatensatz als $B_{ijk}^{(1 / 2)} = \sum_{i' - 2 i}^{2 i + 1} \sum_{j' = 2 j}^{2 j + 1} \sum_{k' - 2 k}^{2 k + 1} μ_{i'j'k}^{(1 / 2)},$
basierend auf dem Materialmodell berechnet werden, und der multienergetische Trainingsrealbilddatensatz kann als $B_{ijk}^{(m)} = (μ_{ijk}^{(1)} + μ_{ijk}^{(2)}) / 2$
basierend auf dem Materialmodell berechnet werden.
Insbesondere ist es auch möglich, dass der Trainingsbeschränkungsbilddatensatz ebenfalls aus dem Materialmodell abgeleitet wird. Dies kann basierend auf den einzelnen Schwächungskoeffizienten des Materialmodells erfolgen, oder mittels zusätzlichen Wissens über die Strukturen OS.1, OS.2, die vom Materialmodell dargestellt werden.
16 zeigt ein Bereitstellungssystem PRVS, 17 zeigt ein Trainingssystem TRS. Das dargestellte Bereitstellungssystem PRVS ist ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bereitstellen eines Differenzbilddatensatz DD auszuführen. Das dargestellte Trainingssystem TRS ist dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion TF auszuführen. Das Bereitstellungssystem PRVS umfasst eine Schnittstelle IF, eine Recheneinheit CU und eine Speichereinheit MU, das Trainingssystem TRS umfasst eine Trainingsschnittstelle TIF, eine Trainingsrecheneinheit TCU und eine Trainingsspeichereinheit TMU.
Bei dem Bereitstellungssystem PRVS und/oder bei dem Trainingssystem TRS kann es sich insbesondere um einen Computer, einen Mikrocontroller oder um einen integrierten Schaltkreis handeln. Alternativ kann es sich bei dem Bereitstellungssystem PRVS und/oder bei dem Trainingssystem TRS um einen realen oder virtuellen Verbund von Computern handeln (ein englischer Fachbegriff für einen realen Verbund ist „Cluster“, ein englischer Fachbegriff für einen virtuellen Verbund ist „Cloud“). Das Bereitstellungssystem PRVS und/oder das Trainingssystem TRS kann auch als virtuelles System ausgebildet sein, das auf einem realen Computer oder einem realen oder virtuellen Verbund von Computern ausgeführt wird (ein englischer Fachbegriff ist „Virtualization“).
Bei einer Schnittstelle IF und/oder einer Trainingsschnittstelle TIF kann es sich um eine Hardware- oder Softwareschnittstelle handeln (beispielsweise PCI-Bus, USB oder Firewire). Eine Recheneinheit CU und/oder eine Trainingsrecheneinheit TCU kann Hardware-Elemente oder Software-Elemente aufweisen, beispielsweise einen Mikroprozessor oder ein sogenanntes FPGA (englisches Akronym für „Field Programmable Gate Array“). Eine Speichereinheit MU und/oder eine Trainingsspeichereinheit TMU kann als nicht dauerhafte Arbeitsspeicher (Random Access Memory, kurz RAM) oder als dauerhafter Massenspeicher (Festplatte, USB-Stick, SD-Karte, Solid State Disk) realisiert sein.
Die Schnittstelle IF und/oder die Trainingsschnittstelle TIF können insbesondere mehrere Unterschnittstellen umfassen, die unterschiedliche Schritte der jeweiligen Verfahren ausführen. Mit anderen Worten kann die Schnittstelle IF und/oder die Trainingsschnittstelle TIF auch als Vielzahl von Schnittstellen IF bzw. Vielzahl von Trainingsschnittstellen TIF aufgefasst werden. Die Recheneinheit CU und/oder die Trainingsrecheneinheit TCU können insbesondere mehrere Unterrecheneinheiten umfassen, die unterschiedliche Schritte der jeweiligen Verfahren ausführen. Mit anderen Worten kann die Recheneinheit CU und/oder die Trainingsrecheneinheit TCU auch als Vielzahl von Recheneinheiten CU bzw. Vielzahl von Trainingsrecheneinheiten TCU aufgefasst werden.
18 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Röntgenvorrichtung XSYS. Die Röntgenvorrichtung XSYS ist hierbei als doppelte C-Bogen-Röntgenvorrichtung ausgebildet. Die Röntgenvorrichtung umfasst einen ersten C-Bogen CA.1, am ersten Ende vom ersten C-Bogen CA.1 ist eine erste Röntgenquelle SRC.1 angeordnet, und am zweiten Ende vom ersten C-Bogen CA.1 ist ein erster Röntgendetektor DTC.2 angeordnet. Die Röntgenvorrichtung umfasst weiterhin einen zweiten C-Bogen CA.2, am erste Ende vom ersten C-Bogen CA.2 ist eine zweite Röntgenquelle SRC.2 angeordnet, und am zweiten Ende vom zweiten C-Bogen CA.2 ist ein zweiter Röntgendetektor ausgebildet. Die erste C-Bogen CA.1 ist an einer ersten Aufhängung MNT.1 angeordnet, wobei die erste Aufhängung als Mehrachsenknickroboter ausgebildet ist. Der zweite C-Bogen CA.2 ist an einer zweiten Aufhängung MNT.2 angeordnet, wobei die zweite Aufhängung eine Deckenbefestigung umfasst.
Bei der ersten Röntgenquelle SRC.1 und bei der zweiten Röntgenquelle SRC.2 handelt es sich insbesondere um eine Röntgenröhre, die insbesondere das gleiche Anodenmaterial aufweisen. Bei dem ersten Röntgendetektor DTC.1 und dem zweiten Röntgendetektor handelt es sich insbesondere um Flachbilddetektoren.
Die Röntgenquellen SRC.1, SRC.2 und die Röntgendetektoren DTC.1, DTC.2 sind hierbei zum Rotieren um eine Bildgebungsachse IA ausgebildet, insbesondere zum kreisförmigen Rotieren um die Bildgebungsachse IA. Die Bildgebungsachse IA schneidet hierbei insbesondere das Untersuchungsvolumen VOL. Beim Rotieren um die Bildgebungsachse bewegen sich die Röntgenquellen SRC.1, SRC.2 und die Röntgendetektoren in einer Bildgebungsebene IP, wobei die Bildgebungsebene IP orthogonal zur Bildgebungsachse IA angeordnet ist. Die Röntgenquellen SRC.1, SRC.2 und die Röntgendetektoren DTC.1, DTC.2 sind insbesondere dazu ausgebildet, um die Bildgebungsachse IA zu rotieren, indem die C-Bögen CA.1, CA.2 dazu ausgebildet sind, um die Bildgebungsachse IA zu rotieren.
Die Röntgenvorrichtung XSYS umfasst weiterhin eine Patientenlagerungsvorrichtung PPOS, wobei die Patientenlagerungsvorrichtung PPOS zur Lagerung eines Patienten PAT ausgebildet ist. Insbesondere kann der Patient PAT mittels der Patientenlagerungsvorrichtung entlang der Bildgebungsachse IA verschoben werden.
Wo noch nicht explizit geschehen, jedoch sinnvoll und im Sinne der Erfindung, können einzelne Ausführungsbeispiele, einzelne ihrer Teilaspekte oder Merkmale mit einander kombiniert bzw. ausgetauscht werden, ohne den Rahmen der hiesigen Erfindung zu verlassen. Mit Bezug zu einem Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteile der Erfindung treffen ohne explizite Nennung, wo übertragbar, auch auf andere Ausführungsbeispiele zu.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 18182251 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

F. Bleichrodt et al.: „SDART: An algorithm for discrete tomography from noisy projections“, Computer Vision and Image Understanding, Vol. 129, S. 63-74, 2014 [0026]
I. A. Elbakri, J. A. Fessler: „Statistical Image Reconstruction for Polyenergetic X-Ray Computed Tomography“, IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 21, S. 89 - 99, 2002 [0029]

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes (CD) und/oder eines Differenzbilddatensatzes (DD), - Empfangen (REC-XP.1) von ersten Röntgenprojektionen (XP.1) des Untersuchungsvolumens (VOL) bezüglich einer ersten Röntgenenergie, - Empfangen (REC-XP.2) von zweiten Röntgenprojektionen (XP.2) des Untersuchungsvolumens (VOL) bezüglich einer zweiten Röntgenenergie, wobei sich die zweite Röntgenenergie von der ersten Röntgenenergie unterscheidet, - Bestimmen (DET-RD.M) eines multienergetischen Realbilddatensatzes (RD.M) des Untersuchungsvolumens (VOL) basierend auf den ersten Röntgenprojektionen (XP.1) und den zweiten Röntgenprojektionen (XP.2), - Auswählen (SEL-VOX.1) von ersten Voxeln (VOX.1) des multienergetischen Realbilddatensatzes (RD.M) basierend auf dem multienergetischen Realbilddatensatz (RD.M), - Auswählen (SEL-VOX.2) von zweiten Voxeln (VOX.2) des multienergetischen Realbilddatensatzes (RD.M) basierend auf den ersten Röntgenprojektionen (XP.1) und den zweiten Röntgenprojektionen (XP.2), wobei die ersten Voxel (VOX.1) die zweiten Voxel (VOX.2) umfassen, und die zweiten Voxel (VOX.2) Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen (VOL) abbilden, - Bereitstellen (PROV-CD-DD) eines Beschränkungsbilddatensatzes (CD) und/oder eines Differenzbilddatensatzes (DD) basierend auf den zweiten Voxeln (VOX.2).
Verfahren nach dem Anspruch 1, wobei das Auswählen (SEL-VOX.2) der zweiten Voxel (VOX.2) auf einem diskreten Tomographiealgorithmus basiert.
Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2, wobei das Auswählen (SEL-VOX.2) der zweiten Voxel (VOX.2) auf einem polyenergetischen Rekonstruktionsalgorithmus basiert.
Verfahren nach dem Anspruch 3, wobei der polyenergetische Rekonstruktionsalgorithmus Voxel (VOX) als Kontrastmittelvoxel oder als Metallvoxel klassifiziert, wobei ein Kontrastmittelvoxel Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen (VOL) abbildet, und wobei ein Metallvoxel Metall im Untersuchungsvolumen (VOL) abbildet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Auswählen (SEL-VOX.1) der ersten Voxel (VOX.1) auf einer Anwendung einer trainierten Funktion (TF) auf den multienergetischen Realbilddatensatz (RD.M) basiert.
Verfahren nach dem Anspruch 5, wobei die trainierte Funktion (TF) einem Voxel (VOX) des multienergetischen Realbilddatensatzes (RD.M) einen Wahrscheinlichkeitswert zuordnet, wobei der Wahrscheinlichkeitswert eines Voxels (VOX) der Wahrscheinlichkeit entspricht, dass der Voxel (VOX) Kontrastmittel abbildet.
Verfahren nach dem Anspruch 6, wobei das Auswählen (SEL-VOX.1) der ersten Voxel (VOX.1) auf einem Vergleich des Wahrscheinlichkeitswertes von Voxeln (VOX) mit einem gegebenen Schwellenwert basiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (DET-RD.M) des multienergetischen Realbilddatensatzes (RD-M) eine mindestens dreidimensionale Rekonstruktion der ersten Röntgenprojektionen (XP.1) und der zweiten Röntgenprojektionen (XP.2) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Untersuchungsvolumen (VOL) bei der Aufnahme der ersten Röntgenprojektionen (XP.1) Kontrastmittel umfasst, und/oder wobei das Untersuchungsvolumen (VOL) bei der Aufnahme der zweiten Röntgenprojektionen (XP.2) Kontrastmittel umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Röntgenprojektionen (XP.1) und die zweiten Röntgenprojektionen (XP.2) zeitgleich aufgenommen wurden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Röntgenprojektionen (XP.1) Aufnahmen einer ersten Röntgenquelle (SRC.1) und eines ersten Röntgendetektors (DTC.1) sind, und wobei die zweite Röntgenprojektionen (XP.2) Aufnahmen einer zweiten Röntgenquelle (SRC.2) und eines zweiten Röntgendetektors (DTC.1) sind.
Verfahren nach dem Anspruch 11, wobei eine biplanare Röntgenvorrichtung (XSYS) die erste Röntgenquelle (SRC.1), die zweite Röntgenquelle (SRC.2), den ersten Röntgendetektor (DTC.1) und den zweiten Röntgendetektor (DTC.2) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede der ersten Röntgenprojektionen (XP.1) eine Röntgenprojektion des Untersuchungsvolumens (VOL) bezüglich einer Projektionsrichtung aus einem ersten Projektionswinkelbereich (PA.1) ist, wobei jede der zweiten Röntgenprojektionen (XP.2) eine Röntgenprojektion des Untersuchungsvolumens (VOL) bezüglich einer Projektionsrichtung aus einem zweiten Projektionswinkelbereich (PA.2) ist, und wobei sich der erste Projektionswinkelbereich (PA.1) und der zweite Projektionswinkelbereich (PA.2) unterscheiden.
Verfahren nach dem Anspruch 13, wobei der erste Projektionswinkelbereich (PA.1) und der zweite Projektionswinkelbereich (PA.2) disjunkt sind.
Verfahren nach dem Anspruch 13, wobei der Überlapp des ersten Projektionswinkelbereichs (PA.1) und des zweite Projektionswinkelbereichs (PA.2) mindestens 50% des ersten Projektionswinkelbereichs (PA.1) und/oder des zweiten Projektionswinkelbereichs (PA.2) umfasst, insbesondere mindestens 75% des ersten Projektionswinkelbereichs (PA.1) und/oder des zweiten Projektionswinkelbereichs (PA.2) umfasst, und insbesondere mindestens 90% des ersten Projektionswinkelbereichs (PA.1) und/oder des zweiten Projektionswinkelbereichs (PA.2) umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion (TF), umfassend: - Bestimmen (DET-TRD.M) eines multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes eines Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Trainingsröntgenenergie und einer zweiten Trainingsröntgenenergie, wobei sich die zweite Trainingsröntgenenergie von der ersten Trainingsröntgenenergie unterscheidet, - Bestimmen (DET-TCD) eines Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes des Trainingsuntersuchungsvolumens, - Bestimmen (DET-TVOX.1) von ersten Trainingsvoxeln des Trainingsrealbilddatensatzes durch Anwendung der trainierten Funktion auf den Trainingsrealbilddatensatz, - Anpassen (ADJ-TF) der trainierten Funktion (TF) basierend auf einem Vergleich der ersten Trainingsvoxel und des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes, - Bereitstellen (PROV-TF) der trainierten Funktion (TF).
Verfahren nach dem Anspruch 16, weiterhin umfassend: - Empfangen (DET-TXP.1) von ersten Trainingsröntgenprojektionen des Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich der ersten Röntgenenergie, - Empfangen (DET-TXP.2) von zweiten Trainingsröntgenprojektionen des Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich der zweiten Röntgenenergie; wobei das Bestimmen (DET-TCD) des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes eine polyenergetischen Rekonstruktion eines Voxels des multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes basierend auf den ersten Trainingsröntgenprojektionen und den zweiten Trainingsröntgenprojektionen umfasst.
Verfahren nach dem Anspruch 17, wobei das Bestimmen (DET-RD.M) des multienergetischen Trainingsrealbilddatensatz eine Rekonstruktion der ersten Trainingsröntgenprojektionen und der zweiten Trainingsröntgenprojektionen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, weiterhin umfassend: - Empfangen (REC-MM) eines dreidimensionalen Materialmodells des Trainingsuntersuchungsvolumens, wobei der multienergetische Trainingsrealbilddatensatz auf einer Simulation einer Interaktion zwischen Röntgenstrahlung und dem dreidimensionalen Materialmodell basiert, und wobei der Trainingsbeschränkungsbilddatensatz auf dem dreidimensionalen Materialmodell basiert.
Bereitstellungssystem (PRVS) zum Bereitstellen eines Beschränkungsbilddatensatzes (CD) und/oder eines Differenzbilddatensatzes (DD), umfassend eine Schnittstelle (IF) und eine Recheneinheit (CU), - wobei die Schnittstelle (IF) zum Empfangen (REC-XP.1) von ersten Röntgenprojektionen (XP.1) des Untersuchungsvolumens (VOL) bezüglich einer ersten Röntgenenergie ausgebildet ist, - wobei die Schnittstelle (IF) weiterhin zum Empfangen von zweiten Röntgenprojektionen des Untersuchungsvolumens (VOL) bezüglich einer zweiten Röntgenenergie ausgebildet ist, wobei sich die zweite Röntgenenergie von der ersten Röntgenenergie unterscheidet, - wobei die Schnittstelle und/oder die Recheneinheit (CU) zum Bestimmen (DET-RD.M) eines multienergetischen Realbilddatensatzes (RD.M) des Untersuchungsvolumens (VOL) basierend auf den ersten Röntgenprojektionen (XP.1) und den zweiten Röntgenprojektionen (XP.2) ausgebildet ist, - wobei die Recheneinheit (CU) weiterhin zum Auswählen (SEL-VOX.1) von ersten Voxeln (VOX.1) des multienergetischen Realbilddatensatzes (RD.M) basierend auf dem multienergetischen Realbilddatensatz (RD.M) ausgebildet ist, - wobei die Recheneinheit (CU) weiterhin zum Auswählen (SEL-VOX.2) von zweiten Voxeln (VOX.2) des multienergetischen Realbilddatensatzes (RD.M) basierend auf den ersten Röntgenprojektionen (XP.1) und den zweiten Röntgenprojektionen (XP.2) ausgebildet ist, wobei die ersten Voxel (VOX.1) die zweiten Voxel (VOX.2) umfassen, und die zweiten Voxel (VOX.2) Kontrastmittel im Untersuchungsvolumen (VOL) abbilden, - wobei die Schnittstelle (IF) und/oder die Recheneinheit zum Bereitstellen (PROV-CD-DD) eines Beschränkungsbilddatensatzes (CD) und/oder eines Differenzbilddatensatzes (DD) basierend auf den zweiten Voxeln (VOX.2) ausgebildet sind.
Röntgenvorrichtung (XSYS), umfassend ein Bereitstellungssystem (PRVS) nach Anspruch 20.
Trainingssystem (TRS) zum Bereitstellen einer trainierten Funktion (TF), umfassend eine Trainingsschnittstelle (TIF) und eine Trainingsrecheneinheit (TCU), - wobei die Trainingsschnittstelle (TIF) und/oder die Trainingsrecheneinheit (TCU) zum Bestimmen eines multienergetischen Trainingsrealbilddatensatzes eines Trainingsuntersuchungsvolumens bezüglich einer ersten Trainingsröntgenenergie und einer zweiten Trainingsröntgenenergie ausgebildet sind, wobei sich die zweite Trainingsröntgenenergie von der ersten Trainingsröntgenenergie unterscheidet, - wobei die Trainingsschnittstelle (TIF) und/oder die Trainingsrecheneinheit (TCU) zum Bestimmen eines Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes des Trainingsuntersuchungsvolumens ausgebildet sind, - wobei die Trainingsrecheneinheit (TCU) zum Bestimmen von ersten Trainingsvoxeln des Trainingsrealbilddatensatzes durch Anwendung der trainierten Funktion auf den Trainingsrealbilddatensatz ausgebildet ist, - wobei die Trainingsrecheneinheit (TCU) zum Anpassen der trainierten Funktion (TF) basierend auf einem Vergleich der ersten Trainingsvoxel und des Trainingsbeschränkungsbilddatensatzes ausgebildet ist, - wobei die Trainingsschnittstelle (TIF) zum Bereitstellen der trainierten Funktion (TF) ausgebildet ist.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher (MU) eines Bereitstellungssystems (PRVS) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bereitstellungssystem (PRVS) ausgeführt werden; und/oder welches direkt in einen Trainingsspeicher (TMU) eines Trainingssystems (TRS) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 19 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Trainingssystem (TRS) ausgeführt werden.
Computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einem Bereitstellungssystem (PRVS) lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bereitstellungssystem (PRVS) ausgeführt werden; und/oder auf welchem von einem Trainingssystem (TRS) lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 19 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Trainingssystem (TRS) ausgeführt werden.
Computerprogramm oder computerlesbares Speichermedium, umfassend eine trainierte Funktion (TF) bereitgestellt durch ein Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 19.