DE19743217A1 - Verfahren und Gerät zur Verringerung von Teilvolumen-Bildartefakten - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Computer- Tomographie-Abbildung und insbesondere eine Verringerung von Teilvolumen-Bildartefakten bei einem aus Abtastdaten rekonstruierten Bild.

Zumindest bei einer bekannten Computer-Tomographie- Systemanordnung (CT-Systemanordnung) projiziert eine Röntgenstrahlquelle einen fächerförmigen Strahl, der parallel gerichtet ist, so daß er in einer X-Y-Ebene eines Kartesischen Koordinatensystems liegt, die im allgemeinen als "Abbildungsebene" bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl fällt durch den abzubildenden Gegenstand, wie einen Patienten. Nachdem der Strahl durch den Gegenstand gedämpft ist, trifft er auf eine Anordnung bzw. ein Array von Strahlungserfassungseinrichtungen auf. Die Intensität der bei dem Erfassungsarray empfangenen gedämpften Strahlung hängt von der Dämpfung des Röntgenstrahls durch den Gegenstand ab. Jedes Erfassungselement des Arrays erzeugt ein separates elektrisches Signal, das ein Maß der Strahldämpfung an dem Erfassungsort ist. Die Dämpfungsmaße von allen Erfassungseinrichtungen werden zur Erzeugung eines Übertragungsprofils separat erfaßt.

Bei bekannten Computer-Tomographie-Systemen der dritten Generation drehen sich die Röntgenstrahlquelle und das Erfassungsarray mit einem Faßlager (Gantry) in der Abbildungsebene und um den abzubildenden Gegenstand, so daß sich der Winkel, bei dem der Röntgenstrahl den Gegenstand schneidet, konstant ändert. Eine Gruppe von Röntgenstrahldämpfungsmaßen, d. h. Projektionsdaten, von dem Erfassungsarray bei einem Faßlagerwinkel wird als "Ansicht" bezeichnet. Eine "Abtastung" des Gegenstands umfaßt einen Satz von Ansichten, die bei verschiedenen Faßlagerwinkeln während einer Umdrehung der Röntgenstrahlquelle und der Erfassungseinrichtung ausgebildet werden. Bei eine axialen Abtastung werden die Projektionsdaten zur Ausbildung eines Bildes verarbeitet, das einem zweidimensionalen Schnitt durch den Gegenstand entspricht.

Ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem Satz von Projektionsdaten wird herkömmlicherweise als gefilterte Rückprojektionstechnik bezeichnet. Bei diesem Vorgang werden die Dämpfungsmaße von einer Abtastung in ganze Zahlen, sogenannte Computer-Tomographie-Zahlen oder Teil­ volumen-Artefakteinheiten, umgeändert, die zur Steuerung der Helligkeit eines entsprechenden Bildelements auf einer Kartodenstrahlröhren-Anzeigeeinrichtung verwendet werden.

Zur Verringerung der für mehrfache Schnitte erforderlichen Gesamtabtastzeit kann eine "Wendel"-Abtastung durchgeführt werden. Zur Durchführung einer Wendelabtastung wird der Patient bewegt, während die Daten für die vorgeschriebene Anzahl von Schnitten erfaßt werden. Bei einem derartigen System wird eine einzelne Wendel bzw. Helix aus einer Wendelabtastung mit einem Fächerstrahl erzeugt. Die durch den Fächerstrahl ausgebildete Wendel liefert Projektionsdaten, aus denen Bilder in jedem vorgeschriebenen Schnitt rekonstruiert werden können. Zusätzlich zur verringerten Abtastzeit bietet die Wendelabtastung weitere Vorteile, wie eine verbesserte Bildqualität und eine bessere Steuerung des Kontrasts.

Bei der Wendelabtastung wird, wie vorstehend beschrieben, nur eine Ansicht von Daten an jedem Schnittort gesammelt. Zur Rekonstruktion eines Bildes eines Schnitts werden die anderen Ansichtdaten für den Schnitt beruhend auf den für andere Ansichten gesammelten Daten erzeugt. Wendelrekonstruktionsalgorithmen sind bekannt und beispielsweise in der Druckschrift C. Crawford und K. King, "Computed Tomography Scanning with Simultaneous Patient Translation", Med. Phys. 17(6), Nov/Dec 1990 beschrieben.

Während der Abtastung ist bekannt, daß sich der Röntgenstrahl entlang einer z-Achse zur Ausbildung einer "Abtastebene" ausbreitet. Für jeden Bildschnitt dringt der abzubildende Gegenstand oft nur teilweise in die Abtastebene ein. D.h., der Gegenstand ist nur teilweise dem Röntgenstrahl ausgesetzt, wodurch Widersprüche bei den Projektionsdaten bewirkt werden. Bei der Rekonstruktion eines Bildes für einen besonderen Schnitt erzeugen diese Widersprüche unkorrekte Computer-Tomographie-Zahlen (CT-Zahlen), Streifen und andere Artefakte bei erzeugten Bildern. Wenn die Schnittdicke erhöht wird, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer teilweisen Eindringung. Die durch eine teilweise Eindringung bzw. Teileindringung hervorgerufenen Bildfehler werden oft als "Teilvolumen-Artefakte" bezeichnet.

Zur Verringerung von Teilvolumen-Artefakten muß die Bedienungsperson typischerweise Schnitte ausreichend geringer Dicke auswählen, um konstante Dämpfungskennlinien bzw. Dämpfungseigenschaften über den Schnitt sicherzustellen, d. h., um sicherzustellen, daß der Gegenstand nicht teilweise in die Abtastebene eindringt. Jedoch erfordern dünne Schnitte typischerweise bemerkenswert lange Abtastzeiten und Röntgenstrahlröhrenkühlungsverzögerungen. Dagegen werden dickere Schnitte zur Verbesserung eines Röntgen­ strahl-Photonenflusses bevorzugt. Daher sollten Teilvo­ lumen-Artefakte bei der Erlaubnis dickerer Schnitte verringert werden.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Verringerung von Teilvolumen-Artefakten beinhaltet eine Veränderung von Röntgenstrahlquellenkollimatoren während einer Abtastung. Beispielsweise kann ein Kollimator von 10 mm, der eine Schnittdicke von 10 mm bereitstellt, bei einer Abtastung eines Gebiets mit wenigen Knochenstrukturen verwendet werden. Jedoch bei einer Abtastung eines Gebiets mit vielen Knochenstrukturen kann ein Kolimator von 3 mm, der eine Schnittdicke von 3 mm bereitstellt, verwendet werden. Dieses Verfahren ist sowohl zeitaufwendig als auch störend. Des weiteren ist dieses Verfahren weder praktisch noch effizient, wenn angrenzende unterschiedliche Gebiete abgetastet werden.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Verringerung von Teilvolumen-Artefakten beinhaltet eine Interpolation vieler Schnitte von Daten. Insbesondere werden axiale Veränderungen in angrenzenden Schnitten geschätzt. Der abzubildende Schnitt wird dann in drei Unterschnitte unterteilt. Die geschätzten Veränderungen werden dann bei den Unterschnitten zur Verringerung von Teilvolumen-Artefakten in dem abzubildenden Schnitt angewendet. Dieses Verfahren ist jedoch nicht immer genau und außerdem auch unhandlich.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden mehrere dünne Schnitte zur Erzeugung eines einzelnen Bildes zusammengesetzt. Jeder dünne Schnitt wird klein genug gewählt, um Teilvolumen-Artefakte zu vermeiden. Die Bilder werden entweder in dem Projektionsbereich oder dem Bildbereich zusammengesetzt oder summiert. Obwohl dieses Verfahren bei der Verringerung von Teilvolumen-Artefakten relativ erfolgreich verwendet wird, verringert dieses Verfahren die CT-Systemleistung und den Patientendurchsatz merklich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Teil­ volumen-Artefakte ohne merkliche Verringerung der CT-Systemleistung zu verringern. Außerdem sollen Teilvolumen-Artefakte auch ohne nachteilige Beeinflussung der Bildauflösung reduziert werden.

Diese und weitere Aufgaben können durch ein Verfahren und ein Gerät gelöst werden, die Teilvolumen-Artefakte aus einem gewünschten Bild eines Gegenstands, das unter Verwendung von Abtastdaten rekonstruiert wird, ohne Verringerung der Bildauflösung wesentlich entfernen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Gegenstand zur Erzeugung von Projektionsdaten für zumindest zwei Schnitte des Gegenstands abgetastet. Die Projektionsdaten werden dann zur Erzeugung von Bilddaten für jeden Schnitt verarbeitet. Die Bilddaten für jeden Schnitt werden dann zur Entfernung von Gebieten niedriger Dämpfung gefiltert. Eine derartige Filterung wird durch Segmentierung der Daten in zwei Komponenten durchgeführt. Eine Komponente wird als niedrige Dämpfungskomponente und die andere Komponente als hohe Dämpfungskomponente bezeichnet. Eine derartige Segmentierung kann unter Verwendung einer Grauskalen-Schwellenwertbildung durchgeführt werden.

Nachdem die Bilddaten für jeden Schnitt wie vorstehend beschrieben gefiltert sind, wird ein Gradientenbild unter Verwendung der Bilddaten für die zwei Schnitte erzeugt. Das Gradientenbild wird dann vorwärts projiziert und zur Schätzung eines Teilvolumenfehlers quadriert. Der geschätzte Teilvolumenfehler wird dann aus dem anzuzeigenden Bild vor der Anzeige eines derartigen Bildes entfernt.

Durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Algorithmus werden Teilvolumen-Artefakte ohne Verringerung der CT-Systemleistung verringert. Außerdem wird die Bildauflösung beibehalten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine bildliche Darstellung eines CT-Abbildungssystems,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Systems,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Röntgenstrahlquelle, einer Erfassungseinrichtung und eines teilweise eingedrungenen in Frage kommenden Gegenstands,

Fig. 4 eine Folge von Schritten, die gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, und

Fig. 5 eine Folge von Schritten, die während einer Dämpfungsänderungsschätzung gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein Computer-Tomogra­ phie-Abbildungssystem (CT-Abbildungssystem) 10 gezeigt, das ein Faßlager (Gantry) 12 enthält, das eine CT-Abtasteinrichtung der dritten Generation darstellt. Das Faßlager 12 weist eine Röntgenstrahlquelle 14 auf, die einen Röntgenstrahl 16 in Richtung einer Erfassungsanordnung bzw. eines Erfassungsarrays 18 auf der entgegengesetzten Seite des Faßlagers 12 projiziert. Der Röntgenstrahl wird durch einen (nicht gezeigten) Kollimator parallel gerichtet, so daß er in einer X-Y-Ebene eines Kartesischen Koordinatensystems liegt, die im allgemeinen als Abbildungsebene bezeichnet wird. Das Erfassungsarray 18 wird durch Erfassungselemente 20 gebildet, die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die durch einen medizinischen Patienten 22 hindurchgehen. Jedes Erfassungselement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls, und daher die Dämpfung des Strahls darstellt, wenn er durch den Patienten 22 hindurch fällt. Während einer Abtastung zur Erfassung von Röntgenstrahlprojektionsdaten drehen sich das Faßlager 12 und die daran angebrachten Komponenten um einen Drehmittelpunkt 24.

Die Drehung des Faßlagers 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlquelle 14 werden durch eine Steuereinrichtung 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Die Steuereinrichtung 26 enthält eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28, die der Röntgenstrahlquelle 14 Energie und Zeitsignale zuführt, und eine Faßlagermotorsteuereinrichtung 30, die die Rotationsgeschwindigkeit und Position des Faßlagers 12 steuert. Ein Datenerfassungssystem (DAS) 32 in der Steuereinrichtung 26 tastet analoge Daten von den Erfassungselementen 20 ab und wandelt die Daten in digitale Signale zur nachfolgenden Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgenstrahldaten von dem Datenerfassungssystem 32 und führt eine Bildrekonstruktion mit hoher Geschwindigkeit durch. Das rekonstruierte Bild wird einem Computer 36 als Eingangssignal zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichereinrichtung 38 speichert.

Der Computer 36 empfängt auch Befehle und Abtastparameter von einer Bedienungsperson über ein Bedienpult 40, das eine Tastatur aufweist. Eine zugehörige Kartodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung 42 ermöglicht es der Bedienungsperson, das rekonstruierte Bild und andere Daten von dem Computer 36 zu überwachen. Die von der Bedienungsperson zugeführten Befehle und Parameter werden durch den Computer 36 zur Ausbildung von Steuersignalen und Informationen für das Datenerfassungssystem 32, die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 und die Faßlagermotorsteuereinrichtung 30 verwendet. Außerdem bedient der Computer 36 eine Tischmotorsteuereinrichtung 44, die einen motorisierten Tisch 46 zur Positionierung des Patienten 22 in dem Faßlager 12 steuert. D.h., der Tisch 46 bewegt Abschnitte des Patienten 22 durch eine Faßlageröffnung 48.

Bei der folgenden Beschreibung der Reduzierung von Bildartefakten wird manchmal insbesondere auf eine axiale Abtastung bezug genommen. Der Artefaktverringerungsalgorithmus ist jedoch nicht auf eine Ausführung lediglich in Verbindung mit axialen Abtastungen verbunden, sondern kann auch bei anderen Abtastungen, wie Wendelabtastungen, angewendet werden. Des weiteren kann der Algorithmus in dem Computer 36 implementiert sein und beispielsweise in der Massenspeichereinrichtung 38 gespeicherte Bilddaten verarbeiten. Alternativ dazu kann der Algorithmus auch in der Bildrekonstruktionseinrichtung 34 implementiert sein und dem Computer 36 gefilterte Bilddaten zuführen. Selbstverständlich sind auch andere alternative Implementationen möglich.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Röntgenstrahlquelle 14, des Erfassungsarrays 18 und eines teilweise eingedrungenen in Frage kommenden Gegenstands 50. Der in Frage kommende Gegenstand 50 ist typischerweise ein Abschnitt des abgetasteten Patienten 22. Die Röntgenstrahlquelle 14 projiziert den Röntgenstrahl 16 mit einem Winkel β in Richtung des in Frage kommenden Gegenstands 50 und des Erfassungsarrays 18. Der Röntgenstrahl 16 divergiert typischerweise um ein Isozentrum bzw. einen Fokalpunkt 52 entlang einer z-Richtung zur Ausbildung einer "Abtastebene" 54. Die Divergenz des auf das Erfassungsarray 18 auftreffenden Röntgenstrahls 16 wird als "Schnittdicke" bezeichnet.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, fällt der Röntgenstrahl 16 lediglich durch einen Abschnitt des in Frage kommenden Gegenstands 50 hindurch, d. h., der in Frage kommende Gegenstand 50 dringt teilweise in die Abtastebene 54 ein. Wie es vorstehend beschrieben ist, verursacht diese teilweise Eindringung Fehler und Artefakte in Schnittbildern des in Frage kommenden Gegenstands 50. Außerdem ist das Ausmaß der teilweisen Eindringung winkelabhängig. D.h., bei einem Winkel von β+π befindet sich der in Frage kommende Gegenstand 50 näher an der Röntgenstrahlquelle 14, und somit dringt ein kleinerer Abschnitt des in Frage kommenden Gegenstands 50 teilweise in die Abtastebene 54 ein (wie es als Phantom in Fig. 3 gezeigt ist). Eine derartige Winkelabhängigkeit verursacht Widersprüche bei während einer Abtastung des in Frage kommenden Gegenstands 50 erfaßten Projektionsdaten.

Diese Widersprüche verursachen, wie vorstehend beschrieben, Teilvolumen-Artefakte bei resultierenden Bildern des in Frage kommenden Gegenstands.

Der in Frage kommende Gegenstand 50 weist typischerweise eine Dämpfungsverteilung µ(x,y,z) auf und wird mit einer Schnittdicke h abgetastet. Es wird angenommen, daß die z-Achse orthogonal zur Abtastebene ist, und daß der aus der Röntgenstrahlquelle 14 emittierte Röntgenstrahlfluß näherungsweise gleichförmig in z ist. Das Durchschnittslinienintegral der Dämpfung des in Frage kommenden Gegenstands 50 über die Schnittdicke h kann ausgedrückt werden durch:

wobei P(z) ein wahres Linienintegral der Dämpfungsverteilung über eine Ebene an der Höhe z ist und ausgedrückt wird durch:

Ein gemessenes Linienintegral P_m kann näherungsweise durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Aus Gleichung (3) ist ersichtlich, daß die Größe des Teilvolumenfehlers näherungsweise dem Quadrat der Veränderung der Dämpfungsverteilung des in Frage kommenden Gegenstands 50 in z proportional ist. Es ist auch ersichtlich, daß der Betrag bzw. das Ausmaß des Teilvolumenfehlers mit der Schnittdicke h zusammenhängt. Des weiteren ist ersichtlich, daß, wenn der in Frage kommende Gegenstand 50 zwei verschiedene Materialien umfaßt, ein maximaler Teilvolumenfehler dort auftritt, wo jedes Material näherungsweise die Hälfte des Raums in z einnimmt.

Wie es vorstehend beschrieben ist, beinhalten bekannte Verfahren zur Reduktion von Teilvolumen-Artefakten oder eines Teilvolumenfehlers eine Verringerung der bei der Abtastung verwendeten Schnittdicke h. Obwohl derartige Verfahren im allgemeinen erfolgreich sind, erhöhen sie auch die zur Abtastung des in Frage kommenden Gegenstandes 50 erforderliche Zeit und führen Verzögerungen, wie eine Röhrenkühlungsverzögerung, ein. Derartige Verfahren verringern dadurch auch den Patientendurchsatz.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden Teilvolumen-Artefakte durch Schätzen der Dämpfungsänderung bei dem in Frage kommenden Gegenstand 50 und durch Entfernen von Teil­ volumen-Artefakten aus einem Bild entsprechend der geschätzten Dämpfungsveränderung verringert. D.h., unter Bezugnahme auf Fig. 4, der vorliegende Algorithmus schätzt (Schritt 56) die Dämpfungsänderung bei dem in Frage kommenden Gegenstand 50 und schätzt (Schritt 58) Teilvolumenfehler oder Teil­ volumen-Artefakte entsprechend einer derartigen Dämpfungsänderungsschätzung (Schritt 56). Die geschätzten Teilvolumenfehler werden dann zur Erzeugung eines Teilvolumen-korrigierten Bildes subtrahiert.

Gemäß Fig. 5 und gemäß der Dämpfungsänderungsschätzung (Schritt 56) wird der in Frage kommende Gegenstand 50 mittels einer axialen Abtastung zum Erhalten von Projektionsdaten abgetastet (Schritt 60). Insbesondere wird der in Frage kommende Gegenstand 50 zum Erhalten von Projektionsdaten für zumindest zwei Schnitte abgetastet (Schritt 60). Dann wird eine Rekonstruktion (Schritt 62) zur Erzeugung von Bilddaten für jeden Schnitt durchgeführt. Hinsichtlich der Bildrekonstruktion sind viele Bildrekonstruktionsalgorithmen bekannt und einige der bekannten Algorithmen sind in im Handel erhältlichen Computer-Tomographie-Geräten implementiert. Der vorliegende Algorithmus kann in Verbindung mit vielen derartigen Rekonstruktionsalgorithmen implementiert werden und ist weder auf eine Ausübung mit einem besonderen Bildrekonstruktionsalgorithmus gerichtet noch darauf beschränkt.

Nach der axialen Rekonstruktion (Schritt 62) werden die resultierenden Bilddaten gefiltert (Schritt 64), um Gebiete niedriger Dämpfung zu entfernen. Diese Filterung (Schritt 64) wird durch Segmentierung der Bilddaten in zwei Segmente durchgeführt. D.h., eine niedrige Dämpfungskomponente 66 und eine hohe Dämpfungskomponente 68 werden erzeugt. Diese Segmentierung wird bei einem Ausführungsbeispile unter Verwendung einer Grauskalen-Schwellenwertbildung durchgeführt. Die Grauskalen-Schwellenwertbildung bezieht sich auf den Prozeß des Vergleichs von CT-Zahlen mit einem vorbestimmten Bereich, d. h. einem Schwellenwert, und der Zuordnung jeder CT-Zahl zu einer besonderen Komponente auf der Grundlage davon, ob die jeweilige CT-Zahl oberhalb oder unterhalb des Schwellenwerts liegt. Weitere Einzelheiten bezüglich der Grauskalen-Schwellenwertbildung sind in der US-A-5 400 377, Artifact Reduction Method For Tomographic Image Reconstruction Using Cross-Plane Rays, der Anmelderin dargelegt. Der Schwellenwert kann beispielsweise 200 HU (Hounsfieldeinheiten) sein, und jeder Abschnitt der Bilddaten mit einer gegenüber dem Schwellenwert niedrigeren CT-Zahl kann auf 0 gesetzt werden. Die Schwellenwertbildung kann beispielsweise durch den Computer 36 durchgeführt werden.

Nach der Filterung (Schritt 64) der Bilddaten wird ein Gradientenbild erzeugt (Schritt 70). D.h., für zumindest zwei angrenzende Schnitte wird ein Gradientenbild zur Identifikation von Veränderungen des in Frage kommenden Gegenstands 50 über die Schnitte erzeugt. Je höher die Differenz zwischen den angrenzenden Schnitten ist, desto wahrscheinlicher ist das Vorhandensein von Teilvo­ lumen-Artefakten bei einem endgültigen Bild bzw. Endbild des in Frage kommenden Gegenstands 50.

Nach der Identifikation von Veränderungen über die Schnitte werden Teilvolumen-Artefakte gemäß Gleichung (3) geschätzt (Schritt 58). D.h., wie es vorstehend beschrieben ist, Teilvolumen-Artefakte sind näherungsweise proportional dem Quadrat der Dämpfungsveränderung bei dem in Frage kommenden Gegenstand 50. Demnach können Teilvolumen-Artefakte des in Frage kommenden Gegenstands 50 durch Vorwärts-Projektion des Gradientenbildes und durch Quadrieren derartiger Vor­ wärts-Projektionen geschätzt werden. Vorwärts Projektionstechniken sind bekannt, und viele derartige Techniken können in Verbindung mit dem vorliegenden Algorithmus verwendet werden. Da Teilvolumen-Artefakte typischerweise von Natur aus eine niedrige Frequenz aufweisen, wird die mit der Vor­ wärts-Projektion verbundene Glättungsnatur nicht als die Fähigkeiten des vorliegenden Algorithmus beeinträchtigend erachtet.

Die geschätzten Teilvolumen-Artefakte werden dann aus einem Bild vor der Anzeige eines derartigen Bildes entfernt. Insbesondere wird angenommen, daß ein gewünschtes Bild des in Frage kommenden Gegenstands 50 anzuzeigen ist. Die Gradientenbildprojektionen werden zur Erzeugung eines Nur-Artefakt-Bildes verarbeitet. Das Nur-Artefakt-Bild enthält lediglich die geschätzten Teilvolumen-Artefakte. Eine derartige Verarbeitung kann entsprechend einer herkömmlichen CT-Rekonstruktion durchgeführt werden. Dieses Nur-Artefakt-Bild wird dann skaliert und von dem Vorlagenbild zur Erzeugung eines Teilvolumen-korrigierten Bildes subtrahiert. Das Teilvolumen-korrigierte Bild wird dann beispielsweise auf der Anzeigeeinrichtung 42 (Fig. 2) angezeigt.

Der vorstehende Algorithmus wurde in Verbindung mit einer axialen Abtastung beschrieben. Der Algorithmus kann aber auch beispielsweise in Verbindung mit einer Wendelabtastung verwendet werden. In Verbindung mit einer Wendelabtastung können überlappende Bilder ohne zusätzliche Datenerfassung erzeugt werden, und es wird angenommen, daß ein Gradientenbild in feineren Schritten erzeugt werden kann. Falls beispielsweise eine axiale Abtastung mit einer Kolimation von 10 mm durchgeführt wird, können angrenzende Schnitte näherungsweise 5 mm voneinander entfernt erhalten werden. Jedoch können bei einer 1 : 1-Abstand-Wendelabtastung, bei der sich der Tische um 10 mm pro Tischdrehung erhöht, Bilder näherungsweise 1 mm voneinander entfernt erzeugt werden. Demnach wird angenommen, daß die Erzeugung von Gradientenbildern mittels einer Wendelabtastung eine verbesserte Schätzung der Teilvolumen-Artefakte bieten kann.

Der vorstehend beschriebene Algorithmus schätzt Teil­ volumen-Artefakte durch Quadrierung der Gradientenbildprojektionen. Es kann jedoch auch eine Korrektur höherer Ordnung, d. h. eine Kubatur oder Quintupel-Bildung, verwendet werden. Gleichermaßen können Parameter, wie eine Bildgröße, die Anzahl von Ansichten bei einer Projektion und die Größe der Projektionen modifiziert werden, um einen Kompromiß zwischen einer Rechenleistung und der Genauigkeit der Teilvolumen-Artefakteschätzung auszubilden.

Der vorstehend beschriebene Algorithmus entfernt Teil­ volumen-Artefakte durch Verarbeitung der Gradientenbildprojektionen zur Erzeugung eines Nur-Artefakt-Bildes, wobei dann das Nur-Artefakt-Bild von einem Vorlagenbild subtrahiert wird. Jedoch können gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel Teil­ volumen-Artefakte auch aus Vorlagenprojektionsdaten anstatt aus einem Vorlagenbild entfernt werden. D.h., die quadrierten Gradientenbildprojektionen werden skaliert und von einer Vorlagenprojektion zur Erzeugung von im wesentlichen artefaktfreien Projektionsdaten subtrahiert. Derartige artefaktfreie Projektionsdaten werden dann zur Erzeugung eines Teilvolumen-korrigierten Bildes verarbeitet, das beispielsweise auf der Anzeigeeinrichtung 42 (Fig. 2) angezeigt wird.

Aus der vorhergehenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele ist ersichtlich, daß die Aufgaben der Erfindung gelöst werden. Obwohl die Erfindung ausführlich beschrieben und dargestellt ist, ist es natürlich selbstverständlich, daß dies nur der Veranschaulichung dient und nicht als Einschränkung verstanden werden kann. Obwohl beispielsweise das beschriebene CT-System ein System der dritten Generation ist, können viele andere Systeme, wie Systeme der vierten Generation, verwendet werden. Außerdem wurde der beschriebene Algorithmus in Verbindung mit einer axialen Abtastung beschrieben. Der Algorithmus kann jedoch auch in Verbindung mit einer Wendelabtastung implementiert werden. Obwohl ferner der Schwellenwert auf 200 HU festgelegt wurde, können andere Schwellenwerte verwendet werden.

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren und ein Gerät zur Verbesserung der Bildqualität bei Computer-Tomogra­ phie-Systemen unter Verwendung eines Teilvolumen-Arte­ fakt-Schätzalgorithmus offenbart. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Algorithmus wird ein in Frage kommender Gegenstand zur Erzeugung von Bilddaten abgetastet. Die Bilddaten werden in Daten geringer Dämpfung und Daten hoher Dämpfung segmentiert. Ein Gradientenbild wird für zwei angrenzende Schnitte der Bilddaten erzeugt. Das Gradientenbild wird dann vorwärts projiziert und quadriert. Das quadrierte Gradientenbild bildet eine Schätzung von Teilvolumen-Artefakten in den Bilddaten und wird daher aus den Bilddaten entfernt.

Claims (20)

1. Verfahren zur Reduktion von Teilvolumen-Artefakten bei Abtastdaten eines Gegenstands (22; 50), wobei die Abtastdaten bei einer Tomographie-Abtastung gesammelt werden, mit den Schritten:
Schätzen (56) einer Dämpfungsänderung des Gegenstands (22; 50) und
Schätzen (58) von Teilvolumenfehlern unter Verwendung der geschätzten Dämpfungsänderung.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt Entfernen der geschätzten Teilvolumenfehler aus den Abtastdaten des Gegenstands.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Entfernen der geschätzten Teilvolumenfehler den Schritt Erzeugen eines Nur-Artefakt-Bildes aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen der Dämpfungsänderung des Gegenstands folgende Schritte aufweist:
Abtasten (60) des Gegenstands zum Erhalten von Projektionsdaten für zumindest zwei Schnitte des Gegenstands,
Verarbeiten (62) der erhaltenen Projektionsdaten zur Erzeugung von Bilddaten für zumindest zwei Schnitte,
Filtern (64) der erzeugten Bilddaten für die Schnitte und
Erzeugen (70) eines Gradientenbildes.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Filtern der erzeugten Bilddaten den Schritt
Segmentieren der erzeugten Bilddaten in Bilddaten geringer Dämpfung (66) und Bilddaten hoher Dämpfung (68) aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Segmentieren der erzeugten Bilddaten unter Verwendung einer Grauskalen-Schwellenwertbildung durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Abtasten des Gegenstands mittels einer axialen Abtastung durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Abtasten des Gegenstands mittels einer Wendelabtastung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Schätzen von Teilvolumenfehlern folgende Schritte aufweist:
Vorwärts-Projizieren des Gradientenbildes und
Quadrieren des vorwärts-projizierten Gradientenbildes.

10. Gerät zur Reduktion von Teilvolumen-Artefakten bei Abtastdaten eines Gegenstands (22; 50), wobei die Abtastdaten bei einer Tomographie-Abtastung gesammelt werden, mit
einer Einrichtung (36) zur Schätzung einer Dämpfungsänderung des Gegenstands und
einer Einrichtung (36) zur Schätzung von Teilvolumenfehlern unter Verwendung der geschätzten Dämpfungsänderung.

11. Gerät nach Anspruch 10, ferner mit einer Einrichtung (36) zur Entfernung der geschätzten Teilvolumenfehler aus den Abtastdaten des Gegenstands.

12. Gerät nach Anspruch 11, wobei das Gerät zur Entfernung der geschätzten Teilvolumenfehler eine Einrichtung (36) zur Erzeugung eines Nur-Artefakt-Bildes aufweist.

13. Gerät nach Anspruch 10, wobei das Gerät zur Schätzung der Dämpfungsänderung des Gegenstands ferner
eine Einrichtung (12) zur Abtastung des Gegenstands zum Erhalten von Projektionsdaten für zumindest zwei Schnitte des Gegenstands,
eine Einrichtung (36) zur Verarbeitung der erhaltenen Projektionsdaten zur Erzeugung von Bilddaten für zumindest zwei Schnitte,
eine Einrichtung (36) zur Filterung der erzeugten Bilddaten für die Schnitte und
eine Einrichtung (36) zur Erzeugung eines Gradientenbildes aufweist.

14. Gerät nach Anspruch 13, wobei das Gerät zur Filterung der erzeugten Bilddaten eine Einrichtung (36) zur Segmentierung der erzeugten Bilddaten in Bilddaten geringer Dämpfung und Bilddaten hoher Dämpfung aufweist.

15. Gerät nach Anspruch 13, wobei die Abtasteinrichtung (12) eine axiale Abtastung durchführt.

16. Gerät nach Anspruch 13, wobei die Abtasteinrichtung eine Wendelabtastung durchführt.

17. Gerät nach Anspruch 13, wobei das Gerät zur Schätzung von Teilvolumenfehlern
eine Einrichtung (36) zur Vorwärts-Projektion des Gradientenbildes und
eine Einrichtung (36) zur Quadrierung des vorwärts­ projizierten Gradientenbildes aufweist.

18. Gerät zur Erzeugung eines Tomographie-Bildes eines Gegenstands aus Abtastdaten des Gegenstands, wobei das Gerät eine Röntgenstrahlquelle und eine Erfassungseinrichtung aufweist und die Erfassungseinrichtung eine Vielzahl von Erfassungszellen aufweist, wobei das Gerät Teil­ volumen-Artefakte aus den Abtastdaten des Gegenstands entfernt, mit
einer Einrichtung zur Schätzung einer Dämpfungsänderung des Gegenstands und
einer Einrichtung zur Schätzung von Teilvolumenfehlern unter Verwendung der geschätzten Dämpfungsänderung.

19. Gerät nach Anspruch 18, wobei das Gerät zur Schätzung der Dämpfungsänderung des Gegenstands
eine Einrichtung zur Abtastung des Gegenstands zum Erhalten von Projektionsdaten für zumindest zwei Schnitte des Gegenstands,
eine Einrichtung zur Verarbeitung der erhaltenen Projektionsdaten zur Erzeugung von Bilddaten für zumindest zwei Schnitte,
eine Einrichtung zur Filterung der erzeugten Bilddaten für die Schnitte und
eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gradientenbildes aufweist.

20. Gerät nach Anspruch 19, wobei die Abtasteinrichtung eine axiale Abtastung durchführt.