DE3911976A1

DE3911976A1 - Bildkorrektur fuer die computer-tomographie zur beseitigung von einstreuungs-artefakten

Info

Publication number: DE3911976A1
Application number: DE3911976A
Authority: DE
Inventors: Kevin Franklin King
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1989-11-02
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: DE3911976C2; US4897788A; GB2220335A; JPH0213436A; GB2220335B; GB8908632D0; JPH0479261B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Erzeugung von Bildern mit einer Röntgentomographie-Vorrichtung, und sie bezieht sich mehr im besonderen auf die Korrektur von Röntgenmessungen, die durch Einstreuungsfehler zwischen benachbarten Detektoren in der Vorrichtung beeinträchtigt bzw. verunreinigt sind.

Moderne Röntgentomographen rekonstruieren Querschnittsbilder des Röntgen-Schwächungskoeffizienten in einem Gegenstand unter Verwendung einer rotierenden Quelle fächerförmiger Röntgenstrahlen und einer Anordnung bzw. Reihe von Röntgendetektoren zum Messen des fächerförmigen Strahles nach der Schwächung durch den Gegenstand in einer Vielzahl von Drehpositionen (d. h. Ansichten). In dem Röntgentomographie-Abtastgerät der dritten Generation umfaßt eine Drehdetektoranordnung viele Detektorelemente (oder -kanäle) in seitlicher Ausrichtung in der Rotationsebene auf der der Röntgenquelle gegenüberliegenden Seite des Gegenstandes. Die von jedem der Detektorelemente in jeder der Ansichten erhaltenen Röntgenmessungen werden unter Bildung eines Bildes kombiniert, wozu man ein bekanntes Verfahren, wie die filtrierte Rückprojektion, benutzt.

Da die Elemente einer Detektorreihe eng beieinander angeordnet sein müssen, unterliegen sie einer Einstreuung, wobei die Röntgenstrahlen, die auf einen Kanal auftreffen, Ausgangssignale in diesen Kanal und in benachbarten Kanälen erzeugen. Bei üblicherweise benutzten Xenongas-Detektoren wird die Einstreuung verursacht durch die Röntgenstreuung zwischen Detektorzellen und durch Ladungsverlustzwischenzellen. In Festkörper-Detektoren wird die Einstreuung verursacht durch Röntgenstreuung, Verlust von sichtbarem Licht, das in einem Scintillator erzeugt wird, zu der photoempfindlichen Diode eines anderen Scintillators und durch Verlust elektrischer Signale zwischen benachbarten Dioden.

Die Einstreuung erzeugt Ring- und Streifen-Artefakte in rekonstruierten Bildern von Abtastgeräten von Röntgentomographen der dritten Generation wegen der Verzerrungen in den einzelnen Röntgenmessungen jedes Kanals. Wie der Name andeutet, erscheinen die Ring-Artefakte als helle oder dunkle Kreise oder Kreisabschnitte, die auf der Rotationsachse von Quelle und Detektoranordnung zentriert sind. Die Ringe neigen zum Erscheinen nahe dem Zentrum des Sichtfeldes und in Bereichen abrupter Änderung des Schwächungskoeffizienten. Die Streifen-Artefakte erscheinen als helle oder dunkle Linien tangential zu den Kanten dichter Gegenstände (d. h. solcher mit starker Röntgenschwächung).

Frühere Anstrengungen, die Ring- und Streifen-Artefakte zu vermindern, schließen den Einsatz angepaßter Detektoren mit einem hohen Grad der Gleichförmigkeit zwischen den einzelnen Elementen ein. Sind die Einstreuungs-Charakteristika aller benachbarten Kanäle im wesentlichen gleich, dann löschen sich die Einstreuungsfehler in jedem Kanal etwa aus, da die Röntgenintensitäts-Variation über die Detektoren während einer Ansicht in etwa stückweise linear ist. Angepaßte Detektoranordnungen sind jedoch schwierig zu erhalten und teuer.

Ein anderes Herangehen bestand darin, ein rekonstruiertes Bild auf Ring-Artefakte zu untersuchen und das Bild zu manipulieren, um die Ringe unter Anwendung numerischer Verfahren möglichst zu beseitigen. Dieses Herangehen kann jedoch Streifen-Artefakte nicht beseitigen. Darüber hinaus können auch Ring-Artefakte jenseits einer gewissen Schärfe nicht beseitigt werden.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, Einstreuungs-Artefakte in Computer-Tomographie-Bildern ohne Verwendung speziell angepaßter Detektoren zu vermindern. Weiter sollen Verfahren und Vorrichtung geschaffen werden, um alle Artefakte in Computer-Tomographie-Bildern, die durch Einstreuung verursacht werden, einschließlich Ring- und Streifen-Artefakten, zu vermindern.

Es ist eine weitere Aufgabe, die Einstreuung einer Detektoranordnung in einer einfachen und bequemen Weise ohne spezielle Vorbereitung oder Vorrichtung zu charakterisieren. Weiter sollen Einstreuungsfehler aus Computer-Tomographie-Daten vor der Bildrekonstruktion entfernt werden.

Diese und andere Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Korrigieren einzelner Röntgenmessungen gelöst, die von einer Reihe von Detektoren in jeder Ansicht einer Röntgentomographie-Abtastung erhalten werden, um Einstreuungs-Artefakte bei einem Bild zu vermindern, das aus solchen Messungen rekonstruiert wird. Das Verfahren umfaßt die Stufen:

(1) Erfassen einer Vielzahl von Röntgenmessungen aus den Ausgangssignalen der Detektoren während der Ansicht, wobei die Messungen durch Einstreuungsfehler beeinträchtigt bzw. verunreinigt sind, die sich zwischen benachbarten Detektoren ergeben, und
(2) Bestimmen einer korrigierten Messung für jede jeweilige Röntgenmessung eines jeweiligen Detektors durch Summieren, damit mindestens eines Teiles mindestens einer benachbarten Röntgenmessung der Ansicht von einem benachbarten Detektor, multipliziert mit einem Einstreuungs-Korrekturfaktor, der abhängt von der Einstreuungskopplung des jeweiligen Detektors mit jedem seiner benachbarten Detektoren.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Finden von Korrekturfaktoren geschaffen, um eine Vielzahl von Ausgangssignalen von einer Vielzahl von Röntgendetektoren in einem Computer-Tomographie-Abtastgerät zu kalibrieren, umfassend die Stufen:

(1) Bestrahlen der Detektoren mit Röntgenenergie von der Röntgenquelle in einer Vielzahl von Ansichten, so daß die an den Detektoren in jeder jeweiligen Ansicht ankommende Energie ein jeweiliges Profil aufweist,
(2) Messen des Ausgangs von jedem Detektor in jeder Ansicht, und
(3) Bestimmen der Korrekturfaktoren für jeden jeweiligen Detektor auf der Grundlage der Variation seiner Ausgangssignale für jede der Ansichten.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Diagramm von Teilen einer Vorrichtung zur Erfassung, Verarbeitung und Anzeige von Daten bei der Computer-Tomographie,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung einiger Komponenten einer Detektoranordnung und

Fig. 3 die Ableitung verschiedener Röntgenflußprofile, die mit einem außerhalb des Zentrums befindlichen Phantom erhalten wurden.

Gemäß Fig. 1 schließt ein Computer-Tomographie-Abtastgerät (Scanner) ein Datenerfassungssystem ein, das ein rotierendes Gerüst 10 aufweist, das eine Quelle 11 für einen fächerförmigen Röntgenstrahl und eine Detektorreihe (Detektorarray) 12 auf den gegenüberliegenden Seiten des Gerüstes 10 trägt. Ein abzubildender Gegenstand 13 ist innerhalb des Gerüstes derart angeordnet, daß er für eine Vielzahl verschiedener Ansichten durch Röntgenstrahlen bestrahlt werden kann, wobei jede Ansicht bei einer anderen Drehposition des Gerüstes 10 aufgenommen wird. Die Röntgen-Schwächungsdaten, die für jede Ansicht durch die Detektorreihe 12 gemessen werden, leitet man einer Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Computer 14 zu, der Korrekturen an den Daten vornimmt und ein Querschnittsbild des Gegenstandes 13 rekonstruiert, wozu bekannte Rekonstruktionstechniken, wie die filtrierte Rückprojektion benutzt werden. Das rekonstruierte Bild wird vom Computer 14 zu einem Anzeigegerät 15, wie einer Kathodenstrahlröhre (CRT) oder einem Filmgerät, zugeleitet.

Fig. 2 zeigt einen Abschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer Detektorreihe 12 detaillierter. Diese Ausführungsform schließt Festkörper-Detektorelemente ein, doch sind das Einstreuungsmodell und die erfindungsgemäßen Bildkorrekturtechniken, die im folgenden beschrieben werden, gleichermaßen auf andere Detektoren, wie Xenongas-Detektoren, anwendbar.

Eine Vielzahl von Festkörper-Scintillatoren 20-24 und ihre entsprechenden photoempfindlichen Dioden 30-34 sind mittels nicht gezeigter Halte- und Trenneinrichtungen an dem Gerüst 10 befestigt. Jeder Scintillator besteht üblicherweise aus einem Kristall, wie Natriumjodid, der ein Röntgenphoton absorbieren und daraufhin ein Photon sichtbaren Lichtes emittieren kann. Die Photonen sichtbaren Lichtes treten in Wechelwirkung mit den photoempfindlichen Dioden, die ein elektrisches Signal liefern, das ein Maß ist für den Röntgenstrahlfluß, der jeden jeweiligen Detektor bestrahlt.

Ein Modell für die relativen Ausgangssignal-Beiträge für jedes jeweilige Detektorelement wird unter Bezugnahme auf das Detektorelement beschrieben, das den Scintillator 22 und die Diode 23 umfaßt. Dieses besondere Element empfängt direkt einen Röntgenstrahlfluß L₀ und gibt ein elektrisches Ausgangssignal S₀ ab. Ein benachbartes Element empfängt einen Fluß L _- und gibt ein Ausgangssignal S _- ab, während das andere benachbarte Element einen Fluß L ₊ empfängt und ein Ausgangssignal S ₊ abgibt.

Das Ausgangssignal S₀ ist durch Einstreuungen beeinträchtigt. In einer sehr guten Annäherung findet eine Einstreuung nur zwischen benachbarten Elementen statt. Die beeinträchtigenden Signale in jedem gegebenen Element treten daher nur als Ergebnis von Signalen aus Kanälen auf beiden Seiten auf.

Auf der Grundlage des Modells der Fig. 2 kann das Ausgangssignal S₀ aus einem gegebenen Element angenähert werden durch:

S₀ = ε _- L _- + ε₀L₀ + ε ₊ L ₊ (1)

worin ε₀ der elektrische Verstärkungsfaktor des gegebenen Elementes ist und ε _- und ε ₊ die Einstreuungs-Kopplungsstärken zwischen dem gegebenen Element und den beiden benachbarten Elementen sind. Die Wirkungen der Einstreuung werden nach der vorliegenden Erfindung beseitigt durch Subtrahieren der beeinträchtigenden bzw. verunreinigenden Teile von jedem Ausgangssignal, nachdem man die Einstreuungs-Kopplungsstärken ε ₊ und ε _- bestimmt hat.

Sind S ₊, S₀ und S ₊ die normalisierten Bezugs-Ausgangssignale von drei benachbarten Detektoren, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, dann führt die korrigierte Messung S′ für jede Flußmessung in jeder Ansicht zu einem Schätzwert für ε₀L₀. Gemäß dem Modell der vorliegenden Erfindung erhält man:

S′ = S₀ - ε _- L _- - ε ₊ L ₊. (2)

Die Werte für L _- und L _- sind jedoch unbekannt und müssen abgeschätzt werden. Für benachbarte Detektoren sind die Ausgangssignale unter Vernachlässigung der Einstreuung

S _- = ε₀_- L _-

und

S ₊ = ε₀₊ L ₊

worin e₀_- und ε₀₊ der elektrische Verstärkungsgrad jedes benachbarten Detektors sind. Da sich die Einstreuungsfehler experimentell als üblicherweise kleiner als 10% erwiesen haben, können die beiden vorgenannten Gleichungen mit geringem Fehler folgendermaßen in Gleichung (2) eingeführt werden:

S′ = S₀ - (ε _-/ε₀_-)S _- - (ε ₊/ε₀₊)S ₊. (3)

Die Detektoren sind so ausgebildet, daß die elektrischen Verstärkungsgrade aller Detektoren im wesentlichen gleich sind. Eine weitere Ersetzung von ε₀_- = ε₀ und ε₀₊ = ε₀ ergibt:

S′ = S₀ - (ε _-/ε₀)S _- - (e ₊/ε₀)S ₊. (4)

Die Anwendung der Gleichung (4) auf jeden der Meßwerte in jeder der Ansichten einer Computer-Tomographie-Abtastung hat Bilddaten ergeben, die nach der Rekonstruktion Bilder mit beträchtlich verminderten Einstreuungs-Artefakten liefern.

Benutzt man die Gleichung (4), um korrigierte Messungen zu erzeugen, dann kann man ε ₊ und ε _- entweder empirisch (z. B. durch Schätzung auf der Grundlage der Detektorstruktur) oder durch direkte oder indirekte Messung finden. Eine Meßtechnik besteht darin, die Detektorreihe mit Röntgenstrahlen zu bestrahlen, während man langsam eine geschlitzte Bleiplatte über die Detektorreihe bewegt. Die Breite des Schlitzes muß eng genug sein, daß man jeweils nur ein Element gleichzeitig bestrahlt. Während jedes Detektorelement bestrahlt wird, werden die Ausgangssignale der benachbarten Elemente gemessen und durch das Ausgangssignal des bestrahlten Elementes normiert. Dies ergibt ε _-/ε₀_- sowie ε ₊/ε₀₊ statt ε _-/ε₀ sowie ε ₊/ε₀, doch sind die Unterschiede in dem elektrischen Verstärkungsgrad des Detektors üblicherweise vernachlässigbar.

Der Bleischlitz-Test und andere ähnliche Detektor-Charakterisierungen haben den Nachteil, daß sie nur mit einer speziellen Ausrüstung ausgeführt werden können, die Komplikationen und Kosten mit sich bringt. Es ist daher ein Test erwünscht, der ohne eine spezielle Ausrüstung ausgeführt werden kann, nachdem ein Abtastgerät installiert ist.

Gemäß einer weiteren Verbesserung nach der Erfindung ist die Einstreuung (Crosstalk) gemäß dem Unterschied in der Einstreuungskopplung jedes Detektors mit seinen benachbarten Detektoren (z. B. ε ₊-e _-) charakterisiert. Diese Charakterisierung kann auch dazu benutzt werden, sowohl Ring- als auch Streifen-Artefakte mittels der unten beschriebenen Verfahren zu beseitigen. Diese Verfahren können in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Technik zum Messen von Einstreuungskopplungs-Unterschieden, wie sie weiter unten beschrieben ist, benutzt werden.

Ist = (ε _- + ε ₊)/2 die mittlere Einstreuungskopplung und δ = ε ₊ - ε _- der Unterschied bei der Einstreuungskopplung, so erhält man

ε ₊ = + δ/2

und

ε _- = - δ/2 .

Führt man diese Ausdrücke in die Gleichung (1) ein, so erhält man:

S₀ = ε₀L₀ + (L ₊ + L _-) + δ (L ₊ - L _-)/2 . (5)

Benutzt man eine weitere Umformung und definiert D₁ und D₂ als diskrete Annäherungen an die mittlere erste und zweite Ableitung der Flußintensitäts-Variationen zwischen Elementen, wobei

D₁ = (L ₊ - L _-)/2

und

D₂ = L ₊ + L _- - 2 L₀ .

so erhält man

S₀ = (ε₀ + 2 )L₀ + D₂ + δ D₁ . (6)

Diese Gleichung zeigt, daß der Unterschied der Einstreuung zwischen den Kanälen auf jeder Seite eines gegebenen Elementes mit der ersten Ableitung des Röntgenflusses koppelt, während die mittlere Einstreuung dieser beiden Kanäle mit der zweiten Ableitung des Röntgenflusses koppelt und auch zum scheinbaren Verstärkungsgrad des Elementes beiträgt (d. h. multipliziert den Röntgenfluß L₀). Der Beitrag zum scheinbaren Verstärkungsgrad aufgrund der mittleren Einstreuung wird ausdividiert, wenn die Daten durch die standardgemäße Luftkalibrierungs-Abtastung normiert werden.

Für Röntgensignale, die durch die meisten Gegenstände geschwächt werden, hat sich die zweite Abteilung D₂ als vernachlässigbar mit den anderen Größen erwiesen, ausgenommen vielleicht sehr nahe der Kante eines stark schwächenden Gegenstandes.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß fast der gesamte Einstreuungs-Artefakt dem Unterschied δ der Einstreuung zwischen den Kanälen auf jeder Seite eines gegebenen Elementes zuzuschreiben ist. Dieser Beitrag wird nur bedeutsam, wenn ein Röntgenflußgradient über die Detektoren vorhanden ist.

Da Ring- und Streifen-Artefakte nahezu ausschließlich dem Einstreuungs-Unterschied δ zuzuschreiben sind, ist es möglich, die Korrektur vorzunehmen, indem man nur diesen Unterschied statt ε ₊ und ε _- benutzt. Jede Flußmessung kann korrigiert werdem (weglassen der vernachlässigbaren Größen einschließlich D₂ aus Gleichung (6) ), indem man die folgende Gleichung benutzt:

S′ = S₀ - δ D₁ = S₀ - (δ/2ε₀)S ₊ + (δ/2ε₀)S _- . (7)

Das Experiment hat gezeigt, daß die Gleichungen (4) und (7) eine identische Entfernung von Einstreuungs-Artefakten ergeben.

Eine weitere Vereinfachung kann erzielt werden, indem man die Gleichung für D₂ umformt:

L _- = D₂ - L ₊ + 2 L₀

und dies in Gleichung (1) einsetzt, wobei man erhält:

S′ = (ε₀ + 2 ε _-)L + ε _- D₂ + δ L ₊ .

Auch hier ist die zweite Ableitungsgröße mit D₂ vernachlässigbar, und die Größe ε _- trägt am stärksten zu einer scheinbaren Verstärkungsgradverschiebung des Detektors bei, die herausfällt, nachdem man durch die Luftkalibrierungs-Abtastung dividiert hat. Die Einstreuungskorrektur kann daher mit der folgenden vereinfachten Gleichung erfolgen:

S′ = S₀ - (σ/ε₀)S ₊ . (8)

Eine andere Vereinfachung kann man durch Umformen der Gleichung für D₂ erhalten:

L ₊ = D₂ - L _- + 2L₀

und Einsetzen in Gleichung (1), wobei man erhält:

S′ = (ε₀ + 2ε ₊)L₀ + ε ₊ D₂ - δ L _- .

Auch hier ist die zweite Ableitung mit D₂ vernachlässigbar und die Größe ε ₊ trägt am stärksten zu einer scheinbaren Verstärkungsgrad-Verschiebung des Detektors bei, die herausfällt nach dem Dividieren durch die Luftkalibrierungs-Abtastung. Die Einstreuungskorrektur kann mit der alternativen vereinfachten Gleichung erfolgen:

S′ = S₀ + (δ/ε₀)S _- . (8′)

Von den beschriebenen Korrekturverfahren (d. h. Gleichungen (4), (7), (8) und (8′) ergeben alle eine vergleichbare Korrektur von Ring- und Streifen-Artefakten durch Einstreuung, doch sind die Gleichungen (8) und (8′) am wirksamsten zu verwirklichen, da sie nur eine Multiplikation/Addition statt deren zwei erfordern und weil sie den leicht erhältlichen Einstreuungsunterschied δ statt der tatsächlichen Kopplungswerte ε ₊ und ε _- verwenden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Unterschied δ der Einstreuungs-Kopplungsstärke jedes jeweiligen Detektors zu den beiden benachbarten Detektoren gemessen durch systematisches Variieren des Unterschiedes der Röntgenflußintensität zu den benachbarten Detektoren, wodurch man die Einstreuungs-Verunreinigung, die jeder jeweilige Detektor empfängt, in einer vorbestimmten Weise variiert. Jede Ansicht einer Einstreuungs-Kalibrierungsabtastung sendet einen Röntgenfluß mit einem jeweiligen Energieprofil zu der Detektoranordnung. Die Ausgangssignale der Detektoren werden gemessen und die Einstreuungs-Korrekturfaktoren für jeden Detektor auf der Grundlage der Variation seines Ausgangssignals für jede der Ansichten bestimmt.

Wie bereits erwähnt, ist ein Röntgensignal-Gradient erforderlich, um Einstreuungs-Artefakten zu erzeugen. Das Abtasten von Phantomen erzeugt steile Gradienten nahe den Kanten, weshalb sie dort Einstreuungs-Artefakte aufweisen. Für die durch das Zentrum eines solchen Phantoms im Schatten liegenden Elemente gibt es nahezu keinen Signalgradienten. Würde das Phantom außerhalb des Zentrums angeordnet, dann würde sich sein Schatten während einer axialen Abtastung über die Detektorreihe bewegen, so daß die zentralen Elemente verschiedene Grade der Einstreuung aufweisen würden, da sie durch verschiedene Teile des Phantoms beschattet werden. Man betrachtet z. B. die Auswirkung auf den zentralen Detektorkanal während einer axialen Abtastung um 360°. Wird das Phantom oberhalb des Isocenters angeordnet, dann wird der Kanal zuerst vom Phantomcenter, dann von einer Kante, wieder zum Zentrum, von einer anderen Kante und schließlich vom Zentrum beschattet. Ein außerhalb des Zentrums angeordnetes rundes Phantom kann daher geeigneterweise benutzt werden, um die erforderlichen variierenden Gradientenprofile zu erzeugen. Von den Röntgenmessungen, die von jedem jeweiligen Detektorelement für alle Ansichten erhalten werden, ergibt die Anpassung der kleinsten Quadrate des Einstreuungsfehlers an die Größe des variierenden Gradienten an dem jeweiligen Element eine Schätzung von δ für dieses Element. Die Werte für δ können in den Gleichungen (7), (8) oder (8′) benutzt werden, um die Rohmessungen zu korrigieren und Einstreuungs-Artefakte in nachfolgend rekonstruierten Bildern zu vermindern.

Fig. 3 zeigt ein rundes, glattes Phantom 40, das außerhalb des Isocenters 41 eines Computer-Tomographie-Abtastgerätes angeordnet ist. Befinden sich Quelle 11 und Detektoranordnung 12 in Position A, dann empfängt die Detektoranordnung 12 ein Röntgenenergie-Intensitätsprofil 42. In der Ansicht, die der Drehung des Gerüstes 10 in die Position B entspricht, empfängt die Anordnung 12 ein Profil 43. Eine typische Abtastung umfaßt etwa 1000 Ansichten. Obwohl das außerhalb des Zentrums angeordnete Phantom etwa tausend verschiedene Profile liefert, kann die Einstreuungs-Charakterisierung mit weniger Ansichten ausgeführt werden.

Vor dem Ausführen einer Einstreuungs-Kalibrierungsabtastung mit einem außerhalb des Zentrums angeordneten Phantom ist es erforderlich, eine Luftkalibrierungs-Abtastung auszuführen, um alle Messungen hinsichtlich Variationen im Verstärkungsgrad zwischen Detektorelementen zu normieren. Bei einer Luftkalibrierungs-Abtastung bestrahlt die Quelle 11 alle Elemente in der Detektoranordnung 12 in gleicher Weise. Irgendwelche anderen bekannten Fehler in den Röntgenmessungen, die in Beziehung stehen zu der spezifischen Vorrichtung, die benutzt wird, sollten unter Anwendung bekannter Techniken korrigiert oder kompensiert werden, bevor man Einstreuungs-Berechnungen vornimmt, um die genaueste Einstreuungs-Korrektur zu erhalten.

Da jede Ansicht einer Abtastung eine unabhängige Messung der Einstreuung ist, ist das Quantenrauschen ein Problem. Wird das Quantenrauschen nicht unterdrückt, kann es die Einstreuungsfehler übersteigen, so daß unechte Ergebnisse erhalten werden. Um dieses Problem zu überwinden, kann der Röntgenfluß erhöht werden. Dies kann man mit vielfachen Abtastungen des Phantoms erreichen, wobei die Messungen entsprechend der Ansichten addiert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Phantoms 40 ist eine kleine Scheibe (z. B. mit einem Durchmesser von etwa 12,7 cm), die aus einem homogenen Material mit geringer Röntgenschwächung hergestellt ist, wie Polyvinylchlorid oder einem anderen thermoplastischen Harz. Die geringe Größe des Phantoms ist bevorzugt, weil dies einen steilen Röntgengradienten für die von seinen Kanten beschatteten Bereiche schafft. Die Seiten des Phantoms sind glatt, um irgendein Auseinanderreißen der Profile zu vermeiden, was Fehler in der Einstreuungs-Charakterisierung verursachen könnte.

Der Einstreuungs-Unterschied δ (oder mehr spezifisch die Größe δ/ε₀) kann folgendermaßen errechnet werden: Das Ausgangssignal für einen jeweiligen Detektor für die Luftkalibrierung, korrigiert hinsichtlich Variationen im Röntgenfluß und für Verschiebungen des Datenerfassungssystems sei C₀:

C₀ = (ε₀ + 2)A₀ + (w/2)(A ₊ - A _-) (9)

worin A₀, A ₊ und A _- den über die Ansicht gemittelten Röntgenfluß repräsentieren, der während der Luftkalibrierungs-Abtastung auf drei benachbarte Elemente auftrifft (wobei man die zweite Ableitungsgröße vernachlässigt). Ein entsprechendes Detektor-Ausgangssignal für eine Ansicht des Phantoms ist durch folgende Gleichung gegeben:

S₀ = (ε₀ + 2)L₀ + (δ/2)(L ₊ - L _-) . (10)

Die luftkalibrierte Phantommessung wird erhalten durch Dividieren der Gleichung (10) durch die Gleichung (9):

Da A₀, A ₊ und A _- in etwa gleich sind (d. h. A ₊ - A _- ≈ 0) und da ε₀ » , kann die Gleichung (11) angenähert werden durch:

S₀/C₀ = L₀/A₀ + (δ/2ε₀)(L ₊/A ₊ - L _-/A _-) (12)

Nimmt man den negativen Logarithmus und nutzt die Tatsache, daß δ/ε₀ « 1, so erhält man

-ln(S₀/C₀) = -ln(L₀/A₀) + (δ/2ε₀) (A₀/L₀) (L _-/A _- - L ₊/A ₊) . (13)

Die linke Seite der Gleichung (13) kann direkt aus den Phantommessungen errechnet werden, die man als Ergebnis der Gleichung (11) erhält. Man setzt X = -ln(S₀/C₀). Es ist zu beachten, daß die Größen ε ₊ und ε _- zwischen den Elementen in der Anordnung stark variieren, so daß die Einstreuungs-Verunreinigung ebenfalls stark über die Anordnung variiert (d. h. sie variiert in Übereinstimmung mit einer hohen Frequenz). Der erste Ausdruck auf der rechten Seite der obigen Gleichung kann dann durch ein geeignetes Tiefpaßfiltrieren von X angenähert werden:

Y = -ln(L₀/A₀) = S⁺X,

worin S⁺X die Faltung durch ein geeignetes Tiefpaßfilter repräsentiert. Die Größen L₀/A₀, L _-/A _- und L ₊/A ₊ können errechnet werden unter Verwendung der Gleichung:

L₀/A₀ = exp(-Y),

und durch Verschiebung dieses Ergebnisses um einen Kanal, um L _-/A _- oder L ₊/A ₊ zu erhalten. Die Größe δ/ε₀ kann dann errechnet werden, indem man die Anpassung der kleinsten Fehlerquadrate über alle Ansichten für jedes Detektorelement ausführt.

Für jede Ansicht ergibt das Tiefpaßfilter unechte Ergebnisse für Y, wenn es auf die Kante des Phantoms trifft. Um dieses Problem zu vermeiden, werden die Werte nahe der Kante des Phantoms durch Nullen ersetzt. Für die Elemente nahe der Kante des Phantoms für die jeweilige Ansicht werden daher keine Daten zu den Summen der kleinsten Fehlerquadrate addiert. Alle Signale außerhalb der Phantomkante werden auch auf Null gestellt, da die Einstreuungswerte dafür bei der jeweiligen Ansicht nicht gemessen werden konnten.

Um die Anpassungswerte der kleinsten Quadrate zu finden, sei:

Z = (1/2)(A₀/L₀) (L _-/A _- - L ₊/A ₊) . (14)

Die Gleichung (13) kann dann folgendermaßen geschrieben werden:

X - Y = (δ/ε₀)Z. (15)

Der Anpassungswert der kleinsten Quadrate für δ/ε₀ ist dann gegeben durch:

w/ε₀ = Σ (X - Y)Z/Σ Z², (16)

worin der Wert für jeden interessierenden Detektorkanal berechnet ist und man die Summe über alle Ansichten bei den Abtastungen nimmt. Werden Mehrfach-Abtastungen vorgenommen, dann werden die Summen über alle Abtastungen akkumuliert.

Claims

1. Verfahren zum Korrigieren individueller Flußmessungen, die von einer Reihe von Detektoren bei der Computer-tomographischen Abtastung einer Ansicht erhalten werden, um Einstreuungs-Artefakte bei einem Bild zu vermindern, das aus diesen Messungen rekonstruiert wird, umfassend die folgenden Stufen:
Erfassen einer Vielzahl von Röntgenmessungen aus den Ausgangssignalen der Detektoren während der genannten Ansicht, wobei diese Messungen durch Einstreuungsfehler, die zwischen benachbarten Detektoren auftreten, verunreinigt sind und
Bestimmen einer korrigierten Messung aus jeder jeweiligen Röntgenmessung eines jeweiligen Detektors, indem man damit mindestens einen Teil mindestens einer benachbarten Röntgenmessung von einem benachbarten Detektor in dieser Ansicht multipliziert mit einem Einstreuungs-Korrekturfaktor summiert, wobei dieser Faktor abhängig ist von der Einstreuungskopplung des jeweiligen Detektors mit jedem seiner benachbarten Detektoren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die korrigierte Messung gemäß der folgenden Gleichung erhalten wird: S′ = S₀ - (ε _-/ε₀) S _- - (ε ₊/ε₀) S ₊worin S′ die korrigierte Messung, S₀ die zu korrigierende Messung eines jeweiligen Detektors, S ₊ die Messung von einem benachbarten Detektor, S _- die Messung vom anderen benachbarten Detektor, ε₀ der Signal-Verstärkungsgrad des jeweiligen Detektors, ε ₊ die Einstreuungs-Kopplungsstärke zwischen dem jeweiligen Detektor und dem genannten einen benachbarten Detektor und ε _- die Einstreuungs-Kopplungsstärke zwischen dem benachbarten Detektor und dem genannten anderen benachbarten Detektor ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die korrigierte Messung gemäß der folgenden Gleichung erhalten wird: S′ = S₀ - (δ/2ε₀) S ₊ + (δ/2ε₀) S _-worin S′ die korrigierte Messung, S₀ die zu korrigierende Messung eines jeweiligen Detektors, S ₊ die Messung von einem benachbarten Detektor, S _- die Messung vom anderen benachbarten Detektor, ε₀ der Signalverstärkungsgrad des jeweiligen Detektors und δ der Unterschied der Einstreuungs-Kopplungsstärke zwischen dem jeweiligen Detektor und jedem der benachbarten Detektoren ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die korrigierte Messung gemäß der folgenden Gleichung erhalten wird: S′ = S₀ - (δ/ε₀) S ₊worin S′ die korrigierte Messung, S₀ die zu korrigierende Messung eines jeweiligen Detektors, S ₊ die Messung von einem benachbarten Detektor, ε₀ der Signal-Verstärkungsgrad des jeweiligen Detektors und δ der Unterschied in der Einstreuungs-Kopplungsstärke zwischen dem jeweiligen Detektor und jedem seiner benachbarten Detektoren ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die korrigierte Messung gemäß der folgenden Gleichung erhalten wird: S′ = S₀ + (δ/ε₀) S _-worin S′ die korrigierte Messung, S₀ die zu korrigierende Messung eines jeweiligen Detektors, S _- die Messung von einem benachbarten Detektor, ε₀ der Signal-Verstärkungsgrad des jeweiligen Detektors und δ der Unterschied in der Einstreuungs-Kopplungsstärke zwischen dem jeweiligen Detektor und jedem seiner benachbarten Detektoren ist.

6. Verfahren zum Finden von Korrekturfaktoren, um eine Vielzahl von Ausgangssignalen von einer Vielzahl von Röntgendetektoren in einem Computer-Tomographie-Abtastgerät zu kalibrieren, wobei das Abtastgerät eine Quelle für Röntgenstrahlen einschließt und das Verfahren die folgenden Stufen umfaßt:
Senden von Röntgenenergie von der genannten Quelle zu den genannten Detektoren in jeder einer Vielzahl von Ansichten, so daß die bei den Detektoren ankommende Energie in jeder jeweiligen Ansicht ein jeweiliges Profil aufweist,
Messen des Ausgangssignals von jedem der Detektoren für jede der Ansichten und
Bestimmen der Korrekturfaktoren für jeden jeweiligen Detektor auf der Grundlage der Variation seiner Ausgangssignale bei jeder der Ansichten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Bestrahlungsstufe die Stufe des Anordnens eines glatten Phantoms an einem außerhalb des Zentrums gelegenen Ort in dem Computer-Tomographie-Abtastgerät einschließt, um die jeweiligen Profile für die Ansichten zu schaffen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Stufen des Bestrahlens und Messens mehrmals durchgeführt werden und man die Ergebnisse kombiniert, um die Wirkungen des Quantenrauschens zu reduzieren.

9. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend die Stufe des Ausführens einer Luftkalibrierungs-Abtastung, um ein mittleres Bezugs-Ausgangssignal für jeden jeweiligen Detektor zu schaffen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin jeder der Korrekturfaktoren, der einem jeweiligen Detektor entspricht, δ, dem Unterschied der Einstreuungskopplung zu beiden benachbarten Detektoren jedes jeweiligen Detektors, proportional ist und die Bestimmung des Korrekturfaktors die folgende Stufe umfaßt:
Bewerten von S ÷ C, um δ für jeden jeweiligen Detektor zu finden, wobei S das jeweilige gemessene Ausgangssignal und C das jeweilige Bezugs-Ausgangssignal für einen jeweiligen Detektor ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin S ÷ C für jeden Detektor 0 unter Benutzung der folgenden Gleichung bewertet wird: S₀/C₀ = L₀/A₀ + (δ/2ε₀) (L ₊/A ₊ - L _-/A _-)worin L₀, L ₊ und L _- der tatsächliche Röntgenfluß ist, der während einer jeweiligen Ansicht zu dem Detektor 0, einem benachbarten Detektor und dem anderen benachbarten Detektor gelangt, A₀, A ₊ und A _- der mittlere Röntgenfluß ist, der während der Luftkalibrierungs-Abtastung zu dem Detektor 0, dem einen benachbarten Detektor und dem anderen benachbarten Detektor gelangt und ε₀ der Signal-Verstärkungsgrad jedes jeweiligen Detektors 0 ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin der Ausdruck L₀/A₀ für jeden jeweiligen Detektor durch Tiefpaßfilterung von S₀/C₀ angenähert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, worin der Ausdruck δ/ε₀ für jeden Detektor errechnet wird, indem man eine Anpassung an die kleinsten Quadrate über die Vielzahl von Ansichten vornimmt.

14. Computer-Tomograph mit
einer Röntgenquelle,
einer Reihe von Röntgen-Detektoren, deren jeder ein Ausgangssignal aufgrund der Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle erzeugt und Detektorreihe und Röntgenquelle um ein zentrales Volumen drehbar sind, um eine Vielzahl von Ansichten zu erzeugen,
einer Meßeinrichtung, die mit der Detektorreihe gekoppelt ist, um Röntgenmessungen von den Detektoren zu erhalten und
einer Korrektureinrichtung, die mit der Meßeinrichtung gekoppelt ist, um eine korrigierte Messung für eine jeweilige Röntgenmessung von einem jeweiligen Detektor zu bestimmen, indem damit mindestens ein Teil mindestens einer benachbarten Röntgenmessung von einem benachbarten Detektor der gleichen Ansicht multipliziert mit einem Einstreuungs-Korrekturfaktor summiert wird, wobei der Faktor von der Einstreuungskopplung des jeweiligen Detektors mit jedem seiner benachbarten Detektoren abhängt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, weiter umfassend eine Bild-Rekonstruktionseinrichtung, die mit der Korrektureinrichtung gekoppelt ist, um aus den korrigierten Messungen ein Computer-Tomographie-Bild zu rekonstruieren, wobei das rekonstruierte Bild deutlich verminderte Ring- und Streifen-Artefakte aufweist, die von Einstreuungsfehlern herrühren.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, weiter umfassend eine Faktoreinrichtung, die mit der Meßeinrichtung und der Korrektureinrichtung gekoppelt ist, um die Korrekturfaktoren aus Röntgenmessungen während eines Mehrfachansichten-Kalibrierungsverfahrens zu bestimmen und die Korrekturfaktoren an die Korrektureinrichtung abzugeben, wobei die Faktoreinrichtung anspricht auf ein Gradientenprofil jeder jeweiligen Ansicht bei der genannten Kalibrierungsprozedur.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, weiter umfassend eine Lokalisierungseinrichtung zum Lokalisieren eines Röntgenstrahlphantoms in dem zentralen Volumen an einem außerhalb des Zentrums liegenden Ort, um die genannten Gradientenprofile zu erzeugen.