DE102008045449A1

DE102008045449A1 - Verfahren zur Erstellung von computertomographischen Aufnahmen eines Patienten mit metallischen Anteilen

Info

Publication number: DE102008045449A1
Application number: DE200810045449
Authority: DE
Inventors: Herbert Bruder; Rainer Dr. Raupach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-09-03
Also published as: US20100054569A1; US8379953B2; DE102008045449B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von computertomographischen Aufnahmen eines Patienten mit metallischen Anteilen, durch: - Abtastung des Patienten durch ein Röntgenröhren-Detektor-System, wobei mindestens ein Sinogramm gesammelt wird, - Bestimmung der Detektorsignaldaten, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden, - Entfernen der Detektorsignaldaten, die durch metallische Anteile beeinflusst wurden, - Ermitteln der Strahlenspuren im Sinogramm zumindest der Volumenelemente, die durch Strahlen getroffen werden, die durch die metallischen Anteile geschwächt werden, und die Strahlenspur der entfernten Detektorsignaldaten im Sinogramm kreuzen, - Bestimmung jeweils eines minimalen Messwertes auf jeder Strahlenspur, - Aufaddierung der minimalen Messwerte der Strahlenspuren auf die Messpunkte der entfernten Detektorsignaldaten, die von diesen Strahleerwendung dieses so ermittelten mindestens einen Sinogramms zur Rekonstruktion von computertomographischen Aufnahmen des Patienten ohne metallischen Anteil, und Anzeige der rekonstruierten computertomographischen Aufnahmen des Patienten mit metallischen Anteilen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von computertomographischen Aufnahmen eines Patienten mit metallischen Anteilen, wobei eine Abtastung des Patienten entlang einer Systemachse eines CT-Systems durch mindestens ein Röntgenröhren-Detektor-System durchgeführt wird und aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln Detektorsignaldaten in mindestens einem Sinogramm gesammelt werden, mit denen anschließend eine Rekonstruktion von computertomographischen Aufnahmen ausgeführt wird.
Ein solches Verfahren zur Erstellung computertomographischer Aufnahmen aus Detektorsignaldaten, die durch eine spiralförmige oder kreisförmige Abtastung eines Patienten gewonnen werden, beziehungsweise aus den hieraus berechneten Projektionsdaten, ist allgemein bekannt. Werden diese Detektorsignaldaten allerdings von einem Patienten als Untersuchungsobjekt ermittelt, der eine metallische Struktur enthält, zum Beispiel aufgrund eines zuvor eingesetzten künstlichen Gelenkes aus Metall, so werden durch diese metallische Struktur und die hiermit erzeugte starke Absorption der abtastenden Röntgenstrahlung strahlenförmig von der Struktur ausgehende Bildartefakte erzeugt.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu finden, welches es ermöglicht, diese durch metallische Strukturen hervorgerufenen Bildartefakte weitestgehend zu unterdrücken.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, die durch die Abtastung des Patienten gewonnenen Detektorsignaldaten, soweit sie von der metallischen Struktur beeinflusst wurden, zu entfernen und durch angenäherte Detektorsignaldaten zu ersetzen. Wird aus derart korrigierten Detektorsignaldaten anschließend eine computertomographische Darstellung rekonstruiert, so verschwinden auch die durch das Metall bedingten strahlenförmigen Bildartefakte. Die zu ersetzenden Daten können dabei zumindest in guter Näherung ihrem Wert nach aus den sonstigen Detektorsignaldaten aller Voxel gewonnen werden, die bei der Abtastung von einem Strahl getroffen werden, der auch die zu eliminierende metallische Struktur schneidet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Voxel bei der Abtastung jeweils eine Strahlenspur auf dem Sinogramm abbilden, die durch die Strahlen vom Fokus der Strahlenquelle über das Voxel zum Detektor beschrieben wird. Eine sich als sehr günstig erweisende Auswahl ist hierbei der Minimumwert aller gemessenen Detektorsignale auf einer Strahlenspur. Dieser Wert wird entlang der Spur auf alle metallbeeinflussten und aus dem Sinogramm entfernten Pixel übertragen, wobei mehrere Strahlenspuren, die ein Pixel treffen, zu einer Aufsummierung der Werte führen. Da dieses Verfahren bis hierher ohne Normierung arbeitet, sollten die künstlich erzeugten Pixelwerte relativ zu den gemessenen Werten des Sinogramms angeglichen werden.
Demgemäß schlagen die Erfinder eine Verbesserung eines an sich bekannten Verfahrens zur Erstellung von computertomographischen Aufnahmen eines Patienten mit metallischen Anteilen vor, wobei dieses die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

– Abtastung des Patienten entlang einer Systemachse eines CT-Systems durch mindestens ein Röntgenröhren-Detektor-System, wobei aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln Absorptionsdaten in mindestens einem Sinogramm gesammelt werden, und
– anschließende Rekonstruktion von computertomographischen Aufnahmen.

Die erfindungsgemäße Verbesserung liegt dabei in den folgenden Verfahrensschritten:

– Bestimmung der Absorptionsdaten, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden, wobei diese bei der Abtastung mindestens eine Strahlenspur in dem mindestens einen Sinogramm bilden,
– Entfernen der Absorptionsdaten, die durch metallische Anteile beeinflusst wurden, aus dem mindestens einen Sinogramm,
– Ermitteln der Strahlenspuren in dem mindestens einen Sinogramm zumindest der Volumenelemente im Patienten, die durch Strahlen getroffen werden, die durch die metallischen Anteile geschwächt werden, und die die Strahlenspur der entfernen Absorptionsdaten im mindestens einen Sinogramm kreuzen,
– Bestimmung jeweils eines minimalen Messwertes auf jeder ermittelten Strahlenspur,
– Aufaddierung aller minimalen Messwerte aller Strahlenspuren auf die Messpunkte der entfernten Absorptionsdaten, die von diesen Strahlenspuren jeweils gekreuzt werden, in dem mindestens einen Sinogramm,
– Verwendung dieses so ermittelten mindestens einen Sinogramms zur Rekonstruktion von computertomographischen Aufnahmen des Patienten ohne metallischen Anteil.

Vorteilhaft kann das Verfahren nicht nur in Verbindung mit einer 2D-Rekonstruktion, sondern auch in Verbindung mit einer Volumenrekonstruktion angewendet werden. Weiterhin kann bezüglich der Abtastgeometrie sowohl eine Spiralabtastung als auch eine Kreisabtastung angewendet werden.
Zur Bestimmung der Detektorsignaldaten, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden, kann beispielsweise ein einfaches Schwellwertverfahren bezogen auf die gemessenen Detektorsignaldaten verwendet werden.
Eine genauere Spezifizierung der Detektorsignaldaten, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wur den, ist möglich, wenn eine Rückprojektion mit den ursprünglich aus den Detektorsignaldaten ermittelten Projektionsdaten und anschließende Segmentierung der metallischen Anteile durchgeführt wird, wobei dann durch geometrische Berechnungen die Daten in dem mindestens einen Sinogramm ermittelt werden, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden.
Alternativ hierzu kann auch – falls das vorliegende Verfahren im Rahmen einer Mehr-Energie-Abtastung, zum Beispiel im Rahmen einer Dual-Energy-CT, oder unter Verwendung energieauflösender Detektoren stattfindet – eine Materialzerlegung mit Hilfe mindestens zweier energiespezifischer Bilddaten zur Bestimmung der metallischen Anteile durchgeführt werden, wobei dann durch geometrische Berechnungen die Daten in dem mindestens einen Sinogramm ermittelt werden, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden. Bezüglich des Verfahrens der Materialzerlegung wird beispielhaft auf die deutschen Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen 101 43 131 und 10 2005 049 586 verwiesen.
Das vorliegende Verfahren kann unter Verwendung von Sinogrammen sowohl auf der Basis von Parallelprojektion als auch von Kegelprojektion angewendet werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die neu berechneten Sinogrammdaten des mindestens einen Sinogramms geglättet oder normiert werden, wobei diese Glättung gegenüber den bereits vorhandenen Messdaten stattfinden kann, um möglichst weiche Übergänge im Sinogramm zu erzeugen. Eine Normierung kann beispielsweise vorgenommen werden, indem der Signalwert in einem Pixel durch die Anzahl der Trajektorien, die das Pixel schneiden, dividiert wird.
Um einen Datenabgleich zwischen den ersetzten Messdaten gegenüber den ursprünglich gemessenen Daten durchzuführen, kann eine Mittelwertbildung im Grenzbereich stattfinden und die entsprechenden Daten mit dem Verhältnis der Mittelwerte reskaliert werden. Weiterhin kann zur Glättung auch ein gerichteter Mittelwert zwischen den neu berechneten Sinogrammdaten und den originär gemessenen Sinogrammdaten gebildet und zur Rekonstruktion verwendet werden.
Damit die computertomographische Darstellung möglichst realistisch ist, können in den letztendlich rekonstruierten computertomographischen Aufnahmen im zuvor ermittelten Bereich der metallischen Anteile vorgegebene Schwächungswerte eingetragen werden. Alternativ können in diesem Bereich der metallischen Anteile auch Werte eingetragen werden, die den vorgegebenen Schwächungswerten von Metall entsprechen oder aber Werte aus einer Rekonstruktion, die ohne die zuvor beschriebenen Korrekturmaßnahmen durchgeführt wurde, übernommen werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt neben dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Computersystem zur Rekonstruktion, Auswertung und Darstellung von CT-Bilddaten mit einem Programmspeicher mit Computerprogrammen, wobei mindestens eines der Computerprogramme im Betrieb eines der oben beschriebenen Verfahren ausführt.
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 die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre; 5: zweiter Detektor; 6: Gantrygehäuse; 6.1: C-Bogen/C-Bogen-Antriebssystem; 7: Patient; 8: verschiebbare Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; Computer; 11: Kontrastmittelapplikator; 12: EKG-Leitung; 13: Steuerleitung für den Kontrastmittelapplikation; 14: Messöffnung im Gantrygehäuse; 15: metallische Struktur; 16: Spur einer metallischen Struktur im Sinogramm; 17: Strahlenspur im Sinogramm; Prg₁–Prg_n: Computerprogramme; S: Strahlen; V: Volumenelement.
Es zeigen im Einzelnen:
1: CT-Schnittdarstellung eines Patienten mit einer im Körper befindlichen metallischen Struktur und davon ausgehenden Bildartefakten;
2: Ausschnitt aus einem Sinogramm mit entfernten Messdaten, die durch Metall beeinflusst wurden;
3: Darstellung der Abtastgeometrie;
4: 3D-Sinogramm mit einer Strahlenspur eines Volumenelementes;
5: CT-System;
6: C-Bogen-System.
Im Folgenden wird eine rohdatenbasierte Methode angegeben, die die Metallartefakte weitestgehend beseitigt. Der Algorithmus verwendet die Grundidee einer Sinogramm-Zerlegung, wie sie beispielhaft in R. Chityala, K. R. Hoffmann, S. Rudin, D. R. Bednarek, 'Artifact reduction in truncated CT using Sinogram completion', Proceedings of SPIE, Medical Imaging, Vol. 5747, 2005, pp. 1605, beschrieben ist. In dem hier dargestellten Beispiel wird der Algorithmus auf 3D-CT-Spiraldaten angewendet, wobei nun Metallartefakte korrigiert werden.
In der 1 wird eine CT-Aufnahme eines Patienten gezeigt, in der eine im Patienten befindliche Metallstruktur, hier eine metallische Oberschenkelhalsprothese, zu starken strahlenförmig zur Metallstruktur und in Richtung der abtastenden Strahlung angelegten Bildartefakten führt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduktion dieser Bildartefakte in computertomographischen Aufnahmen eines Patienten mit metallischen Anteilen, gemäß dem oben geschilderten grundlegenden Gedanken der Erfindung, das hier speziell auf 3D-CT-Spiraldaten angewendet wird, kann wie folgt gegliedert werden:
1. Segmentierung der Metallstrukturen in einem rekonstruierten 3D-Bildstapel.
Eine solche Segmentierung kann auf an sich bekannte Weise zum Beispiel mittels Schwellwertbildung oder andere bekannte Methoden, wie eine Materialzerlegung, mit Hilfe von mehreren energiespezifischen CT-Aufnahmen erfolgen.
2. Reprojektion einer in Schritt 1. erkannten Metallstruktur in den Rohdatenraum, vorzugsweise in Parallelgeometrie.
Man erhält dabei ein Sinogramm p^M(θ, t, q), welches allein durch die Signale der Metallstruktur bestimmt ist. Dabei bezeichnen (θ, t, q) die Parallelkoordinaten. Das Sinogramm p^M(θ, t, q) definiert somit alle Strahlen und Messwerte, die durch die Metallstruktur eine Schwächung erfahren haben.
3. Zeilenweises Parallelrebinning der CT Cone-Beam Daten.
Da die Messdaten meist als Cone-Beam-Projektionsdaten p(α, β, q) vorliegen, die in Fächergeometrie durch den Projektionswinkel α, die Fächerposition β und die Zeilennummer q beschrieben werden, können diese nun mittels folgender Gleichungen in Parallelkoordinaten (θ, t, q), umsortiert werden: θ = α + β und t = Rfsinβ
Dabei ist die z-Position der Schicht q einer parallelen Conebeam-Projektion in Parallelgeometrie in Bezug auf das Detektorzentrum gegeben mit:
hierbei bezeichnet R_f den Abstand des Fokus zum Drehzentrum, z_rot den Vorschub pro Umlauf im Spiralbetrieb in z-Richtung und N_q die Anzahl der Detektorzeilen. Die Projektionswerte liegen dann als dreidimensionales Parallelsinogramm p^t(θ, t, q) vor.
4. Subtraktion der Sinogramme p^t(θ, t, q) und p^M(θ, t, q)
Dies entspricht auch einem Herausschneiden aller durch die Metallstruktur beeinflussten Schwächungswerte im Sinogramm. Es ist jedem Signal im Detektorpixel eineindeutig ein Linienintergral zugeordnet. Bei der Summation der minimalen Signale von unterschiedlichen Trajektorien im Kreuzungspunkt wird gedanklich von Unterschiedsobjekten ausgegangen, die jeweils die Signaltrajektorien erzeugen. Einem Pixel ist eineindeutig eine Signaltrajektorie zugeordnet. Daher macht es Sinn im Kreuzungspunkt Minimalwerte zu summieren. Alle im Kreuzungspunkt zur Summe beitragenden Signale ergeben dann eineindeutig das Linienintergral, das dem Kreuzungspunkt zugeordnet ist.
Es ergibt sich somit ein Sinogramm p^tmM(θ, t, q), in dem der Metallbereich ausgespart ist. Die 2 zeigt einen Teilbereich eines solchen Sinogramms p^tmM(θ, t, q) . Die darin zu sehende schwarze Spur 16 repräsentiert all die Projektionsdaten, deren Strahlen durch die metallische Struktur beeinflusst wurden. Es gilt: ptmM(θ, t, q) = pt(θ, t, q) – pM(θ, t, q)
5. Sinogramm-Ergänzung mittels Sinogramm-Zerlegung.
Ein Voxel V mit den Zylinderkoordinaten (r, Φ, z), gemäß der Darstellung der Koordinaten in der 3, definiert im Spiralbetrieb einer CT-Abtastung eine Strahlenspur 17 in Paralleldarstellung in einem dreidimensionalen Sinogramm, wie es in der 4 gezeigt ist.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch einen Patienten 7 mit einer metallischen Struktur 15 im ebenfalls zu den Zylinderkoordinaten und Parallelkoordinaten dargestellten kartesischen (x, y, z)-Koordinatensystem; die z-Achse steht nicht sichtbar senkrecht auf der Bildebene. Die parallel angeordneten Strahlen S entsprechen den parallelsortierten Strahlen einer Projektion nach einem Parallelrebinning. In der 4 ist ein Stapel mit mehreren zweidimensionalen Sinogrammen in der θ, t-Ebene gezeigt, die in der Summe einem dreidimensionalen Sinogramm entsprechen, wobei die Sinogrammebenen in Richtung der (Detektor-)Zeilenzahl q entsprechen. Weiterhin ist hier die Strahlenspur 17 über die Sinogramme gelegt, wobei darauf hinzuweisen ist, dass diese Darstellung lediglich schematischen Charakter hat.
Mit der Gleichung
lässt sich die Strahlenspur im Sinogramm beziehungsweise die dieser Strahlenspur entsprechenden Messwerte definieren. Dabei bezeichnet ϑ_cone den Konusöffnungswinkel des halben Detektors und R_f den Abstand vom Fokus der verwendeten Strahlenquelle zum Isozentrum der Spiralbewegung der Strahlenquelle.
Erfindungsgemäß können nun alle Voxel außerhalb des segmentierten Metallbereichs, oder vorzugsweise nur die Voxel außerhalb des segmentierten Metallbereichs, die von Strahlen geschnitten werden, die auch die Metallstruktur schneiden – nur diese tragen entsprechende Information in sich –, betrachtet werden. Die Ergänzung der ausgeschnittenen Daten in der Spur 16 aus 2 im ausgesparten Datenbereich von p^tmM(θ, t, q) kann nun wie folgt geschehen:
Es wird also ein entlang der Spur jedes Voxels gefundenes Minimum in den ausgesparten Datenbereich eingetragen. Der Grundgedanke ist dabei, dass ein δ-Objekt im Voxel (r, ⌀, z) im Singramm genau dieses Signal im ausgesparten Bereich erzeugen würde.
Wenn sich Spuren überschneiden, wird in den betreffenden Pixeln des Sinogramms die Summe der gefundenen minimalen Signale der einzelnen Strahlenspuren eingetragen. Es werden also die Daten aufaddiert. An den Rändern des so ergänzten Datenbereichs im Sinogramm kann eine Anpassung der Signalniveaus im Außen – und Innenbereich erforderlich werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass in einer Spur durch Mittelwertbildung in einem Teilbereich die Signalniveaus innerhalb und außerhalb bestimmt, und durch entsprechende Skalierung der Projektionsdaten Unstetigkeiten am Rand des ausgesparten Datenbereichs beseitigt werden. Auch eine Mischung des 'Minimum'-Signals und des tatsächlichen Signals am Rande des ausgesparten Datenbereichs innerhalb einer Spur kann hilfreich sein, um Unstetigkeiten zu beseitigen.
6. Rückprojektion der Sinogramm-Daten in ein 3D-Bildvolumen.
Wird nun mit dem so gewonnenen Sinogramm eine Rückprojektion durchgeführt, so erhält man eine Darstellung ohne die störenden Metallartefakte, da die entsprechenden Informationen nicht mehr in den Sinogrammen vorliegen.
7. Einsetzung der segmentierten Metallsignale in das 3D-Bildvolumen.
Anschließend kann der zuvor segmentierte Bereich der metallischen Struktur in der CT-Darstellung durch künstliche Daten ersetzt werden, die einer Abbildung dieser Metallstruktur entsprechen.
Die 5 zeigt ein CT-System 1, welches in einem Gantrygehäuse 6 auf der Gantry angebracht, ein erstes Röhren-/Detektor-System, bestehend aus einer Röntgenröhre 2 und einem gegenüberliegenden Detektor 3, aufweist. Optional ist auch ein zweites Röhren-/Detektor-System, bestehend aus einer Röntgenröhre 4 und einem gegenüberliegenden Detektor 5, dar gestellt, welches für eine schnellere Abtastung im gleichen Energiebereich des ersten Röhren/Detektor-Systems, zum Beispiel im Rahmen einer Cardio-Untersuchung, oder alternativ im Rahmen einer Dual-Energy-Abtastung für eine Abtastung mit unterschiedlicher Röntgenenergie, verwendet werden kann. Die Röhren-/Detektor-Systeme sind in diesem Beispiel bezügliches ihres Mittelstrahls um 90° winkelversetzt angeordnet. Auf der verfahrbaren Patientenliege 8 befindet sich ein Patient 7, welcher mit Hilfe eines Kontrastmittelapplikators 11 ein Kontrastmittel, gesteuert durch eine Steuerleitung 13 über die Steuer- und Recheneinheit 10, verabreicht bekommen kann.
Der Patient 7 wird entlang der Systemachse 9 durch eine Öffnung 14 im Gantrygehäuse 6 geschoben, während die Röhren-/Detektor-Systeme rotierend den Patienten 7 abtasten. Die Abtastung kann hierbei in Form einer Spiralabtastung oder auch in Form einer sequentiellen Kreisabtastung erfolgen. Optional ist in der 5 noch eine EKG-Leitung 12 dargestellt, die ebenfalls zur Steuer- und Recheneinheit 10 führt, so dass die Möglichkeit einer gegateten Abtastung des Patienten besteht. Die Steuer- und Recheneinheit 10 steuert im Übrigen auch die Funktion des gesamten CT-Systems 1, mit Hilfe von Computerprogrammen Prg₁ bis Prg_n. In diesen Computerprogrammen Prg₁ bis Prg_n kann auch ein Computerprogramm enthalten sein, welches das erfindungsgemäße Verfahren direkt am CT-System durchführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch im Rahmen von CT-Untersuchungen in Verbindung mit C-Bogen-Systemen anwenden, wie es in der 6 dargestellt ist. Dieses C-Bogen-System 1 verfügt über ein Röhren/Detektor-System, bei dem die Röntgenröhre 2 und der gegenüberliegende Detektor 3 auf einem C-Bogen 6.1 eines C-Bogen-Antriebssystems 6 angeordnet ist. Durch entsprechende Rotation des C-Bogens 6.1 wird der Patient 7, der sich auf einer Patientenliege 8 befindet ähnlich einem CT-System kreisförmig über einen Rotationswinkel von mindestens 180° abgetastet, so dass aus den ermittelten Pro jektionsdaten computertomographische Darstellungen rekonstruiert werden können. Vor oder bei der Abtastung kann dem Patienten 7 mit Hilfe eines Kontrastmittelapplikators 11 Kontrastmittel zur besseren Darstellung von Gefäßen appliziert werden.
Die Steuerung des C-Bogen-Antriebssystems 6 erfolgt durch eine Steuer- und Recheneinheit 10 über eine Steuer- und Datenleitung 12. Ergänzend kann durch die Steuer- und Recheneinheit 10 über eine Steuerleitung 13 auch der Kontrastmittelapplikator 11 getriggert werden. In den Programmen Prg₁–Prg_n der Steuer- und Recheneinheit 10 befinden sich neben den Steuerprogrammen auch Programme zur Auswertung empfangener Daten vom Detektor 3 und Programme zur Rekonstruktion und Darstellung der CT-Bilddaten, einschließlich der erfindungsgemäßen Korrekturverfahren.
Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäß Verfahren auch in Verbindung mit allein stehenden Rechensystemen ausführt werden kann, sobald diese Rechensysteme zumindest Projektionsdaten von einem CT-System oder C-Bogen-System erhält.
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 10143131 [0011]
- DE 102005049586 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- R. Chityala, K. R. Hoffmann, S. Rudin, D. R. Bednarek, 'Artifact reduction in truncated CT using Sinogram completion', Proceedings of SPIE, Medical Imaging, Vol. 5747, 2005, pp. 1605 [0025]

Claims

Verfahren zur Erstellung von computertomographischen Aufnahmen eines Patienten (7) mit metallischen Anteilen, mit folgenden Verfahrensschritten: 1.1. Abtastung des Patienten entlang einer Systemachse (9) eines CT-Systems (1) durch mindestens ein Röntgenröhren-Detektor-System (2, 3; 4, 5) wobei aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln Detektorsignaldaten in mindestens einem Sinogramm gesammelt werden, und 1.2. anschließende Rekonstruktion und Anzeige von computertomographischen Aufnahmen, gekennzeichnet, durch die folgenden Verfahrensschritte: 1.3. Bestimmung der Detektorsignaldaten, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden, wobei diese bei der Abtastung mindestens eine Strahlenspur in dem mindestens einen Sinogramm bilden, 1.4. Entfernen der Detektorsignaldaten, die durch metallische Anteile beeinflusst wurden, aus dem mindestens einen Sinogramm, 1.5. Ermitteln der Strahlenspuren in dem mindestens einen Sinogramm zumindest der Volumenelemente im Patienten, die durch Strahlen getroffen werden, die durch die metallischen Anteile geschwächt werden, und die die Strahlenspur der entfernen Detektorsignaldaten im mindestens einen Sinogramm kreuzen, 1.6. Bestimmung jeweils eines minimalen Messwertes auf jeder ermittelten Strahlenspur, 1.7. Aufaddierung aller minimalen Messwerte aller Strahlenspuren auf die Messpunkte der entfernten Detektorsignaldaten, die von diesen Strahlenspuren jeweils gekreuzt werden, in dem mindestens einen Sinogramm, 1.8. Verwendung dieses so ermittelten mindestens einen Sinogramms zur Rekonstruktion von computertomographischen Aufnahmen des Patienten ohne metallischen Anteil.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einer Volumenrekonstruktion angewendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einer Spiralabtastung verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einer Kreisabtastung verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Detektorsignaldaten, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden, ein Schwellwert für die Detektorsignaldaten gesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Detektorsignaldaten, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden, eine Rückprojektion mit den ursprünglich ermittelten Projektionsdaten und anschließende Segmentierung der metallischen Anteile durchgeführt wird, wobei dann durch geometrische Berechnungen die Daten in dem mindestens einen Sinogramm ermittelt werden, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Detektorsignaldaten, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wur den, eine Materialzerlegung mit Hilfe mindestens zweier energiespezifischer Bilddaten zur Bestimmung der metallischen Anteile durchgeführt wird, wobei dann durch geometrische Berechnungen die Daten in dem mindestens einen Sinogramm ermittelt werden, welche durch die metallischen Anteile im Patienten geschwächt wurden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sinogramm als Parallelprojektion vorliegt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sinogramm als Kegelprojektion vorliegt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die neu berechneten Sinogrammdaten des mindestens einen Sinogramms geglättet werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättung der neu berechneten Sinogrammdaten zumindest auch gegenüber den bereits vorhandenen Messdaten stattfindet.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättung durch Mittelwertbildung im Grenzbereich zwischen den neu berechneten Sinogrammdaten und originär gemessenen Sinogrammdaten stattfindet.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättung durch eine Anpassung eines mittleren Datenwertes in den neu berechneten Sinogrammdaten und einem mittleren Datenwertes in benachbarten originär gemessenen Sinogrammdaten stattfindet.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Glättung ein gewichteter Mittelwert zwischen den neu berechneten Sinogrammdaten und den originär gemessenen Sinogrammdaten zur Rekonstruktion verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den letztendlich rekonstruierten computertomographischen Aufnahmen im zuvor ermittelten Bereich der metallischen Anteile vorgegebene Schwächungswerte eingetragen werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Schwächungswerte den Schwächungswerten von Metall entsprechen.
Computersystem (10) zur Rekonstruktion, Auswertung und Darstellung von CT-Bilddaten, enthaltend einen Programmspeicher mit Computerprogrammen (Prg₁–Prg_n), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Computerprogramme (Prg₁–Prg_n) im Betrieb ein Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüchen ausführt.