DE10016679A1 - Interference suppression method for tomosynthetic image reconstruction used in medical diagnosis, involves performing tomosynthetic image reconstruction on marked bad segments - Google Patents
Interference suppression method for tomosynthetic image reconstruction used in medical diagnosis, involves performing tomosynthetic image reconstruction on marked bad segmentsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Unter drückung von Störungen, die durch Materialien mit ge genüber einem zu untersuchenden Gegenstand stark unter schiedlicher Strahlen-Absorption Strahlung bei tomo synthetischen Bildrekonstruktionen aus mehreren Einzel aufnahmen hervorgerufen werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Metallartefakteunterdrückung bei Tomosyntheseaufnahmen im Kieferbereich.The invention relates to a method for sub Pressurization of disturbances caused by materials with ge compared to an object to be examined different radiation absorption radiation at tomo synthetic image reconstructions from several single recordings are caused. The procedure is suitable in particular to suppress metal artifacts Tomosynthesis images in the jaw area.
Bei einer Tomosyntheseaufnahme werden eine bestimmte Anzahl von Einzelaufnahmen in gleichmäßigen Winkel schritten einer regelmäßigen Kurve folgend vom Objekt angefertigt. Aus den auf diese Weise erhaltenen Einzel aufnahmen werden dann die Bilder rekonstruiert.With a tomosynthesis recording a certain Number of single shots at an even angle walked on a regular curve from the object prepared. From the individual obtained in this way the images are then reconstructed.
Bilderzeugende Verfahren in der medizinischen Technik, die aus Einzelaufnahmen die Bilder rekonstruieren, ha ben generell Probleme, wenn in der Aufnahme Zonen mit nicht verwertbaren Messdaten vorhanden sind. Dies gilt insbesondere für Aufnahmen, welche Materialien abbil den, die ein gegenüber dem zu untersuchenden Gegenstand hohes Absorptionsvermögen der die Aufnahmen erzeugenden Strahlung aufweisen. Diese Materialien stellen damit Störobjekte dar. Imaging processes in medical technology, who reconstruct the images from single shots, ha generally have problems if in the recording zones with measurement data that cannot be used are available. this applies especially for recordings which materials are shown the one compared to the object to be examined high absorption capacity of the recordings Have radiation. These materials represent it Interference objects.
Solche Aufnahmen entstehen beispielsweise dann, wenn Röntgenaufnahmen im Kiefer- oder Zahnbereich des Kopfes erstellt werden, da ein sehr hoher Prozentsatz der Be völkerung der Industriestaaten Metallteile im Mund hat, beispielsweise Zahnfüllungen, Inlays oder dergleichen. Die Metallteile führen hier zu Störungen, im folgenden Bildartefakte genannt, die die diagnostische Auswertung der Röntgenaufnahme erheblich erschweren oder im Ex tremfalle ganz unmöglich machen.Such recordings are made, for example, when X-rays in the jaw or tooth area of the head be created because a very high percentage of loading population of industrialized countries has metal parts in their mouths, for example dental fillings, inlays or the like. The metal parts cause interference here, in the following Image artifacts called the diagnostic evaluation X-ray imaging considerably difficult or in Ex make trem trap impossible.
Die durch Metallteile hervorgerufenen Bildartefakte lassen sich in Nahartefakte und Fernartefakte untertei len. Nahartefakte sind solche, die in unmittelbarer Um gebung des Metallteiles beispielsweise einer Amalgam einlage liegen, während als Fernartefakte solche Arte fakte bezeichnet werden, die durch Metallteile entste hen, die in einiger Entfernung vom abzubildenden Gewe beteil liegen beispielsweise im Gegenast des Kieferbo gens.The image artifacts caused by metal parts can be divided into near artifacts and distant artifacts len. Close artifacts are those that occur in the immediate vicinity Giving the metal part, for example, an amalgam deposit, while such artefacts as remote artifacts facts that are caused by metal parts hen some distance from the tissue to be imaged for example, are in the opposite branch of the Kieferbo gens.
Die Artefakte bergen die Gefahr erheblicher Fehldiagno sen. Die Nahartefakte können einen real nicht vorhande nen Spalt zwischen Füllung und Zahn suggerieren, das heißt bei Vorliegen größerer Füllungen wäre ein Rand spaltkaries nicht mehr diagnostizierbar. Fernartefakte können vorhandene Strukturen überdecken oder Pseudo strukturen vortäuschen.The artifacts carry the risk of considerable misdiagnosis sen. The near artefacts can not really exist suggest a gap between the filling and tooth, that If there are larger fillings there would be a border Split caries can no longer be diagnosed. Remote artifacts can cover existing structures or pseudo pretend structures.
Die DE-A1-198 35 451 bezieht sich auf ein Verfahren für einen Computertomographen zur Nachverarbeitung eines Schnittbildes und auf einen nach diesem Verfahren ar beitender Computertomograph, mit welchem die Bildung von Ringartefakten beseitigt werden soll. Die Pixelwer te des Schnittbildes werden einer oder mehreren Median filterungen und einer Mittelung unterzogen. DE-A1-198 35 451 relates to a method for a computer tomograph for post-processing a Sectional image and ar on a by this method working computer tomograph with which the education of ring artifacts to be removed. The Pixelwer The cross section becomes one or more medians filtering and subjected to averaging.
Die Problemstellung bei der Tomosynthese ist komplexer als die der Ringartefakteunterdrückung bei computerto mographischen Anwendungen wie in der DE-A1-198 35 451 beschrieben, da hier zweidimensionale statt eindimensi onale Projektion zur Korrektur anstehen und die Auswir kung der Störungen nicht auf die rekonstruierte Schicht begrenzt bleibt.The problem with tomosynthesis is more complex than that of ring artifact suppression at computerto mographic applications as in DE-A1-198 35 451 described, since here two-dimensional instead of one-dimensional onal projection pending correction and the impact The interference does not affect the reconstructed layer remains limited.
Die Rekonstruktionsverfahren besitzen daher Möglichkei ten zur Korrektur der oben aufgezählten Artefakter scheinungen in Form von einfachen Segmentierungs- und Datenergänzungsverfahren (Clippingverfahren).The reconstruction methods are therefore possible to correct the artifacts listed above appearances in the form of simple segmentation and Data supplementation process (clipping process).
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bereits be kannten Lösungsansätzen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels wel chem der Einfluss von Störungen bei der Erstellung von tomosynthetischen Bildrekonstruktionen verringert wird.Based on the be from the prior art Known approaches, the invention is the task based on providing a method by means of wel chem the influence of disturbances in the creation of tomosynthetic image reconstructions is reduced.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Unterdrückung von Störungen, die durch Materialien mit gegenüber einem zu untersu chenden Gegenstand stark unterschiedlicher Absorption einer zur Erstellung von mehreren Einzelaufnahmen ver wendeten Strahlung bei tomosynthetischen Bildrekon struktionen aus mehreren Einzelaufnahmen hervorgerufen werden, jede Einzelaufnahme in eine Anzahl von n Seg mente unterteilt wird, dass die Segmente, die Abbildun gen der Materialen stark unterschiedlicher Absorption enthalten, als "schlecht" gekennzeichnet werden und dass die tomosynthetischen Bildrekonstruktionen ohne die Berücksichtigung der Anzahl von m "schlechten" Segmente mit den verbleibenden Segmenten der Anzahl n-m durchgeführt wird.According to the invention the object is achieved in that in a method of suppressing interference, to be examined by materials with one another object of widely differing absorption one for creating multiple single shots applied radiation in tomosynthetic image reconstruction structures caused by several individual shots be, each individual recording in a number of n seg ment that the segments, the image against the materials of very different absorption included, marked as "bad" and that the tomosynthetic image reconstructions without taking into account the number of m "bad" segments with the remaining segments of the number n-m is carried out.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich bei der Rekonstruktion der Tomosyntheseaufnahme Nahartefakte erheblich reduzieren, sowie Fernarktefakte unterdrü cken. Bei der Rekonstruktion wird der Rechenvorgang je weils nur auf die "guten" Segmente der Einzelaufnahmen angewendet. Die lokal niedrigere Zahl der Originalauf nahmen hat in dem entsprechenden Bereich eine dort schlechtere Tiefenauflösung oder anderweitig eventuell schlechtere Bildqualität zur Folge, was jedoch wegen der besseren Gesamtbildqualität in Kauf genommen wird.With the proposed method, the Reconstruction of tomosynthesis close-up artifacts significantly reduce, as well as suppress remote market artefacts tick. The calculation process depends on the reconstruction because only on the "good" segments of the individual shots applied. The locally lower number of originals took one in the appropriate area there poorer depth resolution or otherwise possibly poorer image quality, but because of the better overall image quality is accepted.
Bei der Rekonstruktion oder der Rückprojektion lässt sich eine Verbesserung der Darstellung der Schwer punktsschicht der Füllung realisieren, die Füllung aus hochabsorbierendem Material erscheint erheblich klarer definiert. Die Umgebungsbereiche werden durch die Aus strahlung der Füllung erhelich weniger beeinträchtigt.When reconstruction or rear projection leaves itself an improvement in the representation of the heavy Realize the point layer of the filling, the filling highly absorbent material appears much clearer Are defined. The surrounding areas are marked by the off radiation of the filling is less impaired.
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäß vorgeschla genen Verfahrens sind darin zu erblicken dass zur Ent scheidung darüber, ob ein Segment Materialen stark un terschiedlicher Absorption enthält, ein Schwellenwert verwendet wird. In dem Fall, dass die Abfrage eines Schwellenwertes kein ausreichend klares Ergebnis er gibt, können mehrere Schwellenwerte abgefragt werden.Further refinements of the proposal according to the invention The process can be seen in that for the ent decision on whether a segment of materials is strongly un contains different absorption, a threshold is used. In the event that the query of a Threshold is not a sufficiently clear result multiple threshold values can be queried.
Vorteilhafterweise lässt sich zur Abtrennung von Materialien mit stark erhöhter Absorption ein oberer Schwellwert und zur Abtrennung von Materialien mit ver ringerter Absorption ein unterer Schwellwert verwenden. Die Absorption ist dabei jeweils auf den zu untersu chenden Gegenstand bezogen. Advantageously, for the separation of Materials with greatly increased absorption an upper one Threshold and for the separation of materials with ver lower absorption use a lower threshold. The absorption is to be examined in each case related object.
Die Segmentierung der Einzelaufnahme und/oder die Festlegung des Schwellenwerts kann nach Bildkriterien wie Helligkeit, Textur und Flankensteilheit erfolgen.The segmentation of the individual recording and / or the The threshold can be set according to image criteria such as brightness, texture and steepness.
Bei einer Automatisierung der Metallerkennung sind ne ben den Schwellenwerten der Helligkeit auch die Krite rien der Flankensteilheit, die Ausbildung von Texturen von Bedeutung. Die Flankensteilheit läßt sich durch die Berechnung von Gradienten in den Projektionsdaten über prüfen.When automating the metal detection are ne In addition to the threshold values for brightness, the criteria rien of slope, the formation of textures significant. The steepness can be reduced by the Calculation of gradients in the projection data via check.
Für die Texturenanalyse können ebenfalls Schwellenwerte gesetzt werden.Threshold values can also be used for texture analysis be set.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere solche Materialen stark unterschiedlicher Absorption, die metallische Bestandteile mit hoher Absorption der verwendeten Strahlung aufweisen. Als Strahlung kommt dabei vorteilhafterweise eine Röntgenstrahlung zur Anwendung.The method according to the invention relates in particular such materials of very different absorption, the metallic components with high absorption of the have used radiation. When radiation comes an X-ray beam advantageously Application.
Mit einer Veränderung der Schwellenwerte lassen sich die unerwünschten, eine exakte Diagnose der Tomosynthe seaufnahme verhindernden Nahartefakte Nahstörungs- und Fernstörungserscheinungen beeinflussen.With a change in the threshold values the unwanted, accurate diagnosis of tomosynthe Uptake-preventing near-artifacts near-interference and Affect remote interference.
Das Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der zu untersuchende Gegenstand einen Zahn oder Teile davon und/oder eine Knochenstruktur umfasst. Dabei kann vorzugsweise ein gemeinsamer Schwellenwert detektiert werden, der zur Abtrennung des Zahnmateriales von Mate rialen stark unterschiedlicher Absorption herangezogen wird.The method is particularly advantageous if the object to be examined is a tooth or parts thereof and / or a bone structure. It can preferably a common threshold value is detected be used to separate the tooth material from Mate strongly different absorption becomes.
Vorteilhafterweise wird zu Abtrennung von Metallen und zur Abtrennung von Luft ein oberer bzw. ein unterer Schwellenwert abgefragt so dass zur tomosynthetischen Bildrekonstruktion des Zahns im wesentlichen die Bild daten des Zahns selbst berücksichtigt werden.It is advantageous to separate metals and an upper or a lower one for separating air Threshold value queried so that for tomosynthetic Image reconstruction of the tooth is essentially the image data of the tooth itself are taken into account.
Anhand einer Zeichnung wird das erfindungsgemäße Ver fahren nachstehend näher erläutert. Es zeigt:Using a drawing, the Ver drive explained in more detail below. It shows:
Fig. 1 die Kreisbahn für eine Tomosyntheseaufnahme bei der das aufzunehmende Objekt bei einer horizontalen Abtastung von hochabsorbierenden Materialien im Gegenkiefer abgedeckt wird, Fig. 1, the circular path for a Tomosyntheseaufnahme when the object to be covered in a horizontal scan of superabsorbents in the opposite jaw,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Röntgen bildes mit einem Störobjekt Fig. 2 is a schematic representation of an X-ray image with an interfering object
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Aufteilung einer Einzelaufnahme in Segmente. Fig. 3 is a schematic diagram of the division of a single shot into segments.
Fig. 1 zeigt den aufzunehmenden Gegenstand 1, der bei einer horizontal verlaufenden Abtastung durch einen Strahlensender 2 von hochabsorbierendem Material in Gestalt von Zahnfüllungen 3 im Gegenkieferast abge deckt. Fig. 1 shows the object to be recorded 1 , which covers a horizontal scan by a radiation transmitter 2 of highly absorbent material in the form of tooth fillings 3 in the opposite jaw branch.
Der Strahlensender 2 und ein gegenüberliegendes Sensor element 4 bewegen sich mechanisch miteinander gekoppelt auf einer Kreisbahn 5. Ihr gemeinsamer Drehpunkt 6 liegt in der Hochachse des aufzunehmenden Gegenstands 1. Im Drehpunkt 6 liegt der Ursprung eines Koordinaten systems, bestehend aus X-Achse 7 und Z-Achse 8.The radiation transmitter 2 and an opposite sensor element 4 move mechanically coupled with each other on a circular path 5 . Their common pivot point 6 lies in the vertical axis of the object 1 to be recorded . At the pivot point 6 is the origin of a coordinate system consisting of the X axis 7 and Z axis 8 .
In der gezeigten Konfiguration liegen die Störungsob jekte 3 als hochabsorbierender Materialien im Gegenkieferast derart in einem Strahlenkegel 9, dass in der Projektionsebene am Sensorelement 4 in Teilbereichen keine verwertbare Bildinformation ankommt. Der nichtdiagnosefähige Bereich wird mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bei der vorgeschlagenen Verfahrens bei der Rekonstruktion des Bildes nicht verwendet.In the configuration shown, the interference objects 3 are located as highly absorbent materials in the opposing branch of the branch in a beam cone 9 such that no usable image information arrives in partial areas in the projection plane on the sensor element 4 . The non-diagnosis-capable area is not used in the proposed method in the reconstruction of the image by means of the method proposed according to the invention.
Fig. 2 zeigt einen Zahn 10 mit einer Füllung 11 aus ei nem Metall mit einer hohen Absorption für Röntgenstrah len als Beispiel für ein typisches Störobjekt. Fig. 2 shows a tooth 10 with a filling 11 of egg nem metal with a high absorption for X-ray len as an example of a typical interference object.
Fig. 3a zeigt einen Ausschnitt aus einer mit dem Sensor aufgenommenen Einzelaufnahme, welcher in Bereiche (Seg mente) 12-23 aufgeteilt ist. Ein Bereich 17 wurde als "schlecht" gekennzeichnet, da in diesem Bereich eine Abbildung eines Materials unterschiedlicher Absorption festgestellt wurde. Von einer Anzahl n = 12 Bereichen 12-23 wird somit eine Anzahl von m = 1 Bereichen 17 bei der tomosynthetischen Bildrekonstruktion nicht berück sichtigt. Fig. 3a shows a section of a single picture taken with the sensor, which is divided into areas (segments) 12-23 . A region 17 was marked as "bad" because an image of a material of different absorption was found in this region. Of a number n = 12 areas 12-23 , a number of m = 1 areas 17 is therefore not taken into account in the tomosynthetic image reconstruction.
In diesem Fall bedeutet dies, dass als Material ein me tallisches Störobjekt mit einer hohen Absorption von Röntgenstrahlen in diesen Bereich hinein abgebildet wurde.In this case, this means that a me metallic interference object with a high absorption of X-rays imaged into this area has been.
In Fig. 3b ist eine zweite Einzelaufnahme zu erkennen, bei dem der Bereich 18 als "schlecht" gekennzeichnet wurde. Der Bereich 17 ist bei dieser Aufnahme hingegen als "gut" befunden.A second individual image can be seen in FIG. 3b, in which area 18 has been identified as "bad". The area 17 , on the other hand, is found to be "good" in this recording.
Bei der tomographischen Bildrekonstruktion wird aus mehreren Einzelaufnahmen ein Gesamtbild erzeugt, wobei jedoch der "schlechte" Bereich 17 des ersten Einzelbil des aus Fig. 3a und der "schlechte" Bereich 18 des zweiten Einzelbildes aus Fig. 3b nicht berücksichtigt werden.In the case of tomographic image reconstruction, an overall image is generated from a plurality of individual recordings, but the “bad” region 17 of the first individual image from FIG. 3a and the “bad” region 18 of the second individual image from FIG. 3b are not taken into account.
Innerhalb eines "schlechten" Bereichs werden die Pixel als "schlecht" gekennzeichnet und bleiben daher bei der Auswertung unberücksichtigt. Zur Feststellung, ob ein Segmentmaterial in stark unterschiedlicher Absorption enthält wird ein Schwellenwert verwendet, der die Ein zelaufnahme nach Bildkriterien wie Helligkeit, Textur und Flankensteilheit bewertet. Textur bedeutet dabei, dass ein aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit erzeug tes Signal typische Schwankungen aufweist. So ist Me tall in der Regel glatt, wenn das verfahrensbedingte Rauschen ausgeschaltet wird, die Zahnoberfläche selbst gibt ein stärker schwankendes Signal.The pixels are within a "bad" area marked as "bad" and therefore remain with the Evaluation not taken into account. To determine if a Segment material in very different absorption contains a threshold that contains the On individual recording according to image criteria such as brightness, texture and edge steepness. Texture means that produce a due to the surface condition tes signal shows typical fluctuations. That's me tall usually smooth if the procedural Noise is turned off, the tooth surface itself gives a more fluctuating signal.
Die Flankensteilheit gibt die Größe des Unterschieds von einem Pixel zum nächsten Pixel an. Bei Übergängen vom Zahn in das Metall liegt eine größer Unterschied vor, der Unterschied beim Übergang vom Zahn zur Luft liegt ebenfalls ein deutlicher Unterschied vor, der je doch kleiner ist.The slope indicates the size of the difference from one pixel to the next pixel. At transitions There is a bigger difference from the tooth to the metal before, the difference in the transition from tooth to air there is also a clear difference that ever is smaller.
Die Schwellwertüberprüfung kann für einen einzigen Schwellwert erfolgen, selbstverständlich können auch alle Schwellwerte kombiniert werden, um so eine verbes serte Segmentierung der Einzelaufnahme durchzuführen.The threshold check can be for a single Threshold value can take place, of course, too all threshold values are combined to create a better perform segmentation of the individual exposure.
Dabei kann auch ein oberer Schwellenwert und ein unte rer Schwellenwert zur Anwendung kommen, um die tomo synthetische Bildrekonstruktion des verbleibenden Bil des von Störeinflüssen zu befreien. Dadurch kann der aufzunehmende Gegenstand sowohl gegen Hochabsorbierende Materialien als auch gegen gering absorbierende Materi alien abgegrenzt werden, so dass die tomosynthetische Bildrekonstruktion nur mit den eigentlich erwünschten Bilddaten des zu untersuchenden Gegenstands ausgeführt wird.There can also be an upper threshold and a lower rer threshold apply to the tomo synthetic image reconstruction of the remaining image to get rid of interference. This allows the object to be absorbed both against high-absorbency Materials as well as against low absorbing materials alien be delimited so that the tomosynthetic Image reconstruction only with the actually desired ones Image data of the object to be examined executed becomes.
Bei der tomosynthetischen Bildrekonstruktion handelt es sich um ein Verfahren, in dem sämtliche Bilddaten auf mathematische Weise miteinander verknüpft werden, so dass in den Bilddaten vorhandene Störungen sich auf die gesamte Berechnung auswirken. Mit dem erfindungsgemäß Verfahren wird dies vermieden.It is a matter of tomosynthetic image reconstruction is a process in which all image data is based on mathematically linked together, so that disturbances present in the image data affect the impact entire calculation. With the invention Procedure, this is avoided.
Zusätzlich zu dem Bildverarbeitungsverfahren ist es möglich, die tomosynthetische Bildrekonstruktion da durch zu verbessern, dass eine besonderen Durchstrah lung des zu untersuchenden Gegenstandes erfolgt, wie sich in der zeitgleich eingereichten Anmeldung der sel ben Anmelderin unter dem internen Aktenzeichen 19990014 offenbart sind. Die dort gemachten Ausführungen werden ausdrücklich in die hier vorliegende Anmeldung mit ein bezogen. Eine Anschrift liegt bei. In addition to the image processing method, it is possible, the tomosynthetic image reconstruction there by improving that a special transmission development of the object to be examined is carried out as in the registration of the sel ben applicant under the internal file number 19990014 are disclosed. The statements made there will be expressly included in the present application based. An address is included.
11
zu untersuchender Gegenstand
object to be examined
22
Strahlensender
Radiation transmitter
33rd
metallische Störobjekte
metallic interfering objects
44
Sensorelement
Sensor element
55
Kreisbahn
Circular path
66
Drehpunkt
pivot point
77
X-Achse
X axis
88th
Z-Achse
Z axis
99
Strahlenkegel
Ray cone
1010th
Zahn
tooth
1111
Füllung
filling
12-2312-23
Bereiche
Areas
1717th
"schlechter" Bereich der ersten Einzelaufnahme
"bad" area of the first single shot
1818th
"schlechter" Bereich der zweiten Einzelaufnahme
"bad" area of the second single shot
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2000
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