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DE102008063311A1 - Verfahren zur Rauschreduktion von CT-Bilddaten und Bildbearbeitungssystem - Google Patents

Verfahren zur Rauschreduktion von CT-Bilddaten und Bildbearbeitungssystem Download PDF

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DE102008063311A1
DE102008063311A1 DE102008063311A DE102008063311A DE102008063311A1 DE 102008063311 A1 DE102008063311 A1 DE 102008063311A1 DE 102008063311 A DE102008063311 A DE 102008063311A DE 102008063311 A DE102008063311 A DE 102008063311A DE 102008063311 A1 DE102008063311 A1 DE 102008063311A1
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Germany
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image data
noise
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spatial frequency
data set
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DE102008063311A
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English (en)
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Rainer Dr. Raupach
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Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Priority to US12/591,871 priority patent/US8548216B2/en
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Abstract

Verfahren zur Rauschreduktion von CT-Bilddaten und ein Bildbearbeitungssystem, wobei eine Abtastung eines Untersuchungsobjektes und Erzeugung von mindestens zwei CT-Bilddatensätzen (I, I), jeweils auf der Basis eines anderen Röntgenenergiespektrums, erfolgt. Anschließend findet eine Zerlegung der Bilddatensätze (I, I) in jeweils mindestens zwei zerlegte Bilddatensätze $I1 statt, mit einem niedrigsten Ortsfrequenzband (f) mit dem Index k = 1 und mindestens einem hohen Ortsfrequenzband (f) mit dem Index k = 2 bis N. Darauf erfolgt die Bestimmung des Rauschens (σ, σ) in mindestens einem der Bilddatensätze $I2 je Röntgenenergiespektrum und Berechnung mindestens eines neuen Bilddatensatzes (I', I') jeweils unter Verwendung eines unveränderten zerlegten Bilddatensatzes $I3 mit dem niedrigsten Ortsfrequenzband (f) und eines Bilddatensatzes, erzeugt aus einer rauschminimiert gewichteten Kombination zerlegter Bilddatensätze, die aus den Abtastungen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren stammen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauschreduktion von CT-Bilddaten aus einem so genannten „Dual-Energy-CT-Scan”, bei dem ein Objekt in einem Computertomographiesystem, welches mit zwei unterschiedlichen Röntgenenergiespektren betrieben werden kann, mit diesen unterschiedlichen Röntgenenergiespektren abgetastet wird und von der gleichen räumlichen Situation je Spektrum ein computertomographisches Schnittbild oder ein Volumendatensatz erzeugt wird. Außerdem betrifft die Erfindung auch ein Bildbearbeitungssystem zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Bei den mit solchen Dual-Energy-CT-Systemen durchgeführten Dual-Energy-Scans ist es das primäre Ziel die Mehrspektreninformation, die in den Bilddaten aus den unterschiedlichen Röntgenenergiespektren enthalten sind, zu extrahieren. Dafür sind rauscharme Eingangbilder aus den beiden Spektren erforderlich, vorzugsweise sollten diese Bilddaten ein ähnliches Rauschniveau aufweisen.
  • Bezüglich des CT-Systems selbst ist die Dual-Energy-Bildgebung, vor allem durch den maximalen Quantenfluss beim niederenergetischen Spektrum, begrenzt. Eine Erhöhung des Flusses beim hochenergetischen Spektrum zur Reduktion des Gesamtrauschens ist zwar möglich, bringt aber keinen signifikanten Gewinn bei der Auswertung der Dual-Energy-CT-Bilder und führt auch beim rauschgewichteten Summenbild zu einem schlechteren Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis als es theoretisch bei gleich verteiltem Rauschen möglich wäre.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Bearbeitung dieser CT-Bilddaten kantenerhaltende Rauschreduktionsverfahren auf die mit unterschiedlichen Spektren aufgenommen Bild daten anzuwenden. Bezüglich dieses Verfahrens wird beispielhaft auf die Druckschrift DE 10 2004 008 979 verwiesen. Der Nachteil des dort beschriebenen Vorgehens liegt darin, dass nicht die insgesamt in den Daten enthaltene Information verwendet wird, sondern jedes Spektrum als eigenständiger Scan betrachtet und bezüglich seiner Rauschreduktion behandelt wird.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und ein Bildaufbereitungssystem zu finden, welche es erlauben mehrere CT-Bilddaten eines Objektes auf der Basis spektral unterschiedlicher Röntgenabtastungen zu nutzen, um spektrumübergreifend das vorhandene Rauschen in den CT-Bilddaten zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
  • Der Erfinder hat erkannt, dass in Dual-Energy-CT-Bilddaten zweier Röntgenenergiespektren die spektral bedingten Unterschiede im Wesentlichen in niedrigen Frequenzbändern zu finden sind und die hochfrequenten Informationen jedoch stark korreliert sind. Gleichzeitig befindet sich bei hohen Frequenzen auch ein Großteil der Rauschleistung. Entsprechend kann man die Bilddaten in einzelne Frequenzbänder – bezüglich ihrer Ortsfrequenzen – aufteilen, die Bildanteile der hohen Frequenzbänder rauschoptimiert und spektrumübergreifend kombinieren, während niederfrequente Bildanteile weitgehend unberührt bleiben. Anschließend können je Spektrum die unveränderten niederfrequenten Bildanteile mit den rauschoptimiert und spektrumübergreifend kombinierten Bildanteilen wieder zu einem vollständigen Bild rekombiniert werden. Hierdurch lässt sich das Rauschen stark reduzieren und die spektralbedingte Bildinformation weitgehend erhalten. Insbesondere ist das Verfahren besonders effektiv, wenn sich das Rauschen der mit unterschiedlichen Röntgenspektren aufgenommenen Bilddaten stark unterscheidet. In der Praxis ist meist das Rauschen der Bilddaten aus dem niederenergetischeren Spektrum wesentlich höher als das Rauschen der Bilddaten aus dem höherenergetischen Spektrum.
  • Dieses zuvor geschilderte Grundprinzip lässt sich durch das folgende Verfahren zunutze machen. Zur Vereinfachung wird lediglich eine axiale Schicht betrachtet, jedoch ist das beschriebene Verfahren auch ohne weiteres vom Fachmann auf entsprechende Volumenbilddaten aus Dual-Energy-Scans zu übertragen.
  • Zwei Dual-Energy-CT-Bilder IA und IB der Spektren A und B werden in zwei oder mehr Frequenzbänder I(k)A bzw. I(k)B mit Filtern Fk (k = 1,..., N; N ≥ 2) zerlegt, d. h. es gilt: I(k)A = Fk·IA bzw. I(k)B = Fk·IB. (1)
  • Die Filter sollten die Bedingung
    Figure 00030001
    erfüllen, so dass
    Figure 00030002
    gilt. Ohne Beschränkung entspreche nun k = 1 dem Frequenzband mit den niedrigsten Ortsfrequenzen.
  • Für alle k > 1 werden nun lokale Gewichte w(k)A,A , w(k)A,B , w(k)B,A , w(k)B,B derart definiert, dass w(k)A,A + w(k)A,B = 1 und w(k)B,A + w(k)B,B = 1 gilt. Die Ergebnisbilder können durch
    Figure 00030003
    definiert werden.
  • Vorzugsweise werden die Gewichte entsprechend der Rauschvarianzverteilung im Band k gewählt, d. h. es gilt:
    Figure 00040001
    wenn (k)A )2 bzw. (k)B )2 die Rauschvarianzen der Bildanteile I(k)A bzw. I(k)B darstellen.
  • Die Ergebnisbilder I'A bzw. I'B sind nun konstruktionsgemäß eine ortfrequenzabhängige Mischung der beiden Eingangsbilder. Da diese beim Dual-Energy-CT aufgrund der verschiedenen Röntgenenergiespektren unterschiedliche Kontraste aufweisen, liegt schließlich ein ortfrequenzabhängiger Kontrast vor. Durch die gewichtete Mittelung findet dabei eine Rauschreduktion statt.
  • Sind die Frequenzbänder so gewählt, dass praktisch die gesamte Rauschleistung in den Bändern mit k > 1 enthalten ist, so weisen die Ergebnisbilder I'A und I'B bei der oben vorgeschlagenen Gewichtung ungefähr dasselbe Rauschen auf. Bei einer sehr ungleichen Verteilung des Rauschens in den Eingangsbildern ergibt sich beim Bild mit dem höheren Rauschen eine deutlich stärkere Rauschreduktion.
  • Grundsätzlich bieten sich mehrere Realisierungsmöglichkeiten an. Die Bandfilter können als Faltung im Ortsraum oder als eine Sequenz einer Fouriertransformation, einer Multiplikation mit Filterkoeffizienten im Frequenzraum und abschließender inverser Fouriertransformation implementiert werden. Im letzten Fall wird die Gewichtung vorteilhaft im Frequenzraum vorgenommen, so dass für die Bilder jeweils nur eine Fouriertransformation sowie eine inverse Fouriertransformation notwendig sind. Entsprechend kann auch eine Wavelet- Transformation zur Aufteilung in Frequenzbänder verwendet werden.
  • Alternativ zur Bearbeitung der fertig rekonstruierten CT-Bilder kann die Filterung auch bereits bei der Rekonstruktion der CT-Bilder durch Multiplikation von Zusatzfaktoren F ^k auf die verwendeten Faltungskerne durchgeführt werden. Dies erspart jegliche Anwendung von Fouriertransformationen zur Bandzerlegung, erfordert aber die k-fache Anzahl von Bildrekonstruktionen gegenüber der bildbasierten Methode.
  • Demgemäß schlägt der Erfinder ein Verfahren zur Rauschreduktion von CT-Bilddaten vor, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
    • – Abtastung eines Untersuchungsobjektes,
    • – Erzeugung von mindestens zwei CT-Bilddatensätzen jeweils auf der Basis eines anderen Röntgenenergiespektrums,
    • – Zerlegung der Bilddatensätze in jeweils mindestens zwei zerlegte Bilddatensätze mit einem niedrigsten Ortsfrequenzband (k = 1) und mindestens einem hohen Ortsfrequenzband (mit k = 2...N),
    • – Bestimmung des Rauschens in mindestens einem der Bilddatensätze je Röntgenenergiespektrum,
    • – Berechnung mindestens eines neuen Bilddatensatzes jeweils unter Verwendung eines unveränderten zerlegten Bilddatensatzes mit dem niedrigsten Ortsfrequenzband und eines Bilddatensatzes, erzeugt aus einer rauschminimiert gewichteten Kombination zerlegter Bilddatensätze, die aus den Abtastungen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren stammen.
  • Es werden also bei diesem Verfahren die Bilddatensätze in unterschiedliche Frequenzbänder zerlegt, wobei vorteilhaft die Wahl der Frequenzbänder derart durchgeführt werden sollte, dass in einem oder mehreren höheren Ortsfrequenzbändern im Wesentlichen das Rauschen der Bilddaten vorliegt, während in wenigstens einem niedrigen Frequenzband im Wesentlichen Bild information vorliegen sollte, die charakteristisch für die Bildwiedergabe durch das jeweils verwendete Röntgenenergiespektrum ist. Hierdurch besteht dann die Möglichkeit spektrenübergreifend in den oberen Frequenzbändern Bildmischungen zu erzeugen, die rauschoptimiert sind, also minimales Rauschen anschließend aufweisen und diese rauschoptimierten hochfrequenten Bildanteile mit den niederfrequenten Bildanteilen des jeweiligen Spektrums zu kombinieren, so dass insgesamt für alle vorliegenden Röntgenenergiespektren rauschverminderte neue Bilddatensätze entstehen, die außerdem bezüglich des noch vorhandenen Rauschanteils stark vereinheitlicht sind. Mit solchen Bilddaten lassen sich dann die Mehrspektreninformationen, zum Beispiel im Rahmen einer Mehrmaterialkomponentenzerlegung, optimaler verwenden.
  • Die Erzeugung von mehreren CT-Bilddatensätzen auf der Basis unterschiedlicher Röntgenenergiespektren kann einerseits durch die originäre Abtastung eines Objektes mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren ausgeführt werden. Allerdings besteht auch die Möglichkeit, aufgrund einer Abtastung mit einem einzigen Röntgenenergiespektrum und anschließend Messung der Absorption mit einem energieselektiven Detektor, Dual-Energy-CT-Bilder zu erzeugen, wobei hierbei jeweils nur ein Teil des gemessenen Energiespektrums je Dual-Energy-CT-Bild genutzt wird.
  • Bezüglich der Zerlegung der Bilddatensätze in unterschiedliche Ortsfrequenzbänder wird vorgeschlagen, einerseits diese Zerlegung durch Filterung mit unterschiedlichen Ortsfrequenzfiltern auszuführen, wobei es zusätzlich vorteilhaft ist, Ortsfrequenzfilter zu verwenden, die in ihrer Summe auf 1 normiert sind.
  • Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Zerlegung der Bilddatensätze durch eine Wavelet-Transformation durchzuführen, wobei die Ortsfrequenzbänder durch die Ebene der Wavelet-Transformation bestimmt werden.
  • Schließlich kann alternativ auch die Zerlegung der Bilddatensätze durch Fouriertransformation ausführt werden, wobei die Ortsfrequenzbänder durch die einer Ortsfrequenz zugeordneten Fourierkoeffizienten bestimmt werden.
  • Bezüglich der oben beschriebenen Zerlegung der Bilddatensätze durch unterschiedliche Verfahren, wie Filterung, Wavelet-Transformation und Fouriertransformation, wird beispielhaft auf die Patentanmeldung mit Aktenzeichen DE 10 2007 061 935.0 verwiesen, wobei die o. g. Zerlegungsverfahren grundsätzlich dem Fachmann bekannt sind.
  • Beispielhaft kann das Rauschen im vorliegenden Verfahren jeweils in den unbehandelten Bilddatensätzen bestimmt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Rauschen jeweils in mindestens einem zerlegten Bilddatensatz, vorzugsweise in einem Bilddatensatz einer höheren Ortsfrequenz, zu bestimmen.
  • Weiterhin kann das Rauschen sowohl über den gesamten Bilddatensatz oder alternativ bereichsweise im Bilddatensatz bestimmt werden, wobei dann auch die entsprechend dem Rauschen bestimmten Gewichte bereichsweise bestimmt werden.
  • Wird das Rauschen bereichsweise bestimmt, so besteht die Möglichkeit, auch das Rauschen bildpunktweise über einen jeweils zu bestimmenden benachbarten Bildbereich im CT-Bilddatensatz zu ermitteln und entsprechend die Gewichte bildpunktweise zu berechnen.
  • Wie es beispielsweise in dem nachfolgend beschriebenen Anwendungsbeispiel dargestellt wird, ist es vorteilhaft, wenn bei der Zerlegung der Bilddatensätze genau ein hohes und genau ein niedriges Frequenzband gewählt wird, wobei es hier besonders günstig ist, wenn darauf geachtet wird, dass die Frequenzbänder derart gewählt werden, dass im hohen Frequenzband sich hauptsächlich das Rauschen des Bildes wieder findet.
  • Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass selbstverständlich in der Summe der zerlegten Teilbilder alle im Bild enthaltenen Frequenzen ebenfalls abgedeckt sein sollen, so dass bei der Zerlegung der Bilddaten und anschließenden Zusammenfügung keine einzelnen Frequenzen verloren gehen.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die neuen Bilddatensätze, die ohne weitere Bildverarbeitung den endgültigen Bilddatensätzen entsprechen, gemäß den folgenden Formeln berechnet werden:
    Figure 00080001
    wobei w(k)A,A , w(k)A,B , w(k)B,A , w(k)B,B die Mischungsgewichte darstellen.
  • Hierbei können die Mischungsgewichte w(k)A,A , w(k)A,B , w(k)B,A , w(k)B,B gemäß der nachfolgenden Formeln bestimmt werden:
    Figure 00080002
    wobei das Rauschen in den Bilddatensätzen des Spektrums A beziehungsweise B mit σA und σB bezeichnet wird, die Indizes k das Frequenzband angeben und w(k)X,Y , das Gewicht des Beitrages vom Bild I(k)Y zum Bild I'X darstellt.
  • Zum Rahmen der Erfindung gehört neben dem oben beschriebenen Verfahren in seinen unterschiedlichen Ausgestaltungsformen auch ein Bildverarbeitungssystem mit einem Computer, welcher einen Programmspeicher aufweist, in dem Computerprogramme gespeichert sind, die im Betrieb das oben beschriebene Verfahren ausführen. Es wird dabei darauf hingewiesen, dass ein solches Bildverarbeitungssystem selbstverständlich auch Teil eines Computertomographiesystems sein kann und gegebenenfalls in die Steuer- und Recheneinheit eines solchen Computertomographiesystems integriert ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden im Wesentlichen die folgenden Bezugszeichen und Variablen verwendet: 1: Dual-Energy-CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre (optional); 5: zweiter Detektor (optional); 6: Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: verfahrbare Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Rechensystem; F1: Hochpassfilter; F2: Tiefpassfilter; F ^k: Filterfunktion zum k-ten Frequenzband; f: Ortsfrequenz, f(k): k-tes Frequenzband; IA: Dual-Energy-CT-Bild des ersten Spektrums A; IB: Dual-Energy-CT-Bild des zweiten Spektrums B; I(k)X : zerlegtes Bild des Frequenzbandes k aus dem Spektrum X; I'A: neues Bild des Spektrums A; I'B: neues Bild des Spektrums B; w(k)X,Y : Gewicht des Beitrages vom zerlegten Bild I(k)Y zum Bild I'X; Prg1 bis Prgn: Computerprogramme.
  • Es zeigen im Einzelnen:
  • 1: Dual-Energy-CT-System;
  • 2: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Bandzerlegung durch Filterung und Anwendung auf einem Dual-Energy-CT-Bilddatensatz;
  • 3: Frequenzverlauf zweier zueinander komplementärer Filter zur Zerlegung der Bilddatensätze in zwei Frequenzbänder;
  • 4: Darstellungen von zwei Dual-Energy-CT-Schnittbildern mit Frequenzbandzerlegung und anschließender Neukombination der frequenzselektiven zerlegten Bilddatensätze zu zwei neuen Bilddatensätzen mit geringerem Rauschen.
  • Die 1 zeigt ein Dual-Energy-CT-System 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Gantrygehäuse 6, auf dem zwei Strahler-/Detektor-Systeme angeordnet sind, mit einer ersten Röntgenröhre 2 und einem gegenüber liegenden Detektor 3, des Weiteren einer zweiten Röntgenröhre 4 und einem gegenüber liegenden Detektor 5, wobei beide Strahler-/Detektor-Systeme mit unterschiedlichen Röntgenenergien betrieben werden können und gleichzeitig ein Untersuchungsobjekt, insbesondere einen Patienten, hier 7, mit unterschiedlichen Röntgenergiespektren abgetastet werden kann. Ein solcher Patient 7 wird während des Abtastvorganges kontinuierlich oder sequentiell mit Hilfe einer verfahrbaren Patientenliege 8 entlang einer Systemachse 9 durch das Messfeld des CT-Systems gefahren, so dass eine Abtastung des Patienten 7 insgesamt oder in bestimmten Bereichen durchgeführt werden kann. Die Steuerung dieses CT-Systems 1 kann durch das ebenfalls schematisch dargestellt Steuer- und Rechensystem 10 ausgeführt werden, welches einen Programmspeicher beinhaltet, in dem Computerprogramme Prg1 bis Prgn gespeichert sind, die im Betrieb ausgeführt werden und die sowohl den Betrieb des CT-Systems steuern können, als auch Bildberechnungen, gegebenenfalls einschließlich des erfindungsgemäßen Verfahrens, durchführen können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielhaft für die Berechnung von zwei Schnittbildern IA und IB zweier Spektren A und B in der 2 dargestellt. Diese Schnittbilder IA und IB werden mit Hilfe der Filter F1 und F2 in zwei Frequenzbänder aufgeteilt, so dass die zerlegten Bilddatensätze I(1)A , I(2)A bezüglich des Eingangsbildes IA entstehen und die zwei entsprechend ihrer Frequenzbänder zerlegten Bilddatensätze I(1)B und I(2)B bezüglich des Eingangsbildes IB entstehen. Erfindungsgemäß wird nun das Rauschen in den zerlegten Bilddatensätzen I(2)A und I(2)B ermittelt und deren Bildinformation entsprechend den dargestellten Gewichten w(k)X,Y , rauschoptimiert kombiniert, wobei anschließend eine weitere Kombination mit dem niederfrequenten zerlegten Bild I(1)A beziehungsweise I(1)B erfolgt, so dass je Spektrum A und B ein neuer Bilddatensatz I'A und I'B entsteht.
  • Die 3 zeigt beispielhaft den Verlauf F ^1 und F ^2 der Frequenzfilter F1 beziehungsweise F2 zwischen 0 und 1 über der Ortsfrequenz f, wie sie in dem in der 2 dargestellten Verfahren verwendet werden können.
  • Zur besseren Veranschaulichung des in der 2 dargestellten Verfahrens werden in der 4 nochmals die entsprechenden Bilddaten graphisch dargestellt. Die 4 zeigt die Eingangsbilder IA und IB. Das IA entspricht einer CT-Aufnahme mit einer Beschleunigungsspannung von 80 kVp und weist ein Rauschen in dem durch einen Kreis eingegrenzten Bereich von σ = 60 auf. Rechts daneben ist eine objektidentische CT-Aufnahme mit einer Beschleunigungsspannung von 140 kVp gezeigt. Das Rauschen, in dem durch den Kreis umschriebenen Bereich, weist hier den Wert σ = 23,2 auf. Erfindungsgemäß werden diese beiden Eingangsbilder IA und IB durch eine Filterung in zwei Frequenzbänder getrennt. Das Ergebnis einer solchen Trennung ist in den darunter stehenden kleineren Bilddarstellungen gezeigt. Das hier gezeigte Bild I(1)A entspricht dem Bild IA im niedrigen Frequenzband, während das Bild I(2)A dem Bild IA im hohen Frequenzband entspricht. Das Gleiche ist entsprechend für das Bild IB rechts daneben stehend gezeigt, wobei hier das hohe Frequenzband links dargestellt ist und das niedrige Frequenzband rechts dargestellt ist. Erfindungsgemäß werden die so zerlegten Bilder entsprechend den darunter stehenden Formeln miteinander kombiniert, so dass neue Bilder I'A und I'B entstehen, wobei das neue Bild I'A des Spektrums A nun ein Rauschen von σ = 23,2 und das neue Bild I'B ein Rauschen von σ = 22,3 enthält. Wie eingangs bereits erwähnt haben sich hiermit die Bilder bezüglich ihres Rauschens stark angenähert, so dass entsprechende weitere Berechnungen, beispielsweise für eine Materialzerlegung, wesentlich exakter durchgeführt werden kann.
  • Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das vorliegende Verfahren nicht nur für CT-Schnittbilddatensätze sondern auch für CT-Volumendatensätze anwendbar ist und dass außerdem keine Begrenzung aus Bilddatensätzen aus nur zwei Energiebereichen vorliegt, sondern ebenso Bilddatensätze aus mehreren Energiebereichen entsprechend behandelt werden können.
  • Des Weiteren besteht außerdem die Möglichkeit, die Bilddatensätze nicht nur in zwei Frequenzbereiche, sondern in mehrere Ortsfrequenzbereiche zu zerlegen, wobei jeder Ortsfrequenzbereich individuell bezüglich seiner Gewichtung behandelt werden kann.
  • Insgesamt wird also hier ein Verfahren zur Rauschreduktion von CT-Bilddaten und ein Bildverarbeitungssystem vorgestellt, wobei eine Abtastung eines Untersuchungsobjektes und Erzeugung von mindestens zwei CT-Bilddatensätzen IA und IB, jeweils auf der Basis eines anderen Röntgenenergiespektrums, erfolgt. Anschließend findet eine Zerlegung der Bilddatensätze IA und IB in jeweils mindestens zwei zerlegte Bilddatensätze I(k)A und I(k)B statt, mit einem niedrigsten Ortsfrequenzband mit dem Index k = 1 und mindestens einem hohen Ortsfrequenzband f(k) mit dem Index k = 2 bis N. Darauf erfolgt die Bestimmung des Rauschens σA und/oder σB in mindestens einem der Bilddatensätze IA, IB, I(k)A , I(k)B je Röntgenenergiespektrum und Berechnung mindestens eines neuen Bilddatensatzes I'A und/oder I'B, jeweils unter Verwendung eines unveränderten zerlegten Bilddatensatzes I(1)A , I(1)B mit dem niedrigsten Ortsfrequenzband f(1) und eines weiteren Bilddatensatzes, erzeugt aus einer rauschminimiert gewichteten Kombination zerlegter Bilddatensätze, die aus den Abtastungen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren stammen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004008979 [0004]
    • - DE 102007061935 [0023]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Rauschreduktion von CT-Bilddaten, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. Abtastung eines Untersuchungsobjektes, 1.2. Erzeugung von mindestens zwei CT-Bilddatensätzen (IA, IB) jeweils auf der Basis eines anderen Röntgenenergiespektrums, 1.3. Zerlegung der Bilddatensätze (IA, IB) in jeweils mindestens zwei zerlegte Bilddatensätze (I(k)A , I(k)A ) mit einem niedrigsten Ortsfrequenzband (f(1), mit k = 1) und mindestens einem hohen Ortsfrequenzband (f(k)), mit k = 2...N) 1.4. Bestimmung des Rauschens (σA, σB) in mindestens einem der Bilddatensätze (IA, IB, I(k)A , I(k)B ) je Röntgenenergiespektrum, 1.5. Berechnung mindestens eines neuen Bilddatensatzes (I'A, I'B) jeweils unter Verwendung eines unveränderten zerlegten Bilddatensatzes (I(1)A , I(1)B ) mit dem niedrigsten Ortsfrequenzband (f(1)) und eines Bilddatensatzes, erzeugt aus einer rauschminimiert gewichteten Kombination zerlegter Bilddatensätze, die aus den Abtastungen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren stammen.
  2. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren ausgeführt wird.
  3. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein energieselektiver Detektor verwendet wird, und zur Bilderzeugung jeweils nur ein Teil des gemessenen Energiespektrums verwertet wird.
  4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerlegung der Bilddatensätze (IA, IB), durch Filterung mit unterschiedlichen Ortsfrequenzfiltern ausführt wird.
  5. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der verwendeten Ortsfrequenzfilter auf 1 normiert ist.
  6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerlegung der Bilddatensätze (IA, IB), durch eine Wavelet-Transformation ausgeführt wird und die Ortsfrequenzbänder durch die Ebene der Wavelet-Transformation bestimmt werden.
  7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerlegung der Bilddatensätze (IA, IB), durch Fouriertransformation ausführt wird und die Ortsfrequenzbänder durch die einer Ortsfrequenz zugeordneten Fourierkoeffizienten bestimmt werden.
  8. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauschen (σA, σB) jeweils im unbehandelten Bilddatensatz (IA, IB) bestimmt wird.
  9. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauschen (σA, σB) jeweils in mindestens einem zerlegten Bilddatensatz (I(k)A , I(k)B ) bestimmt wird.
  10. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauschen jeweils über den gesamten Bilddatensatz bestimmt wird.
  11. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauschen (σA, σB) bereichsweise im Bilddatensatz bestimmt wird und bereichsweise Gewichte für die Kombination bestimmt werden.
  12. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauschen bildpunktweise aus einem benachbarten Bildbereich im CT-Bilddatensatz bestimmt wird und die Gewichte bildpunktweise berechnet werden.
  13. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerlegung der Bilddatensätze in genau ein hohes und genau ein niedriges Frequenzband stattfindet.
  14. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die neuen Bilddatensätze gemäß den nachfolgenden Formeln berechnet werden:
    Figure 00160001
    wobei w(k)A,A , w(k)A,B , w(k)B,A , w(k)B,B die Mischungsgewichte darstellen.
  15. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischungsgewichte w(k)A,A , w(k)A,B , w(k)B,A , w(k)B,B gemäß der nachfolgenden Formeln bestimmt werden:
    Figure 00160002
    wobei das Rauschen mit σA und σB bezeichnet wird, die Indizes k das Frequenzband angeben und w(k)X,Y , das Gewicht des Beitrages vom Bild I(k)Y zum Bild I'X darstellt.
  16. Bildverarbeitungssystem mit einem Computer und einem Speicher zur Speicherung von Programmcode, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher Programmcode (Prg1–Prgn) vorgesehen ist, der eines der Verfahren gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüche im Betrieb durchführt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012204977A1 (de) * 2012-03-28 2013-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur iterativen Bildrekonstruktion für Bi-Modale CT-Daten
DE102021213439B3 (de) 2021-11-29 2023-03-02 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Ergebnisbilddatensatzes eines Patienten

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2732431B1 (de) * 2011-07-15 2019-03-13 Koninklijke Philips N.V. Bildverarbeitung für die spektral-ct
WO2014100184A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-26 Knowles Electronics, Llc Apparatus and method for high voltage i/o electro-static discharge protection
CN105025794B (zh) 2013-02-21 2021-11-02 皇家飞利浦有限公司 谱ct的结构传播恢复
CN105745686B (zh) * 2013-11-20 2019-04-12 皇家飞利浦有限公司 处理双能量谱乳房摄影图像
EP3209214B1 (de) * 2014-10-20 2019-06-05 Koninklijke Philips N.V. Kardiale rekonstruktion für photonenzählungs-ct für herz- und lungenbilder
US10275859B2 (en) 2015-09-16 2019-04-30 Koninklijke Philips N.V. X-Ray imaging device for an object
JP7208723B2 (ja) * 2018-07-09 2023-01-19 キヤノン株式会社 画像処理装置およびその制御方法、放射線撮影システム、プログラム
US11037280B2 (en) * 2019-03-12 2021-06-15 GE Precision Healthcare LLC System and method for simulating bilateral injection of contrast agent into a patient

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4463375A (en) * 1982-09-07 1984-07-31 The Board Of Trustees Of The Leland Standford Junior University Multiple-measurement noise-reducing system
US4792900A (en) * 1986-11-26 1988-12-20 Picker International, Inc. Adaptive filter for dual energy radiographic imaging
DE102004008979A1 (de) 2004-02-24 2005-09-29 Siemens Ag Verfahren zur Filterung tomographischer 3D-Darstellungen nach erfolgter Rekonstruktion von Volumendaten
US6985636B1 (en) * 1998-09-03 2006-01-10 Semenchenko Michail Grigorievi Image processing method
US20080135789A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-12 Yanfeng Du Material decomposition image noise reduction
DE102007061935A1 (de) 2007-12-21 2009-06-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Qualitätssteigerung von computertomographischen Aufnahmeserien durch Bildverarbeitung und CT-System mit Recheneinheit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4463375A (en) * 1982-09-07 1984-07-31 The Board Of Trustees Of The Leland Standford Junior University Multiple-measurement noise-reducing system
US4792900A (en) * 1986-11-26 1988-12-20 Picker International, Inc. Adaptive filter for dual energy radiographic imaging
US6985636B1 (en) * 1998-09-03 2006-01-10 Semenchenko Michail Grigorievi Image processing method
DE102004008979A1 (de) 2004-02-24 2005-09-29 Siemens Ag Verfahren zur Filterung tomographischer 3D-Darstellungen nach erfolgter Rekonstruktion von Volumendaten
US20080135789A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-12 Yanfeng Du Material decomposition image noise reduction
DE102007061935A1 (de) 2007-12-21 2009-06-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Qualitätssteigerung von computertomographischen Aufnahmeserien durch Bildverarbeitung und CT-System mit Recheneinheit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALVAREZ,R., SEPPI,E.: A comparsin of noise and dose in conventional and energy selective computed tomography. In: IEEE Transact. on Nuclear Science, Vol. 26, No. 2, 1979, 2853-2856 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012204977A1 (de) * 2012-03-28 2013-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur iterativen Bildrekonstruktion für Bi-Modale CT-Daten
US9082167B2 (en) 2012-03-28 2015-07-14 Siemens Aktiengesellschaft Method for iterative image reconstruction for bi-modal CT data
DE102012204977B4 (de) * 2012-03-28 2017-05-18 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren zur iterativen Bildrekonstruktion für Bi-Modale CT-Daten sowie entsprechende Recheneinheit, Computertomographiesystem, Computerprogramm und Datenträger
DE102021213439B3 (de) 2021-11-29 2023-03-02 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Ergebnisbilddatensatzes eines Patienten
US11911193B2 (en) 2021-11-29 2024-02-27 Siemens Healthineers Ag Method and apparatus for generating a resultant image dataset of a patient

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