DE102011076053B4 - Method for operating an X-ray image recording device and image recording device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer Röntgen-Bildaufnahmeeinrichtung, die wenigstens zwei einen Röntgenstrahler (1, 8) und einen Röntgenempfänger (3, 10) umfassende Aufnahmeanordnungen umfasst, wobei sich die Röntgenempfänger (3, 10) bezüglich ihrer Grauwertdynamik und/oder ihrer Ortsauflösung unterscheiden, wobei ein erster Datensatz (14) von Projektionsbildern eines aufzunehmenden Objekts unter Verwendung unterschiedlicher Projektionsrichtungen mit einer ersten Aufnahmeanordnung aufgenommen wird und ein zweiter, mit dem ersten Datensatz (14) von Projektionsbildern registrierter Datensatz (16) von Projektionsbildern des aufzunehmenden Objekts unter Verwendung unterschiedlicher Projektionsrichtungen mit einer zweiten Aufnahmeanordnung aufgenommen wird, wonach eine Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes (20) unter Verwendung eines aus den Projektionsbildern des ersten und des zweiten Datensatzes (14, 16) ermittelten Rekonstruktionsdatensatzes (18) von Projektionsbildern erfolgt, und wobei ein Projektionsbild des ersten Datensatzes (14) und ein Projektionsbild des zweiten Datensatzes (16), die gleiche Projektionsrichtungen betreffen, zu einem Projektionsbild des Rekonstruktionsdatensatzes (18) fusioniert werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem eine geringere Grauwertdynamik aufweisenden Röntgenempfänger (10) der zweiten Aufnahmeanordnung überstrahlte Bereiche in den Projektionsbildern des zweiten Datensatzes (16) ermittelt werden, wobei die in den überstrahlten Bereichen liegenden Daten durch Daten des ersten Datensatzes (14) ersetzt werden, oder dass zwei derselben Projektionsrichtung entsprechende Projektionsbilder des ersten und des zweiten Datensatzes (14, 16) zur Ermittlung des jeweiligen Ortsfrequenzspektrums fouriertransformiert werden, wobei ein aus den beiden Ortsfrequenzspektren kombiniertes Zielspektrum ermittelt und durch Fourier-Transformation in den Ortsraum ein Projektionsbild des Rekonstruktionsdatensatzes (18) ermittelt wird, wobei bei einem eine geringere Ortsauflösung aufweisenden Röntgenempfänger (3) der ersten Aufnahmeanordnung oberhalb der Nyquist-Frequenz des Projektionsbildes des ersten Datensatzes (14) der oberhalb dieser Nyquist-Frequenz liegende Anteil des Ortsfrequenzspektrums des Projektionsbildes des zweiten Datensatzes (16) angefügt wird.Method for operating an X-ray image recording device which comprises at least two recording arrangements comprising an X-ray source (1, 8) and an X-ray receiver (3, 10), wherein the X-ray receivers (3, 10) differ with respect to their gray value dynamics and / or their spatial resolution, wherein a first data record (14) of projection images of an object to be recorded is recorded using different projection directions with a first recording arrangement; and a second data record (16) of projection images of the object to be recorded using projection projections of the first object (14) of projection images using a different projection direction second recording arrangement is recorded, after which a reconstruction of a three-dimensional image data set (20) using a reconstruction data set (18) of projection images e. determined from the projection images of the first and the second data set (14, 16) is recorded and in which a projection image of the first data record (14) and a projection image of the second data record (16) which relate to the same projection directions are fused to form a projection image of the reconstruction data record (18), characterized in that an X-ray receiver having a lower gray value dynamic ( 10) of the second recording arrangement over-radiated areas in the projection images of the second data set (16) are determined, wherein the data lying in the over-radiated areas are replaced by data of the first data set (14), or that two projection direction corresponding projection images of the first and the second Data set (14, 16) are Fourier-transformed to determine the respective spatial frequency spectrum, wherein a target spectrum combined from the two spatial frequency spectra is determined and a projection image of the reconstruction data set (18) is determined by Fourier transformation into the spatial domain; wherein at a lower spatial resolution having X-ray receiver (3) of the first recording arrangement above the Nyquist frequency of the projection image of the first record (14) of the above this Nyquist frequency portion of the spatial frequency spectrum of the projection image of the second data set (16) is added.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Röntgen-Bildaufnahmeeinrichtung, die wenigstens zwei einen Röntgenstrahler und einen Röntgenempfänger umfassende Aufnahmeanordnungen umfasst, wobei sich die Röntgenempfänger bezüglich ihrer Grauwertdynamik und/oder ihrer Ortsauflösung und/oder der Größe ihres Erfassungsbereichs unterscheiden. Daneben betrifft die Erfindung eine Röntgen-Bildaufnahmeeinrichtung, umfassend wenigstens zwei einen Röntgenstrahler und einen Röntgenempfänger umfassende Aufnahmeanordnungen, wobei sich die Röntgenempfänger bezüglich ihrer Grauwertdynamik und/oder ihrer Ortsauflösung und/oder der Größe ihres Erfassungsbereichs unterscheiden.The invention relates to a method for operating an X-ray image recording device, which comprises at least two receiving arrangements comprising an X-ray emitter and an X-ray receiver, wherein the X-ray receivers differ with respect to their gray value dynamics and / or their spatial resolution and / or the size of their detection range. In addition, the invention relates to an X-ray image recording device comprising at least two receiving devices comprising an X-ray emitter and an X-ray receiver, wherein the X-ray receivers differ with respect to their gray value dynamics and / or their spatial resolution and / or the size of their detection range.
Die Computertomographie (CT) ist eine Bildgebungstechnik, die eine genaue dreidimensionale Darstellung von inneren Strukturen eines Körpers erlaubt. Dabei ist eine hervorragende Kontrastauflösung gegeben, was auf die hohe Zahl von Aufnahmen und vor allem die hohe Grauwertdynamik, beispielsweise 16–20 Bit, der Einzeldetektoren des CT-Röntgenempfängers zurückzuführen ist. Im Gegensatz hierzu ist die Ortsauflösung bekannter CT-Röntgenempfänger sehr gering, beispielsweise im Bereich von 0,4–0,5 mm. Verantwortlich hierfür ist die Größe der Einzeldetektoren, die den Röntgenempfänger bilden. Eine Review der Computertomographie (CT) findet sich beispielsweise in dem Artikel von Willi A. Kalender, „X-ray computed tomography”, Phys. Med. Biol. 51 (2006), Seiten R29 bis R43.Computed Tomography (CT) is an imaging technique that allows an accurate three-dimensional representation of a body's internal structures. In this case, an excellent contrast resolution is given, which is due to the high number of images and especially the high gray value dynamics, for example, 16-20 bits, the single detectors of the CT X-ray receiver. In contrast, the spatial resolution of known CT X-ray receiver is very low, for example in the range of 0.4-0.5 mm. Responsible for this is the size of the individual detectors, which form the X-ray receiver. A review of computed tomography (CT) can be found, for example, in the article by Willi A. Kalender, "X-ray computed tomography", Phys. Med. Biol. 51 (2006), pages R29 to R43.
CT-artige Aufnahmen lassen sich auch mit sogenannten Flachdetektoren ausführen. Dieses Verfahren ist als Flachdetektor-Computertomographie oder DynaCT® bekannt. Das hierzu genutzte Vorgehen wurde beispielsweise in einem Artikel von Willi A. Kalender und Yiannis Kyriakou, „Flat-detector computed tomomography FD-CT)”, Eur Radial (2007) 17, Seiten 2767 bis 2779, beschrieben. Flachdetektoren wurden für die Nutzung in der Radiographie und der Fluoroskopie entwickelt und weisen eine deutlich bessere Ortsauflösung als CT-Röntgenempfänger auf, beispielsweise eine Ortsauflösung bis unter 0,2 mm. Dabei ist allerdings die Kontrastauflösung eingeschränkt, so dass Flachdetektoren eine sehr viel geringere Grauwertdynamik, beispielsweise 12–14 Bit, aufweisen. Nachteilhafterweise können dann sogenannte Capping-Artefakte (oft auch Cupping-Artefakte) auftreten, die ihre Ursache in Bereichen maximaler Grauwerte haben, bei denen höhere Werte aufgetreten wären, die jedoch aufgrund der niedrigen Grauwertdynamik nicht abgebildet werden können. Zudem ist die Zahl von Aufnahmen, die für eine Rekonstruktion zur Verfügung stehen, meist begrenzt und Flachdetektoren lassen sich nicht mit demselben großen Erfassungsbereich wie CT-Röntgenempfänger realisieren, so dass eine Trunkierung des aufzunehmenden Objekts auftreten kann.CT-like images can also be performed with so-called flat-plate detectors. This method is known as a flat detector computed tomography or DynaCT ®. The procedure used for this purpose has been described, for example, in an article by Willi A. Kalender and Yiannis Kyriakou, Flat-detector Computed Tomography FD-CT), Eur Radial (2007) 17, pages 2767 to 2779. Flat-panel detectors were developed for use in radiography and fluoroscopy and have a significantly better spatial resolution than CT X-ray receiver, for example, a spatial resolution down to 0.2 mm. In this case, however, the contrast resolution is limited, so that flat panel detectors have a much lower gray scale dynamics, for example 12-14 bits. Disadvantageously, so-called capping artifacts (often also cupping artifacts) can occur, which have their cause in areas of maximum gray values at which higher values would have occurred, but which can not be mapped due to the low gray value dynamics. In addition, the number of images available for reconstruction is usually limited and flat-panel detectors can not be realized with the same large coverage area as CT X-ray receivers, so that truncation of the object to be recorded can occur.
Inzwischen wurden Hybridsysteme vorgeschlagen, die sowohl einen Flachdetektor als auch einen CT-Röntgenempfänger aufweisen. So ist aus
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Betriebsverfahren und eine demgegenüber verbesserte Bildaufnahmeeinrichtung anzugeben.The invention has for its object to provide a contrast improved operating method and a contrast improved image pickup device.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein erster Datensatz von Projektionsbildern eines aufzunehmenden Objekts unter Verwendung unterschiedlicher Projektionsrichtungen mit einer ersten Aufnahmeanordnung aufgenommen wird und ein zweiter, mit dem ersten Datensatz von Projektionsbildern registrierter Datensatz von Projektionsbildern des aufzunehmenden Objekts unter Verwendung unterschiedlicher Projektionseinrichtungen mit einer zweiten Aufnahmeanordnung aufgenommen wird, wonach eine Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes unter Verwendung eines auf den Projektionsbildern des ersten und des zweiten Datensatzes ermittelten Rekonstruktionsdatensatzes von Projektionsbildern erfolgt, und wobei ein Projektionsbild des ersten Datensatzes und ein Projektionsbild des zweiten Datensatzes, die gleiche Projektionsrichtungen betreffen, zu einem Projektionsbild des Rekonstruktionsdatensatzes fusioniert werden. Bei einem eine geringere Grauwertdynamik aufweisenden Röntgenempfänger der zweiten Aufnahmeanordnung überstrahlte Bereiche in den Projektionsbildern des zweiten Datensatzes werden ermittelt, insbesondere durch Feststellung eines konstanten maximalen Grauwertes, wobei die in den überstrahlten Bereichen liegenden Daten durch Daten des ersten Datensatzes ersetzt werden, oder zwei derselben Projektionsrichtung entsprechende Projektionsbilder des ersten und des zweiten Datensatzes zur Ermittlung des jeweiligen Ortsfrequenzspektrums werden fouriertransformiert, wobei ein aus den beiden Ortsfrequenzspektren kombiniertes Zielspektrum ermittelt und durch Fourier-Transformation in den Ortsraum ein Projektionsbild des Rekonstruktionsdatensatzes ermittelt wird. Bei einem eine geringere Ortsauflösung aufweisenden Röntgenempfänger der ersten Aufnahmeanordnung oberhalb der Nyquist-Frequenz des Projektionsbildes des ersten Datensatzes wird der oberhalb dieser Nyquist-Frequenz liegende Anteil des Ortsfrequenzspektrums des Projektionsbildes des zweiten Datensatzes angefügt.To solve this problem, it is provided according to the invention in a method of the type mentioned that a first record of projection images of a male object is recorded using different projection directions with a first recording arrangement and a second, recorded with the first record of projection images record of projection images of the male Object is recorded using different projection devices with a second recording arrangement, after which a reconstruction of a three-dimensional image data set using a determined on the projection images of the first and second data set reconstruction data set of projection images, and wherein a projection image of the first data set and a projection image of the second data set, the same directions of projection, are fused to a projection image of the reconstruction data set. Areas in the projection images of the second data record which are overexposed to the second recording arrangement are detected, in particular by determining a constant maximum gray scale value, the data lying in the overexposed areas being replaced by data of the first data record, or two corresponding to the same projection direction Projection images of the first and second data sets for determining the respective spatial frequency spectrum are Fourier-transformed, whereby a target spectrum combined from the two spatial frequency spectra is determined and a projection image of the reconstruction data set is determined by Fourier transformation into the spatial domain. In the case of an X-ray receiver of the first recording arrangement having a lower spatial resolution above the Nyquist frequency of the projection image of the first data record, the portion of the spatial frequency spectrum of the projection image of the second data record lying above this Nyquist frequency is added.
Erfindungsgemäß wird also ein Hybridsystem, insbesondere ein durch
Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass erfindungsgemäß als Projektionsrichtung die Richtung eines Mittelstrahls vom Röntgenstrahler zu dem Röntgenempfänger verstanden werden kann, beispielsweise also die Richtung vom Strahlenaustrittspunkt oder Mittelpunkt des Strahlenaustrittsbereiches des Röntgenstrahlers bis zum Mittelpunkt des Aufnahmebereiches auf den Röntgenempfänger bei Aufnahme eines Projektionsbildes. Mithin betreffen die unterschiedlichen Projektionsrichtungen unterschiedliche Aufnahmegeometrien, also unterschiedliche Stellungen von Röntgenstrahler und Röntgenempfänger zu dem aufzunehmenden Objekt.It should be noted at this point that according to the invention as a direction of projection, the direction of a central beam from the X-ray source to the X-ray receiver can be understood, for example, the direction of the beam exit point or center of the beam exit region of the X-ray source to the center of the recording area on the X-ray receiver when taking a projection image. Consequently, the different projection directions relate to different recording geometries, that is to say different positions of X-ray emitter and X-ray receiver relative to the object to be recorded.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden, wenn als Röntgenempfänger der ersten Aufnahmeanordnung ein CT-Röntgenempfänger, der aus in wenigstens einer Detektorzeile angeordneten Einzeldetektoren besteht, und als Röntgenempfänger der zweiten Aufnahmeanordnung ein Flachdetektor (oft auch Matrixdetektor oder Festkörperdetektor), umfassend mehrere matrixartig angeordnete Detektorelemente, verwendet wird. Dabei ist es, wie eingangs bereits dargestellt, üblicherweise so, dass der CT-Röntgenempfänger eine geringere Auflösung, eine höhere Grauwertdynamik und einen größeren Erfassungsbereich als der Flachdetektor aufweist. In diesem Fall zielt das erfindungsgemäße Verfahren mithin darauf ab, die höhere Ortsauflösung des Flachdetektors, die höhere Grauwertdynamik des CT-Röntgenempfängers und den größeren Erfassungsbereich des CT-Röntgenempfängers durch die Fusionierung des ersten und des zweiten Datensatzes auf der Projektionsbildebene gemeinsam zu nutzen, um einen verbesserten rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatz zu erhalten. Trotzdem im folgenden häufig auf das hier dargelegte Beispiel mit einem CT-Röntgenempfänger und einem Flachdetektor verwiesen wird, sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch andere Röntgenempfänger mit unterschiedlichen, jeweils vorteilhaften Eigenschaften im erfindungsgemäßen Verfahren zum Erhalten qualitativ hochwertigerer dreidimensionaler Bilddatensätze verknüpft werden können.The method according to the invention can be used particularly advantageously if the X-ray receiver of the first recording arrangement is a CT X-ray receiver consisting of individual detectors arranged in at least one detector row and X-ray receiver of the second recording arrangement is a flat detector (often matrix detector or solid-state detector) comprising several matrix-like arranged Detector elements, is used. It is, as already shown, usually so that the CT X-ray receiver has a lower resolution, a higher gray value dynamics and a larger detection range than the flat detector. In this case, the method according to the invention therefore aims to achieve the higher spatial resolution of the flat detector, which to utilize higher gray value dynamics of the CT X-ray receiver and the larger coverage area of the CT X-ray receiver by merging the first and second data sets on the projection image plane to obtain an improved reconstructed three-dimensional image data set. Although reference is frequently made in the following to the example presented here with a CT X-ray receiver and a flat detector, it should be noted that it is of course also possible to link other X-ray receivers with different, respectively advantageous properties in the method according to the invention for obtaining higher-quality three-dimensional image data sets.
In dem beschriebenen Beispiel mit dem CT-Röntgenempfänger und dem Flachdetektor wird also im erfindungsgemäßen Verfahren zum einen ein normaler CT-Rohdatensatz als erster Datensatz von Projektionsbildern aufgenommen. Parallel (oder weniger bevorzugt sukzessiv) wird ein Flachdetektor-CT-Datensatz als zweiter Datensatz von Projektionsbildern akquiriert.In the described example with the CT X-ray receiver and the flat detector, therefore, a normal CT raw data set is recorded as the first data set of projection images in the method according to the invention. Parallel (or less preferably successively), a flat-detector CT data set is acquired as a second set of projection images.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei unterschiedlich großem Erfassungsbereich der Röntgenempfänger bei dem Röntgenempfänger mit dem größeren Erfassungsbereich der Aufnahmebereich so beschränkt wird, insbesondere durch Kollimation, dass er dem kleineren Erfassungsbereich des anderen Röntgenempfängers entspricht. Wird also der Aufnahmebereich des einen Röntgenempfängers so beschränkt (kollimiert), dass er dem Erfassungsbereich, mithin auch dem Aufnahmebereich, des anderen Röntgenempfängers entspricht, lässt sich die Röntgenstrahlendosis bei der Aufnahme eines Patienten vorteilhafterweise reduzieren.In a further advantageous embodiment of the present invention can be provided that is limited at different coverage area of the X-ray receiver in the X-ray receiver with the larger detection range of the receiving area, in particular by collimation that it corresponds to the smaller detection range of the other X-ray receiver. Thus, if the receiving area of one X-ray receiver is so limited (collimated) that it corresponds to the detection area, and thus also to the receiving area, of the other X-ray receiver, the X-ray dose can advantageously be reduced when taking a patient.
Eine Kombination von Informationen des ersten und des zweiten Datensatzes von Projektionsbildern lässt sich auf besonders zweckmäßige Art und Weise dann erreichen, wenn Projektionsbilder betrachtet werden, die mit derselben Projektionsrichtung, letztlich also mit gleichen Blickwinkeln auf das aufzunehmende Objekt, aufgenommen wurden. Um zu erreichen, dass in den beiden Datensätzen jeweils Projektionsbilder vorliegen, die sich in ihrer Projektionsrichtung entsprechen, schlägt das erfindungsgemäße Verfahren zwei alternative Möglichkeiten vor, um dieses Ziel zu erreichen.A combination of information of the first and the second data set of projection images can be achieved in a particularly expedient manner when viewing projection images which were taken with the same projection direction, ie ultimately with identical viewing angles to the object to be recorded. In order to achieve that projection images exist in the two data sets which correspond in their direction of projection, the method according to the invention proposes two alternative possibilities in order to achieve this goal.
So kann in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Aufnahme der Datensätze von Projektionsbildern derart erfolgt, dass sich jeweils zwei einzelne Projektionsbilder unterschiedlicher Datensätze finden, die in derselben Projektionsrichtung aufgenommen sind. Das bedeutet, die Betriebsparameter der Bildaufnahmeeinrichtung bei der Aufnahme des ersten und des zweiten Datensatzes werden so angepasst, dass zwangsläufig zu jeder aufgenommenen Projektionsrichtung im ersten und im zweiten Datensatz ein Projektionsbild existiert. Bei der Aufnahme von Projektionsbildern entlang einer Kreisbahn der Röntgenstrahler kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die in der Ebene der Kreisbahn angeordneten Aufnahmeanordnungen um einen festen Winkel gegeneinander verdreht sind. Dieser Winkel kann beispielsweise 90° betragen, wie dies bereits durch die
Ein etwas komplexerer Fall ergibt sich dann, wenn als Aufnahme-Trajektorie eine Spiralbahn des Röntgenstrahlers verwendet werden soll. Dann kann in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass bei der Aufnahme einer Spiralbahn eine Kombination aus einer Kreisbahn der Röntgenstrahler und einem Vorschub eines Patiententisches der Bildaufnahmeeinrichtung senkrecht zu der Kreisbahn um eine vorbestimmte Strecke verwendet wird, wobei bei in der Ebene der Kreisbahn angeordneten und gegeneinander um einen festen Winkel verdrehten Aufnahmeanordnungen der Strahlenaustrittspunkt wenigstens eines Röntgenstrahlers entlang der Vorschubrichtung während der Aufnahme um eine konstante, in Abhängigkeit von dem Winkel und der Vorschubstrecke bestimmte Länge verschoben wird. Erfindungsgemäß wird für den Fall einer Spiralbahn also vorgeschlagen, Röntgenstrahler zu verwenden, bei denen der Strahlenaustrittspunkt, konkret beispielsweise ein Brennfleck auf einer Drehanode, veränderbar ist, so dass er entlang der Vorschubrichtung des Patiententisches verändert werden kann. Der Strahlenaustrittspunkt bzw. Brennfleck ist also variabel und wird der Vorschubstrecke (also letztlich der „Höhe” der Spirale, oft auch als „Pitch”) entsprechend eingestellt. Konkret ist die Länge, um die verschoben werden muss, damit dieselbe Aufnahme-Trajektorie für beide Datensätze vorliegt, berechenbar als der Winkel mal der Vorschubstrecke geteilt durch 360° bzw. 2π, so dass sich bei um 90°, also π/2, gegeneinander verdrehten Aufnahmeanordnungen ein Viertel der Vorschubstrecke als Verschiebelänge ergibt.A somewhat more complex case arises when a spiral trajectory of the X-ray source is to be used as the recording trajectory. Then, in a particularly advantageous embodiment of the present invention may be provided that when recording a spiral path, a combination of a circular path of the X-ray source and a feed of a patient table the image pickup device is used perpendicular to the circular path by a predetermined distance, wherein in the plane of the circular path arranged and rotated against each other at a fixed angle receiving arrangements of the beam exit point of at least one X-ray along the feed direction during recording by a constant, depending on the angle and the feed distance certain length is moved. According to the invention, in the case of a spiral path, it is therefore proposed to use X-ray sources in which the radiation exit point, specifically, for example, a focal spot on a rotary anode, can be changed, so that it can be changed along the feed direction of the patient table. The beam exit point or focal spot is therefore variable and is the feed distance (ie ultimately the "height" of the spiral, often as a "pitch") adjusted accordingly. Concretely, the length by which to shift so that the same recording trajectory exists for both sets of data is computable as the angle times the feed distance divided by 360 ° and 2π, respectively, so that at 90 °, ie π / 2, against each other twisted recording arrangements results in a quarter of the feed distance as a shift length.
Um die Verschiebung zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Röntgenstrahler mechanisch in der Vorschubrichtung verschiebbar ausgestaltet ist. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Brennfleck eines Röntgenstrahlers elektronisch, insbesondere durch Verwendung von Magnetfeldern, verstellt wird. Dies kann beispielsweise in einer sogenannten Drehkolbenröhre, wie sie bei der Computertomographie häufig eingesetzt wird, erfolgen. Je nach der konkreten Ausgestaltung der Verschiebbarkeit kann also wenigstens ein definierter Versatz oder auch eine kontinuierliche, variable Verstellmöglichkeit vorgesehen sein.In order to enable the displacement, it can be provided that at least one of the X-ray emitters is designed to be displaceable mechanically in the feed direction. However, it is preferred if the focal spot of an X-ray source is adjusted electronically, in particular by using magnetic fields. This can be done, for example, in a so-called rotary tube, as is often used in computed tomography done. Depending on the specific embodiment of the displaceability, therefore, at least one defined offset or else a continuous, variable adjustment possibility can be provided.
Die beschriebene erste Ausgestaltung hat eine hohe mechanische Anforderung an die Einstellbarkeit und Genauigkeit bezüglich der beiden Aufnahmeanordnungen, beispielsweise bezüglich eines Strahlenaustrittspunktes bzw. Brennfleckes in Vorschubrichtung, zur Folge. Diese Problematik wird vermieden, wenn die zweite, besonders vorteilhafte, alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt wird, wobei, falls zu wenigstens einem Projektionsbild einer Projektionsrichtung eines Datensatzes kein Projektionsbild derselben Projektionsrichtung in dem anderen Datensatz existiert, aus dem ersten Datensatz von Projektionsbildern ein dreidimensionaler Vorabrekonstruktionsdatensatz ermittelt wird, aus dem durch Vorwärtsprojektion in den im zweiten Datensatz von Projektionsbildern und nicht in dem ersten Datensatz von Projektionsbildern vorkommenden Projektionsrichtungen wenigstens ein Zwischendatensatz von errechneten Projektionsbildern ermittelt wird, um den der erste Datensatz von Projektionsbildern erweitert wird.The first embodiment described has a high mechanical requirement on the adjustability and accuracy with respect to the two receiving arrangements, for example with respect to a beam exit point or focal spot in the feed direction result. This problem is avoided if the second, particularly advantageous, alternative embodiment of the method according to the invention is used, wherein, if at least one projection image of a projection direction of a data set no projection image of the same projection direction exists in the other data set, from the first set of projection images, a three-dimensional Vorabrekonstruktionsdatensatz is determined from the at least one intermediate data set of calculated projection images is determined by the forward projection in the occurring in the second set of projection images and not in the first set of projection images projection directions by which the first set of projection images is extended.
Um den beschriebenen Nachteil der Einstellungsanforderungen zu umgehen, wird vorgeschlagen, zunächst wie üblich den ersten und den zweiten Datensatz zu akquirieren. Dabei müssen allerdings die Aufnahmegeometrien, konkret die Aufnahme-Trajektorien, der beiden Datensätze nicht detailliert aufeinander abgestimmt sein, das bedeutet, insbesondere können die Trajektorien der Röntgenstrahler, insbesondere der Röntgenbrennflecke, der beiden Aufnahmeanordnungen relativ zum aufzunehmenden Objekt während der Aufnahme unterschiedliche Bahnen beschreiben. Die Projektionsbilder einer der beiden Aufnahmeanordnungen des Hybridsystems, beispielsweise die des CT-Röntgenempfängers oder die des Flachdetektors, werden mittels rechnerischer Verfahren in die Aufnahmegeometrien des jeweils anderen Datensatzes überführt. Erst bei dieser rechnerischen Überführung werden nun zumindest virtuell die Aufnahme-Trajektorien deckungsgleich, so dass dann die Fusion der Projektionsdaten erfolgen kann. Dabei geschieht die Überführung der Geometrie einer Aufnahmeanordnung in die Geometrie der anderen Aufnahmeanordnung vorteilhaft dadurch, dass zunächst eine dreidimensionale Rekonstruktion des einen Datensatzes, hier beispielsweise des ersten Datensatzes, zu dem Vorabrekonstruktionsdatensatz durchgeführt wird. Hiermit werden dann im Rahmen einer Vorwärtsprojektion, insbesondere mittels Raytracing-Verfahren, virtuelle Projektionsbilder in den im ersten Datensatz bislang fehlenden Projektionsrichtungen erzeugt. Insgesamt können also zusammengefasst Unterschiede in den Aufnahmegeometrien durch rechnerische Verfahren vorteilhaft ausgeglichen werden.To avoid the described disadvantage of the adjustment requirements, it is proposed to first acquire the first and the second data set as usual. However, the recording geometries, specifically the recording trajectories, of the two data sets do not have to be coordinated in detail, that is, in particular the trajectories of the X-ray emitters, in particular the X-ray focal spots, of the two recording arrangements relative to the object to be recorded during recording can describe different paths. The projection images of one of the two recording arrangements of the hybrid system, for example those of the CT X-ray receiver or that of the flat detector, are converted by means of computational methods into the acquisition geometries of the respective other data set. Only with this computational transfer are now at least virtually the recording trajectories congruent so that then the fusion of the projection data can be done. In this case, the transfer of the geometry of a recording arrangement into the geometry of the other recording arrangement advantageously takes place in that initially a three-dimensional reconstruction of the one data set, in this case the first data set, for example, is performed for the preliminary reconstruction data set. In this way, as part of a forward projection, in particular by means of ray tracing methods, virtual projection images are generated in the projection directions that were previously missing in the first data record. Overall, therefore, differences in the recording geometries can be advantageously compensated for by computational methods.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es insbesondere bei der rechnerischen Überführung der zweiten Erfindungsalternative vorteilhaft ist, wenn die Aufnahmen eines Datensatzes so kollimiert durchgeführt werden, dass jeweils gleiche Volumenbereiche des aufzunehmenden Objekts durchstrahlt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass zumindest der Großteil der gemessenen Daten fusioniert werden kann und somit für den gesamten Aufnahmebereich ein Bildqualitätsvorteil erzielt werden kann.It should also be noted at this point that it is advantageous, in particular in the case of computational conversion of the second alternative of the invention, when the recordings of a data record are carried out in a collimated manner such that in each case the same volume ranges of the object to be photographed are transmitted. In this way it is ensured that at least the majority of the measured data can be fused and thus an image quality advantage can be achieved for the entire recording area.
Wie bereits erwähnt, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßigerweise vorgesehen, dass ein Projektionsbild des ersten Datensatzes und ein Projektionsbild des zweiten Datensatzes, die gleiche Projektionsrichtungen betreffen, zu einem Projektionsbild des Rekonstruktionsdatensatzes fusioniert werden. Dabei sind wiederum mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, um die tatsächliche Fusion vorzunehmen. Grundsätzlich sind dabei Verfahren denkbar, in denen einer der Datensätze sozusagen als Master-Datensatz gewählt wird, wobei der andere Datensatz letztlich zur Verbesserung des Master-Datensatzes herangezogen wird. Es ist jedoch auch eine echte, letztlich „gleichberechtigte” Fusion der Datensätze möglich.As already mentioned, it is expediently provided in the method according to the invention that a projection image of the first data record and a projection image of the second data record, which relate to the same projection directions, are fused to form a projection image of the reconstruction data record. Again, several embodiments of the method according to the invention are conceivable in order to carry out the actual fusion. In principle, methods are conceivable in which one of the data records is chosen, as it were, as a master data record, with the other data record ultimately being used to improve the master data record. However, it is also a real, ultimately "equal" fusion of the records possible.
In konkreter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass bei einem eine geringere Auflösung aufweisenden Röntgenempfänger der ersten Aufnahmeanordnung aus den Projektionsbildern des ersten Datensatzes mittels Interpolation unter Berücksichtigung der Projektionsbilder des zweiten Datensatzes höher aufgelöste Projektionsbilder für den Rekonstruktionsdatensatz ermittelt werden. In dem Beispiel, dass der erste Datensatz mit einem CT-Röntgenempfänger aufgenommen wird und der zweite Datensatz mit einem Flachdetektor, kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass Daten zwischen einzelnen CT-Detektorzeilen und/oder CT-Detektor-Pixeln mit Hilfe der Projektionsbilder des Flachdetektors interpoliert werden. Dies ist bei breiten Einzeldetektoren, aber auch dann, wenn die Bildaufnahmeeinrichtung mit hohem Vorschub des Patiententisches oder im Spiralmodus betrieben wird, von Vorteil.In a concrete embodiment of the method according to the invention, it can be provided that with a lower resolution X-ray receiver of the first recording arrangement from the projection images of the first data set by means of interpolation taking into account the projection images of the second data set higher resolution projection images are determined for the reconstruction data set. In the example that the first data set is recorded with a CT X-ray receiver and the second data set is with a flat detector, it may therefore be provided, for example, that data between individual CT detector lines and / or CT detector pixels with the aid of the projection images of the flat detector be interpolated. This is advantageous in the case of wide individual detectors, but also when the image recording device is operated with high feed rate of the patient table or in spiral mode.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einem eine geringere Grauwertdynamik aufweisenden Röntgenempfänger der zweiten Aufnahmeanordnung überstrahlte Bereiche in den Projektionsbildern des zweiten Datensatzes ermittelt werden, insbesondere durch Feststellung eines konstanten maximalen Grauwertes, wobei die in den überstrahlten Bereichen liegenden Daten durch Daten des ersten Datensatzes ersetzt werden, und/oder bei einem einen geringeren Erfassungsbereich aufweisenden Röntgenempfänger der zweiten Aufnahmeanordnung in trunkierten Bereichen der Projektionsbilder des zweiten Datensatzes Daten der Projektionsbilder des ersten Datensatzes verwendet werden. Aufgrund kleinerer Erfassungsbereiche trunkierte Daten können also letztlich einfach aus dem Datensatz, der mit dem Röntgenempfänger größeren Erfassungsbereichs aufgenommen wurde, hinzugefügt werden. Ebenso ist es möglich, die Daten, die aufgrund des „Capping” falsch in einem Datensatz vorhanden sind, zu korrigieren, indem überprüft wird, ob über mehrere Pixel hinweg der konstante maximal mögliche Grauwert gemessen wurde, wobei diese „Plateaus” dann ebenso durch Daten des anderen Datensatzes ergänzt werden können. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn im bereits dargelegten Beispiel mit dem CT-Röntgenempfänger aufgenommene Projektionsbilder des ersten Datensatzes verwendet werden, um die mit dem Flachdetektor aufgenommenen Projektionsbilder des zweiten Datensatzes zu verbessern.It is provided according to the invention that, in the case of an X-ray receiver of the second recording arrangement having a lower gray-scale dynamic response, areas which are overexposed in the projection images of the second data set are determined, in particular by detection of a constant maximum gray scale value, wherein the data lying in the overexposed areas are replaced by data of the first data set, and / or used in a truncated area X-ray receiver of the second recording arrangement in truncated areas of the projection images of the second data set of the projection images of the first data set. So truncated data due to smaller coverage areas can ultimately be easily added from the data set taken with the larger coverage X-ray receiver. Likewise, it is possible to correct the data that is incorrectly present in a dataset due to the "capping" by checking whether the constant maximum possible gray value has been measured over several pixels, and these "plateaus" are then also replaced by data of the other data record can be added. This is particularly advantageous if projection images of the first data set recorded with the CT X-ray receiver are used in the example already explained in order to improve the projection images of the second data set recorded with the flat detector.
Alternativ ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwei derselben Projektionsrichtung entsprechende Projektionsbilder des ersten und des zweiten Datensatzes zur Ermittlung des jeweiligen Ortsfrequenzspektrums fouriertransformiert werden, insbesondere unter Verwendung eines „fast fourier transformation”-Algorithmus (FFT-Algorithmus), wobei ein aus den beiden Ortsfrequenzspektren kombiniertes Zielspektrum ermittelt und durch Fourier-Transformation des Zielspektrums in den Ortsraum ein Projektionsbild des Rekonstruktionsdatensatzes ermittelt wird. Es ist also auch denkbar, die Fusion der beiden Datensätze im Ortsfrequenzraum unter Berücksichtigung der in beiden Datensätzen vorhandenen Frequenzinformationen durchzuführen. Dabei kann in konkreter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass bei einem eine geringere Ortsauflösung aufweisenden Röntgenempfänger der ersten Aufnahmeanordnung oberhalb der Nyquist-Frequenz des Projektionsbildes des ersten Datensatzes der oberhalb dieser Nyquist-Frequenz liegende Anteil des Ortsfrequenzspektrums des Projektionsbildes des zweiten Datensatzes angefügt wird. Beispielsweise kann im konkreten Beispiel der Verwendung eines CT-Röntgenempfängers und eines Flachdetektors dann vorgesehen sein, dass hohe Ortsfrequenzen im Fusionsergebnis von den Flachdetektorprojektionsbildern stammen, niedrige Frequenzen jedoch vom CT-Röntgenempfänger. Die Grenzfrequenz kann dabei beispielsweise als die Nyquist-Frequenz des CT-Datensatzes gewählt werden. Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Frequenzen in den Projektionsbildern zunächst längs und/oder quer zu den einzelnen Detektorzeilen extrahiert und analysiert werden können, worauf in einem nachfolgenden Schritt anhand dieser Frequenzinformation die beiden Projektionsbilder fusioniert werden.Alternatively, it is provided according to the invention that two projection images of the first and second data sets corresponding to the same projection direction are Fourier-transformed to determine the respective spatial frequency spectrum, in particular using an "almost fourier transformation" algorithm (FFT algorithm), wherein a target spectrum combined from the two spatial frequency spectra determined and determined by Fourier transformation of the target spectrum in the spatial space a projection image of the reconstruction data set. It is therefore also conceivable to carry out the fusion of the two data sets in the spatial frequency space, taking into account the frequency information present in both data sets. It can be provided in a concrete embodiment that is at a lower spatial resolution having X-ray receiver of the first recording arrangement above the Nyquist frequency of the projection image of the first data set of this Nyquist frequency lying portion of the spatial frequency spectrum of the projection image of the second data set is added. For example, in the concrete example of using a CT X-ray receiver and a flat detector, it may then be provided that high spatial frequencies in the fusion result originate from the flat-panel projection images, but low frequencies originate from the CT X-ray receiver. The cutoff frequency can be selected, for example, as the Nyquist frequency of the CT data set. It should also be noted at this point that the frequencies in the projection images can first be extracted and analyzed longitudinally and / or transversely to the individual detector rows, and then the two projection images are fused in a subsequent step on the basis of this frequency information.
Die Fusion der Projektionsbilder erfolgt dabei vor der eigentlichen Rekonstruktion, es kann jedoch vorgesehen sein, dass die Ermittlung der Projektionsbilder des Rekonstruktionsdatensatzes aus den Projektionsbildern des ersten und zweiten Datensatzes nach einer dem zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes vorgesehenen Rekonstruktionsalgorithmus zugehörigen Filterung erfolgt. Dies kann beispielsweise bei der Verwendung eines Rampenfilters dann vorteilhaft sein, wenn bei den beiden Datensätzen ein unterschiedlicher Offset vorliegt, der durch den Rampenfilter entfernt wird.The fusion of the projection images takes place before the actual reconstruction, but it can be provided that the determination of the projection images of the reconstruction data set from the projection images of the first and second data set according to a provided for the reconstruction of the three-dimensional image data set reconstruction algorithm filtering occurs. This may be advantageous, for example, when using a ramp filter if there is a different offset in the two data sets, which offset is removed by the ramp filter.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus den Projektionsbildern des Rekonstruktionsdatensatzes mittels eines iterativen oder analytischen Rekonstruktionsalgorithmus der dreidimensionale Bilddatensatz ermittelt wird. Es können also letztlich grundsätzlich bekanntere Rekonstruktionsalgorithmen eingesetzt werden, um aus dem Rekonstruktionsdatensatz den dreidimensionalen Bilddatensatz zu ermitteln, beispielsweise ein Verfahren der gefilterten Rückprojektion oder dergleichen. Erhalten wird schließlich ein dreidimensionaler Bilddatensatz mit erhöhter Bildqualität, insbesondere im Beispiel der Verwendung eines CT-Röntgenempfängers und eines Flachdetektors mit einer höheren Ortsauflösung im Vergleich zu einer reinen CT-Rekonstruktion und einem reduzierten Artefaktverhalten im Vergleich zu einer reinen Flachdetektor-Rekonstruktion.In a further embodiment of the present invention, it can be provided that the three-dimensional image data record is determined from the projection images of the reconstruction data record by means of an iterative or analytical reconstruction algorithm. Ultimately, therefore, generally known reconstruction algorithms can be used to determine the three-dimensional image data set from the reconstruction data set, for example a method of filtered back-projection or the like. Finally, a three-dimensional image data set with increased image quality is obtained, in particular in the example of using a CT X-ray receiver and a flat detector with a higher spatial resolution compared to a pure CT reconstruction and a reduced artifact behavior in comparison to a pure flat detector reconstruction.
Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Bildaufnahmeeinrichtung, umfassend wenigstens zwei einen Röntgenstrahler und einen Röntgenempfänger umfassende Aufnahmeanordnungen, wobei sich die Röntgenempfänger bezüglich ihrer Grauwertdynamik und/oder ihrer Ortsauflösung und/oder der Größe ihres Erfassungsbereichs unterscheiden, sowie eine Steuereinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Dabei kann es sich beispielsweise um das bereits durch
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Showing:
An dem Drehkranz
Gesteuert wird der Betrieb der Röntgen-Bildaufnahmeeinrichtung von einer Steuereinrichtung
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass durch die mechanische Kopplung der ersten und der zweiten Aufnahmeanordnung bereits vorteilhafterweise eine intrinsische Registrierung gegeben ist.It should be noted at this point that already advantageously an intrinsic registration is given by the mechanical coupling of the first and the second receiving arrangement.
Durch die gleichen Aufnahme-Trajektorien wird erreicht, dass zu jedem unter einer bestimmten Projektionsrichtung aufgenommenen Projektionsbild des ersten Datensatzes
In einer ersten Variante wird der erste Datensatz
Eine zweite Variante nimmt letztlich den umgekehrten Weg. Hierbei werden die mit dem Flachdetektor aufgenommenen Projektionsbilder des zweiten Datensatzes
Schließlich ist es in einer dritten Variante denkbar, zwei Projektionsbilder im Ortsfrequenzraum zu fusionieren, indem zunächst das Ortsfrequenzspektrum beider Projektionsbilder durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) ermittelt wird. Hieraus wird ein fusioniertes Zielspektrum geschaffen, das jeweils Teile der beiden Einzel-Ortsfrequenzspektren enthält. Dabei stammen die oberhalb einer Grenzfrequenz im Fusionsergebnis, also im Zielspektrum, liegenden Anteile aus dem zweiten Datensatz
Es sei noch darauf hingewiesen, dass, falls der im folgenden verwendete Rekonstruktionsalgorithmus zur Ermittlung des verbesserten dreidimensionalen Bilddatensatzes einen vorgeschalteten Filterschritt, im Falle einer gefilterten Rückprojektion beispielsweise eine Filterung mit einem Rampenfilter, umfasst, die Fusion des Schrittes
In einem Schritt
Im soeben diskutierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde die Datenaufnahme in den Schritten
Obwohl hier beispielhaft eine Ergänzung des ersten Datensatzes
In einem Unterschritt
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| KALENDER, Willi A.: X-ray computed tomography. In: Physics in Medicine and Biology. 2006, Bd. 51, H. 3, S. R29–R43. ISSN 0031-9155 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102011076053A1 (en) | 2012-11-22 |
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