DE10143484A1

DE10143484A1 - Adaptives Filter

Info

Publication number: DE10143484A1
Application number: DE10143484A
Authority: DE
Inventors: Herbert Bruder; Thomas Flohr; Otto Sembritzki; Karl Stierstorfer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-04-03
Also published as: JP2003159245A; US20030071220A1; US7440598B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum adaptiven Filtern von mittels eines medizinischen Diagnosegerätes gewonnenen Projektionsdaten, aufweisend die folgenden Schritte: DOLLAR A - rohdatenbasiertes Filtern (S12; S23) der gewonnen Projektionsdaten (S(l, k, m)) unter Verwendung eines Filters mit einem Filterkern konstanter Filterweite; DOLLAR A - Beimischen (S15; S25, S26) der gefilterten Projektionsdaten (S¶t¶(l, k, m)) zu den gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)), wobei eine Festlegung der jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten (S¶f¶(l, k, m)) zu gewonnen Projektionsdaten (S(l, k, m)) in Abhängigkeit von einer jeweils betrachteten Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum adaptiven Filtern von mittels eines medizinischen Diagnosegerätes gewonnenen Projektionsdaten.
Mit modernen medizinischen Diagnoseverfahren, wie beispielsweise der Computertomographie (CT), können Projektionsdaten eines untersuchten Messobjektes gewonnen werden. In der Regel handelt es sich bei dem untersuchten Messobjekt um einen Patienten.
Üblicherweise liegen die gewonnenen Projektionsdaten in digitaler Form vor und sind somit der digitalen Datenverarbeitung zugänglich. Bei analogen Projektionsdaten ist hierfür zunächst eine Digitalisierung notwendig.
Mögliche Operationen der digitalen Datenverarbeitung sind beispielsweise eine Verstärkung, Überlagerung oder Filterung.
Da in die gewonnenen Projektionsdaten in Abhängigkeit von dem Messverfahren und dem verwendeten medizinischen Diagnosegerät mehrere Stellgrößen einfließen können, können die gewonnenen Projektionsdaten mehrere Dimensionen aufweisen.
In der modernen Computertomographie (CT) gibt in den gemessenen Daten S(l, k, z) der Parameter 1 den Projektionswinkel (die Winkelstellung der Röhre bzw. Winkelstellung von Röhre und Detektorsystem), k den Kanalindex (entspricht in Fächergeometrie dem Winkel im Fächer und in Parallelgeometrie dem Abstand des Strahles vom Rotationszentrum) und z die Schicht an.
Diese gewonnenen Projektionsdaten (Schichtdatensatz) werden dann mit einem Rekonstruktionsverfahren für planare Daten (üblicherweise gefilterte Rückprojektion oder Fourierrekonstruktion) rekonstruiert, um das gewünschte "CT-Bild" zu erhalten.
Für praktisch alle medizinischen Diagnosegeräte gilt, dass die Bildqualität in bezug auf Rauschen und Niedrigkontrasterkennbarkeit monoton mit der Patientendosis steigt.
Zur Verbesserung der Bildqualität ist somit im allgemeinen eine Erhöhung der Dosisbelastung des Patienten notwendig. Eine solche Erhöhung der Patientendosis ist zur Vermeidung von Folgeschäden nur begrenzt möglich.
Eine alternative Möglichkeit zur Reduzierung des Bildpunktrauschens bietet die digitale Datenverarbeitung. Beispielsweise können glättende Rekonstruktionsfilter ohne großen technischen Aufwand an jedem kommerziell erhältlichen CT- Gerät in gewissen Grenzen frei gewählt werden, so dass ohne Erhöhung der Patientendosis das Rauschniveau im Bild durch glättende Filterung verringert werden kann.
Nachteilig an glättenden Rekonstruktionsfiltern ist jedoch, dass mit dieser Methode der gesamte Datensatz geglättet wird. Dies führt zwangsläufig zu einer Verschlechterung der Ortsauflösung.
Zur Lösung des Problems finden sich in der Literatur Ansätze zur adaptiven Filterung der Messdaten, d. h. der Datensatz wird nicht global, sondern nur lokal geglättet [Jiang "Adaptive trimmed mean for computed tomography image reconstruction", Proc. of SPIE, 2299, S. 316-324, 1994], [Jiang "Generalized adaptive median filter and their application in computed tomography", Proc. of SPIE, 2298, S. 662-672, 1994], [Jiang "Adaptive filtering approach to the streaking artifact reduction due to x-ray photon starvation", Radiology 205 (P), S. 391, 1997], [Berkman Sahiner and Andrew E. Yagle, "Reconstruction from projections under timefrequency constraints", IEEE Transactions on Midical Imaging, 14 (2), S. 193-204, Juni 1995].
Üblicherweise werden zur adaptiven Filterung die gewonnenen Projektionsdaten von in k-Richtung benachbarten Detektorelementen verwendet. Die Filterung findet also ausschließlich in l-Richtung statt.
In der DE 198 53 143 C2 ist zudem ein Computertomograph offenbart, bei dem das Rauschniveau der interpolierten Projektionen durch 3D adaptive Filterung sowohl in Kanal-(ξ-Koordinate), in Projektionsrichtung ( ≙-Koordinate) als auch in Tischvorschubrichtung (z-Koordinate) nach der Formel p_AF(ξ, ≙, z) = ∫dξ'd ≙'dz'fΔξ(ξ - ξ')fΔ ≙( ≙ - ≙')fΔz(z - z')p_x(ξ', ≙', z') einen bestimmten Schwellenwert nicht übersteigt.
Dabei bezeichnen p_x(ξ, ≙, z) die vor Durchführung der adaptiven Filterung zur Verfügung stehenden Projektionsdaten in Parallel- oder Fächergeometrie, p_AF(ξ, ≙, z) die nach Durchführung der adaptiven Filterung zur Verfügung stehenden Projektionsdaten in Parallel- oder Fächergeometrie, und Δξ, Δ ≙, Δz die Filterweiten in den drei Koordinatenrichtungen.
Diese Filterweiten sind eine Funktion des aktuell zu filternden Projektionswerts p_x(ξ, ≙, z)(adaptive Filterung):
Δξ = Δξ(p_x(ξ, ≙, z)), Δ ≙ = Δ ≙(p_x(ξ, ≙, z)) und Δz = Δz(p_x(ξ, ≙, z)). fΔξ(.), fΔ ≙(.) und fΔz(.) bezeichnen die Filterfunktion (achsensymmetrisch mit Werten ≥ 0 und Gesamtfläche 1) für die Glättung in den jeweiligen Koordinaten. Die Filterweiten Δξ, Δ ≙ und Δz stehen jeweils für die Halbwertsbreiten oder ein anderes charakteristisches Breitemaß der Filterfunktionen. Wird eine oder mehrere der Weiten gleich Null, so reduziert sich die Filterfunktion zu einer Diracschen Deltafunktion und es findet in den entsprechenden Koordinaten keine Filterung statt.
Somit offenbart die DE 198 53 143 C2 ein Verfahren zur Filterung von mehrdimensionalen planaren Projektionsdaten (Schwächungswerten) eines CT-Scan, bei dem die Adaption des Filters an die betrachteten Projektionsdaten durch Variation der Breite des Filterkerns (Filterbreite) in den einzelnen Dimensionen erfolgt.
Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, dass die Durchführung des Verfahrens aufgrund der in den einzelnen Dimensionen adaptiv schwankenden Filterbreite einen erheblichen Rechen- und Zeitaufwand erfordert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum adaptiven Filtern von mittels eines medizinischen Diagnosegerätes gewonnenen Projektionsdaten zur Verfügung zu stellen, bei dem Rauschen in den gewonnenen Projektionsdaten mit nur geringem Rechenaufwand gezielt verringert werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch der Erfindung gelöst. Die Erfindung wird in ihren Unteransprüchen weitergebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum adaptiven Filtern von mittels eines medizinischen Diagnosegerätes gewonnenen Projektionsdaten zur Verfügung gestellt, das die folgenden Schritte aufweist:
rohdatenbasiertes Filtern der gewonnenen Projektionsdaten unter Verwendung eines Filters mit einem Filterkern konstanter Filterweite; und
Beimischen der gefilterten Projektionsdaten zu den gewonnenen Projektionsdaten, wobei ein Festlegen der jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten zu gewonnenen Projektionsdaten von zumindest einer Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten erfolgt.
Da erfindungsgemäß die Filterweite des Filterkerns konstant ist, lässt sich das Verfahren ohne großen Rechenaufwand durchführen. Somit kann die für eine adaptive Filterung der mittels eines medizinischen Diagnosegerätes gewonnenen Projektionsdaten benötigte Zeit gesenkt werden. Hierzu trägt auch bei, dass die Mischungsfunktion für das Beimischen der gefilterten zu den ungefilterten Messdaten eindimensional, das heißt für alle Dimensionen gleich ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Projektionsdaten zwei oder mehr Dimensionen auf, und das Filtern der Projektionsdaten erfolgt in allen Dimensionen mit einem Filter mit zwei- oder mehr-dimensionalem Filterkern, wobei die Filterweite in den einzelnen Dimensionen jeweils konstant ist.
Durch die zwei- oder mehr-dimensionale Ausgestaltung des Filterkerns ist es bei konstanter Filterweite möglich, die Quantenmittelung zu erhöhen und so das Rauschen weiter zu verringern.
Besonders einfach kann das Beimischen der gefilterten Projektionsdaten zu den ungefilterten Projektionsdaten erfolgen, wenn für die gewonnenen Projektionsdaten und die gefilterten Projektionsdaten jeweils ein von zumindest einer Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten abhängiger Adaptionsfaktor bestimmt wird, und die jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten zu gewonnenen Projektionsdaten beim Beimischen durch die jeweiligen Adaptionsfaktoren festgelegt sind.
Zur Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn entweder der Adaptionsfaktor für die gewonnenen Projektionsdaten oder der Adaptionsfaktor für die gefilterten Projektionsdaten gleich Eins ist.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem zusätzlichen Schritt ein Schwellenwert für die gewonnenen Projektionsdaten festgelegt, und wenigstens ein Adaptionsfaktor in Abhängigkeit von einer Differenz der gewonnenen Projektionsdaten und dem Schwellenwert bestimmt.
Mit Hilfe des so bestimmten Adaptionsfaktors ist es auf besonders einfache Weise möglich, durch geeignete Wahl des Schwellenwertes Bereiche der gewonnenen Projektionsdaten von der adaptiven Filterung auszunehmen.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der jeweilige Adaptionsfaktor für die gewonnenen Projektionsdaten gleich Eins und der jeweilige Adaptionsfaktor für die gefilterten Projektionsdaten gleich Null gesetzt wird, wenn die Differenz von gewonnenen Projektionsdaten und Schwellenwert kleiner oder gleich Null ist.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Adaptionsfaktor für die gefilterten Projektionsdaten in Abhängigkeit von einer Differenz der gewonnenen Projektionsdaten und dem Schwellenwert bestimmt, und der Adaptionsfaktor für die gewonnenen Projektionsdaten durch die Differenz von Eins und dem Adaptionsfaktor für die gefilterten Projektionsdaten festgelegt, wenn die Differenz von gewonnenen Projektionsdaten und Schwellenwert größer Null ist.
Durch diese Vorgehensweise ergänzen sich der Adaptionsfaktor für die gefilterten Projektionsdaten und der Adaptionsfaktor für die ungefilterten, gewonnenen Projektionsdaten stets zu dem Wert Eins, der im allgemeinen 100% entspricht. Dies erlaubt eine besonders einfache Kontrollierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Filter für Projektionsdaten mit drei Dimensionen lässt sich gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Form
S_af(l, k, m) = g(S).S_f(l, k, m) + h(S).S(l, k, m)
darstellen.
Dabei bezeichnen l, k, m die Dimensionen der Projektionsdaten, S(l, k, m) die ungefilterten dreidimensionalen Projektionsdaten, g(S), h(S) von den jeweiligen zu filternden Projektionsdaten abhängige Adaptionsfaktoren, S_f(l, k, m) die mit einem Filter mit mehrdimensionalem Filterkern gefilterten Projektionsdaten, und S_af(l, k, m) die adaptiv gefilterten Projektionsdaten als Ausgangsgröße des Filters.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich der Filter für Projektionsdaten mit drei Dimensionen alternativ in der Form
S_af(l, k, m) = S(l, k, m) für S(l, k, m) - SW ≤ 0 und
S_af(l, k, m) = A(S) - SW).S_f(l, k, m) + (1 - A(S) - SW)).S(l, k, m) für S(l, k, m) - SW > 0
darstellen.
Dabei bezeichnen l, k, m die Dimensionen der Projektionsdaten, S(l, k, m) die ungefilterten dreidimensionalen Projektionsdaten, SW einen einstellbaren Schwellenwert, A(S - SW) einen adaptiven, d. h. von den jeweiligen zu filternden Projektionsdaten abhängigen Adaptionsfaktor, S_f(l, k, m) die mit einem Filter mit mehrdimensionalem Filterkern gefilterten Projektionsdaten, und S_af(l, k, m) die adaptiv gefilterten Projektionsdaten als Ausgangsgröße des Filters. A(S - SW) ist dabei um so größer, je stärker die Projektionsdaten S(l, k, m) den Schwellenwert SW übersteigen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige Adaptionsfaktor so gewählt ist, dass das Signalrauschen einer Signalspannung der adaptiv gefilterten Projektionsdaten unabhängig von den jeweiligen gewonnenen Projektionsdaten konstant bleibt.
Vorzugsweise lassen sich die mit einem Filter mit mehrdimensionalem Filterkern gefilterten Projektionsdaten gemäß der vorliegenden Erfindung in der Form

darstellen, wobei G_l',k',m' den Filterkern, und S_{l-l',k-k',m-m'} die ungefilterten Projektionsdaten bezeichnen.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren einsetzen, wenn als gewonnene Projektionsdaten die Schwächungswerte eines Computertomographen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung offenbart auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend
einen Filter mit einem Filterkern konstanter Filterweite, der geeignet ist, die gewonnenen Projektionsdaten rohdatenbasiert zu filtern; und
eine Mischeinrichtung zum Beimischen der gefilterten Projektionsdaten zu den gewonnenen Projektionsdaten, wobei die Mischeinrichtung geeignet ist, ein Festlegen der jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten zu gewonnenen Projektionsdaten in Abhängigkeit von zumindest einer Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten durchzuführen.
Weiter ist die vorliegende Erfindung auf ein Computerprogrammprodukt gerichtet, das geeignet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es in einen Speicher einer Verarbeitungseinrichtung geladen ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch anhand einer ersten Ausführungsform den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch anhand einer zweiten Ausführungsform, und
Fig. 3 eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Im Folgenden wird zunächst die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, näher beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an ein medizinisches Gerät 1, beispielsweise einen Computertomographen, angeschlossen, und weist einen Filter 2 mit einem Filterkern konstanter Filterweite auf, der geeignet ist, die gewonnenen Projektionsdaten rohdatenbasiert zu filtern.
Die Filterung erfolgt dabei zum Zwecke einer Reduzierung eines aufgrund von Störgrößen in den gewonnenen Projektionsdaten immer vorhandenen Bildpunktrauschens. Da die gewonnenen Projektionsdaten insgesamt gefiltert werden, geht die erwünschte Reduzierung des Bildpunktrauschens jedoch mit einer nachteiligen, verschlechterten Ortsauflösung in den gefilterten Projektionsdaten einher.
Der Filter 2 ist mit einer Mischeinrichtung 3 verbunden, die ebenfalls Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 ist.
Die Mischeinrichtung 3 ist geeignet, den gewonnenen Projektionsdaten die gefilterten Projektionsdaten beizumischen, wobei ein Festlegen der jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten zu gewonnenen Projektionsdaten in Abhängigkeit von einer jeweils betrachteten Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten, also adaptiv, erfolgt.
Am Ausgang der Mischeinrichtung 3 werden somit adaptiv gefilterte Projektionsdaten zur Verfügung gestellt.
Dieses adaptive Beimischen der gefilterten Projektionsdaten zu den gewonnenen, d. h. ungefilterten Projektionsdaten zwecks Erzeugung von adaptiv gefilterten Projektionsdaten hat zur Folge, dass das Bildpunktrauschen in den Projektionsdaten gezielt reduziert werden kann, ohne dass eine globale Verschlechterung der Ortsauflösung in Kauf genommen werden muss.
Somit lässt sich die Reduzierung des Bildpunktrauschens auf den Anteil an gefilterten Projektionsdaten und die Beibehaltung der Ortsauflösung auf den Anteil an gewonnenen Projektionsdaten zurückführen.
Deshalb ist die Gewichtung von gefilterten Projektionsdaten zu gewonnenen Projektionsdaten in Abhängigkeit von einer jeweils betrachteten Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten so einzustellen, dass in den adaptiv gefilterten Projektionsdaten bei Beibehaltung einer ausreichenden Ortsauflösung eine genügende Reduzierung des Bildpunktrauschens erreicht wird.
Die so gewonnenen adaptiv gefilterten Projektionsdaten können beispielsweise in Form eines CT-Bildes über eine Ausgabeeinrichtung 4 an einen Benutzer, üblicherweise einen Arzt, ausgegeben werden.
Alternativ zu der in Fig. 3 abgebildeten Ausführungsform ist zu beachten, dass der Filter 2 und die Mischeinrichtung 3 eine feste Einheit bilden können. Beispielsweise wäre es möglich, sowohl Filter 2 als auch Mischeinrichtung 3 in einem (nicht gezeigten) Computerchip zu realisieren.
Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, wie sie beispielsweise von der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 realisiert werden kann.
Entsprechend dieser ersten bevorzugten Ausführungsform werden in einem ersten Schritt S11 mittels des medizinischen Gerätes 1 Projektionsdaten S(l, k, m) gewonnen. Alternativ können die Projektionsdaten S(l, k, m) auch bereits in einer (nicht abgebildeten) Speichervorrichtung abgelegt sein, und in Schritt S11 aus dieser ausgelesen werden.
Bei diesen gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) kann es sich beispielsweise um die Schwächungswerte eines Computertomographen handeln.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weisen die Projektionsdaten drei Dimensionen l, k, m auf. Alternativ ist jedoch allgemein die Verwendung von n-dimensionalen Projektionsdaten möglich (mit n ≥ 1).
In Schritt S12 werden die gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) in dem Filter 2 unter Verwendung eines Filterkerns konstanter Filterweite gefiltert. Da die Projektionsdaten S(l, k, m) in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform drei Dimensionen l, k, m aufweisen, erfolgt hier auch die Filterung mit einem dreidimensionalen Filterkern in allen Dimensionen l, k, m, wobei die Filterweite in den einzelnen Dimensionen l, k, m jeweils konstant ist.
Durch die dreidimensionale Ausgestaltung des Filterkerns wird gegenüber einer erfindungsgemäß ebenfalls möglichen eindimensionalen Ausgestaltung des Filterkerns die Quantenmittelung bei konstanter Filterweite erhöht und somit gezielt ein Rauschen in einer jeweiligen Dimension der Projektionsdaten weiter verringert.
Allgemein erfolgt somit bei n-dimensionalen Projektionsdaten die Filterung vorzugsweise in allen n Dimensionen mit einem Filter mit n-dimensionalem Filterkern, wobei die Filterweite in den einzelnen Dimensionen konstant ist.
Als Ausgangssignal von Schritt S12 werden gefilterte Projektionsdaten S_f(l, k, m) erhalten.
Im den zueinander parallelen Schritten S13 und S14 werden die gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) und die gefilterten Projektionsdaten S_f(l, k, m) jeweils mit einem Adaptionsfaktor g(S) und h(S) gewichtet. Diese Gewichtung kann mittels einer (nicht abgebildeten) Gewichtungseinrichtung erfolgen, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 sein kann. Vorzugsweise ist die Gewichtungseinrichtung in die Mischeinrichtung 3 integriert.
Dabei erfolgt die Gewichtung vorzugsweise in jeder Dimension l, k, m und in Abhängigkeit von zumindest einer Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m), also adaptiv. Adaptionsfaktoren sind dabei eindimensional, das heißt für jede Dimension gleich.
Alternativ ist es auch möglich, nur einen Adaptionsfaktor zu bestimmen und den anderen Adaptionsfaktor gleich Eins zu setzen.
Im folgenden Schritt S15 werden die gefilterten Projektionsdaten S_f(l, k, m) den gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) von der Mischeinrichtung 3 beigemischt. Aufgrund der adaptiven Gewichtung der gefilterten Projektionsdaten S_f(l, k, m) und der ungefilterten Projektionsdaten S(l, k, m) mittels der Adaptionsfaktoren g(S), h(S) erfolgt auch das Festlegen der jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten S_f(l, k, m) zu ungefilterten Projektionsdaten S(l, k, m) adaptiv, d. h. in Abhängigkeit von einer jeweils betrachteten Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m).
Gemäß der beschriebenen ersten Ausführungsform lassen sich die gewonnenen adaptiv gefilterten Projektionsdaten
S_af(l, k, m) somit in der Form
S_af(l, k, m) = g(S).S_f(l, k, m) + h(S).S(l, k, m) schreiben.
Folglich ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ohne Verwendung eines Filters mit adaptiver Filterweite möglich, das Rauschen in einer jeweiligen Dimension der Projektionsdaten unter Vermeidung eines gesteigerten Rechenzeitaufwands gezielt zu verringern.
In Fig. 2 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform schematisch dargestellt. Auch das in der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann von der in Fig. 3 abgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Analog zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden auch hier in Schritt S21 mittels des medizinischen Gerätes 1 zunächst Projektionsdaten S(l, k, m) gewonnen, die in einem weiteren Schritt S23 unter Verwendung eines Filters 2 mit einem Filterkern konstanter Filterweite gefiltert werden, um gefilterte Projektionsdaten S_f(l, k, m) zu erhalten.
Parallel dazu wird in Schritt S22 in einer in Fig. 3 nicht abgebildeten Schwellenwert-Stelleinrichtung, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 sein kann, ein Schwellenwert SW für die gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) festgelegt.
In Schritt S24 wird mittels einer ebenfalls in Fig. 3 nicht abgebildeten Prüfeinrichtung geprüft, ob die Differenz der gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) minus dem Schwellenwert SW kleiner oder gleich "0" ist: S(l, k, m) - SW ≤ 0. Auch die Prüfeinrichtung kann Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 sein, wobei sie vorzugsweise in die Mischeinrichtung 3 integriert und mit der Schwellenwert-Stelleinrichtung verbunden ist.
Liefert der Schritt S24 als Ergebnis den Wert "Wahr" ("ja"), so werden die gefilterten Projektionsdaten S_f(l, k, m) in der Mischeinrichtung 3 mit "0" gewichtet (der Adaptionsfaktor für die gefilterten Projektionsdaten ist "0") und gehen somit nicht in das Endergebnis ein. Die gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) hingegen werden gemäß dieser Ausführungsform mit "1" gewichtet.
Folglich ergeben sich gemäß dieser Ausführungsform die adaptiv gefilterten Projektionsdaten S_afam Ausgang der Mischeinrichtung 3 für S(l, k, m) - SW ≤ 0 zu S_af(l, k, m) = S(l, k, m).
Liefert der Schritt S24 als Ergebnis den Wert "Falsch" ("nein"), so werden die gefilterten Projektionsdaten S_f(l, k, m) von der Mischeinrichtung 3 in Abhängigkeit von einer Differenz der gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) und dem Schwellenwert SW gewichtet. Der Adaptionsfaktor für die gefilterten Projektionsdaten S_f(l, k, m) läßt sich somit in der Form A(S - SW) schreiben. A(S - SW) steigt dabei an, je stärker die Projektionsdaten S den Schwellenwert SW übersteigen.
Gleichzeitig werden die gewonnenen Projektionsdaten S(l, k, m) von der Mischeinrichtung 3 so gewichtet, dass die Summe der Gewichtung der gefilterten Projektionsdaten S_f(l, k, m) und der Gewichtung der ungefilterten Projektionsdaten S(l, k, m) 1 bzw. 100% ergibt.
Somit lässt sich der Adaptionsfaktor für die gewonnenen Projektionsdaten in der Form 1 - A(S) - SW) darstellen.
Folglich ergeben sich die adaptiv gefilterten Projektionsdaten S_afam Ausgang der Mischeinrichtung 3 gemäß dieser Ausführungsform für S(l, k, m) - SW > 0 zu:
S_af(l, k, m) = A(S) - SW).S_f(l, k, m) + (1 - A(S) - SW)).S(l, k, m)
Auch mit der hier exemplarisch beschriebenen zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ohne Verwendung eines Filters mit adaptiver Filterweite möglich, das Rauschen in den Projektionsdaten unter Vermeidung eines gesteigerten Rechenzeitaufwands gezielt zu verringern.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren in ein Computerprogrammprodukt implementiert, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine Verarbeitungseinrichtung (beispielsweise einen Computer oder die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung 5) geladen werden kann.

Claims

1. Verfahren zum adaptiven Filtern von mittels eines medizinischen Diagnosegerätes gewonnenen Projektionsdaten, aufweisend die folgenden Schritte:

- rohdatenbasiertes Filtern (S12; S23) der gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) unter Verwendung eines Filters mit einem Filterkern konstanter Filterweite; und

- Beimischen (S15; S25, S26) der gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) zu den gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)), wobei ein Festlegen der jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) zu gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) in Abhängigkeit von zumindest einer Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Projektionsdaten (S(l, k, m)) zwei oder mehr Dimensionen (l, k, m) aufweisen,
das Filtern (S12; S23) der Projektionsdaten (S(l, k, m)) in allen Dimensionen (l, k, m) mit einem Filter mit zwei- oder mehr-dimensionalem Filterkern erfolgt, wobei die Filterweite in den einzelnen Dimensionen (l, k, m) jeweils konstant ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass für die gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) und die gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) jeweils ein von zumindest einer Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) abhängiger Adaptionsfaktor (g(S), h(S); A(S)) bestimmt wird, und
dass die jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) zu gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) beim Beimischen durch die jeweiligen Adaptionsfaktoren (g(S), h(S); A(S)) festgelegt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Adaptionsfaktor (h(S); A(S)) für die gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) oder der Adaptionsfaktor (g(S); A(S)) für die gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) gleich Eins ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem weiteren Schritt (S22) ein Schwellenwert (SW) für die gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) festgelegt wird, und
dass wenigstens ein Adaptionsfaktor (g(S), h(S)); A(S)) in Abhängigkeit von einer Differenz der gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) und dem Schwellenwert (SW) bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Adaptionsfaktor (A(S)) für die gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) gleich Eins und der jeweilige Adaptionsfaktor (; A(S(l, k, m))) für die gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) gleich Null ist,
wenn die Differenz von gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) und Schwellenwert (SW) kleiner oder gleich Null ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der Adaptionsfaktor (A(S)) für die gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) in Abhängigkeit von einer Differenz der gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) und dem Schwellenwert (SW) bestimmt wird, und
dass der Adaptionsfaktor für die gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) durch die Differenz von Eins und dem Adaptionsfaktor (A(S)) für die gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) festgelegt wird,
wenn die Differenz von gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) und Schwellenwert (SW) größer Null ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Filter für Projektionsdaten mit drei Dimensionen in der Form
S_af(l, k, m) = g(S).S_f(l, k, m) + h(S).S(l, k, m)
darstellen läßt.
Dabei bezeichnen
l, k, m die Dimensionen der Projektionsdaten,
S(l, k, m) die ungefilterten dreidimensionalen Projektionsdaten,
g(S), h(S)) von den jeweiligen zu filternden Projektionsdaten abhängige Adaptionsfaktoren,
S_f(l, k, m) die mit einem Filter mit mehrdimensionalem Filterkern gefilterten Projektionsdaten, und
S_af(l, k, m) die adaptiv gefilterten Projektionsdaten als Ausgangsgröße des Filters.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Filter für Projektionsdaten mit drei Dimensionen in der Form
S_af(l, k, m) = S(l, k, m) für S(l, k, m) - SW ≤ 0 und
S_af(l, k, m) = A(S - SW).S_f(l, k, m) + (1 - A(S - SW)).S(l, k, m) für S(l, k, m) - SW > 0
darstellen läßt.
Dabei bezeichnen
l, k, m die Dimensionen der Projektionsdaten,
S(l, k, m) die ungefilterten dreidimensionalen Projektionsdaten,
SW einen einstellbaren Schwellenwert,
A(S) - SW) einen adaptiven, d. h. von den jeweiligen zu filternden Projektionsdaten abhängigen Adaptionsfaktor,
S_f(l, k, m) die mit einem Filter mit mehrdimensionalem Filterkern gefilterten Projektionsdaten, und
S_af(l, k, m) die adaptiv gefilterten Projektionsdaten als Ausgangsgröße des Filters.

10. Verfahren einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Adaptionsfaktor (g(S)), h(S)); A(S)) so gewählt ist, dass das Signalrauschen einer Signalspannung der adaptiv gefilterten Projektionsdaten (S_af(l, k, m)) unabhängig von den jeweiligen gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) konstant bleibt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die mit einem Filter mit mehrdimensionalem Filterkern gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) dargestellt werden können als

wobei G_l',k',m' den Filterkern, und
S_{l-l',k-k',m-m'} die ungefilterten Projektionsdaten bezeichnen.

12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als gewonnene Projektionsdaten (S(l, k, m)) die Schwächungswerte eines Computertomographen verwendet werden.

13. Vorrichtung (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend

- einen Filter (2) mit einem Filterkern konstanter Filterweite, der geeignet ist, die gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) rohdatenbasiert zu filtern; und

- eine Mischeinrichtung (3) zum Beimischen der gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) zu den gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)), wobei die Mischeinrichtung (3) geeignet ist, ein Festlegen der jeweiligen quantitativen Verhältnisse von gefilterten Projektionsdaten (S_f(l, k, m)) zu gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) in Abhängigkeit von einer jeweils betrachteten Teilmenge der gewonnenen Projektionsdaten (S(l, k, m)) durchzuführen.

14. Computerprogrammprodukt, das geeignet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es in einen Speicher einer Verarbeitungseinrichtung geladen ist.