DE-102024208713-B4 - Bildkorrekturverfahren und medizinisches Röntgengerät

Abstract

Für eine besonders gute Bildqualität ist ein Verfahren zur Korrektur von durch Extrafokalstrahlung (=OFR) erzeugten Artefakten in einem Röntgenbild eines Objektes mit den folgenden Schritten vorgesehen: Aufnahme des Röntgenbildes des Objektes durch einen Röntgendetektor mit einer Vielzahl von Detektorpixeln, welches Objekt durch eine von einer Röntgenröhre ausgesendete Röntgenstrahlung durchstrahlt wird, Bereitstellung eines Primär-Röntgenspektrums der Röntgenstrahlung und Bereitstellung eines abgeschätzten oder ermittelten Extrafokalstrahlungs-Spektrums zu dem Primär-Röntgenspektrum, Bestimmung eines Bild-Röntgenspektrums aus dem Röntgenbild für jedes Bildpixel, Aufteilung des Bild-Röntgenspektrums in eine Hochenergiekomponente und eine Niedrigenergiekomponente für jedes Bildpixel, Bestimmung je eines Gewichtungswertes durch Berechnung des Quotienten zwischen Hochenergiebestrahlung und Gesamtenergiebestrahlung für jedes Bildpixel und Bestimmen eines Gewichtungsbilds aus den Gewichtungswerten der Bildpixel, Bereitstellen eines Hochenergiebildes aus den Hochenergiekomponenten, Bearbeitung der Niedrigenergiekomponenten für jedes Bildpixel hinsichtlich des Extrafokalstrahlungsanteils mittels zumindest eines Bildbearbeitungsalgorithmus unter Berücksichtigung von Bildmerkmalen und/oder Strukturen des Hochenergiebildes, und Rekombination der Hochenergiekomponente und der bearbeiteten Niedrigenergie-Komponente für jedes Bildpixel und daraus Erstellen eines korrigierten Röntgenbildes.

Inventors

• Alois Regensburger
• Philipp Roser

Assignees

• Siemens Healthineers Ag

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240913

Claims (12)

1. Verfahren zur Korrektur von durch Extrafokalstrahlung (=OFR) erzeugten Artefakten in einem Röntgenbild eines Objektes mit den folgenden Schritten: • Aufnahme des Röntgenbildes I(u, v) des Objektes durch einen Röntgendetektor mit einer Vielzahl von Detektorpixeln, welches Objekt durch eine von einer Röntgenröhre ausgesendete Röntgenstrahlung durchstrahlt wird, • Bereitstellung eines Primär-Röntgenspektrums I 0 (u, v,E) der Röntgenstrahlung und Bereitstellung eines abgeschätzten oder ermittelten Extrafokalstrahlungs-Spektrums zu dem Primär-Röntgenspektrum, • Bestimmung eines Bild-Röntgenspektrums I S (u, v, E) aus dem Röntgenbild für jedes Bildpixel, · Aufteilung des Bild-Röntgenspektrums I S (u, v,E) in eine Hochenergiekomponente und eine Niedrigenergiekomponente für jedes Bildpixel, • Bestimmung eines Gewichtungswertes w uv durch Berechnung des Quotienten zwischen Hochenergiebestrahlung und Gesamtenergiebestrahlung für jedes Bildpixel und Bestimmen eines Gewichtungsbilds W(u, v) aus den Gewichtungswerten w uv der Bildpixel, • Bereitstellen eines Hochenergiebildes I h (u, v) aus den Hochenergiekomponenten der einzelnen Bildpixel • Bearbeitung der Niedrigenergiekomponenten für jedes Bildpixel hinsichtlich des Extrafokalstrahlungsanteils mittels zumindest eines Bildbearbeitungsalgorithmus unter Berücksichtigung von Bildmerkmalen und/oder Strukturen des Hochenergiebildes, und • Rekombination der Hochenergiekomponente und der bearbeiteten Niedrigenergiekomponente für jedes Bildpixel und daraus Erstellen eines korrigierten Röntgenbildes.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei für die Aufteilung des Bild-Röntgenspektrums für jedes Bildpixel in eine Hochenergiekomponente und eine Niedrigenergiekomponente ein erster Schwellwert zwischen Hochenergie und Niedrigenergie derart gewählt wird, dass der Extrafokalstrahlungsanteil der Hochenergiekomponente vernachlässigbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , wobei das Primär-Röntgenspektrum aus der Röntgenspannung, dem Röntgenstrom, der Filterung der Röntgenstrahlung und der Position der Bildpixel berechnet wird, wobei u, v die Positionen der Bildpixel darstellen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Extrafokalstrahlungs-Spektrum mittels Simulation, insbesondere Monte-Carlo-Simulation, oder mittels eines Algorithmus des maschinellen Lernens bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung eines Bild-Röntgenspektrums für jedes Bildpixel unter Verwendung einer Aufteilung des Röntgenbildes in zumindest ein Knochendichtebild und ein Wasserdichtebild und unter Verwendung des Primär-Röntgenspektrums und des Extrafokalstrahlungs-Spektrums durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , wobei die Aufteilung des Röntgenbildes in zumindest ein Knochendichtebild und ein Wasserdichtebild unter Verwendung von Patientenkonvexitätsbedingungen oder mittels Knochenstrukturrekonstruktionen anhand von detektierten Bildinhalten durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 , wobei die Bestimmung des Bild-Röntgenspektrums unter Verwendung des Lambert-Beerschen Gesetzes durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7 , wobei der erste Schwellwert zwischen Hochenergie und Niedrigenergie derart gewählt wird, dass die Extrafokalstrahlung der Hochenergie-komponente unter einen Grenzwert fällt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Bildbearbeitungsalgorithmus ein Kantenverstärkungsalgorithmus und/oder ein Geführter Filter-Algorithmus ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Schritt mittels maschinellem Lernen ausgeführt wird.
11. Medizinisches Röntgengerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , aufweisend • Einen Röntgendetektor mit einer Vielzahl von Bildpixeln zur Aufnahme eines Röntgenbildes eines von einer Röntgenstrahlung durchstrahlten Objekts • Eine Röntgenröhre mit einer Kathode und einer Anode zur Erzeugung einer Röntgenstrahlung, welche auch Extrafokalstrahlung erzeugt, • Eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Schritte des Verfahrens, • Eine Berechnungseinheit, und • Einer Bildbearbeitungseinheit mit zumindest einem Algorithmus zur Bearbeitung von zumindest einem Röntgenbild.
12. Medizinisches Röntgengerät nach Anspruch 11 , aufweisend zumindest einen Algorithmus zum maschinellen Lernen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von durch Extrafokalstrahlung (OFR) erzeugten Artefakten in einem Röntgenbild eines Objektes gemäß dem Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 11. Die sogenannte Extrafokalstrahlung (off focal radiation = OFR), also Röntgenstrahlung außerhalb des Zentralstrahls, ist ein bekanntes Problem von Röntgenröhren, bei welchen elektromagnetische Felder verwendet werden, um Elektronen auf eine Anode aus einem Material mit hoher Ordnungszahl (z.B. Wolfram) zu beschleunigen. Ein großer Anteil der Elektronen wird rückgestreut und erneut beschleunigt, trifft dann allerdings außerhalb des Brennflecks/der Brennbahn auf der Anode auf. Einige der Elektronen interagieren mit der Anode und erzeugen unfokussierte Röntgenstrahlen (z.B. etwa 10% der ausgesendeten Röntgenstrahlen). Bei der Bildgebung erzeugen diese eine leichte Unschärfe, welche die räumliche und Intensitäts-Auflösung senkt. Dies beeinflusst zum Beispiel tomographische Rekonstruktionen und beeinträchtigt Genauigkeit und Schärfe der Hounsfield Einheiten. Für Wolfram, welches in der Angiographie und Computertomographie verwendet wird, werden bis zu 50% der Elektronen rückgestreut. Für Materialien mit niedrigeren Ordnungszahlen, wie sie zum Beispiel in der Mammographie verwendet werden, werden weniger als 40% rückgestreut. In der 3 ist als Grafik der Streukoeffizient η in Prozent gegenüber die Elektronenenergie E0 für mehrere Materialien, z.B. Wolfram (W) und Kupfer (Cu) aufgetragen. Um die Extrafokalstrahlung zu reduzieren, werden im Stand der Technik beispielsweise Verbesserungen der elektromagnetischen Felder angestrebt, um die Effizienz der Röntgenröhren zu verbessern. Alternativ ist ein Ansatz bekannt, bei dem versucht wird, die Extrafokalstrahlung aus den aufgenommenen Bildern mit Hilfe von Simulationen zu entfernen. Aus der DE 10 2009 015032 A1 ist ein Verfahren zur iterativen Extrafokalstrahlungs-Korrektur bei der Rekonstruktion von CT-Bildern bekannt. Aus der DE 102 22 702 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur der Extrafokalstrahlung einer Röntgenröhre in der Computertomographie bekannt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine verbesserte Bildgebung im Hinblick auf Extrafokalstrahlung ermöglicht; des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Röntgengerät bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Korrektur von durch Extrafokalstrahlung (OFR) erzeugten Artefakten in einem Röntgenbild eines Objektes gemäß dem Patentanspruch 1 und von einem medizinischen Röntgengerät gemäß dem Patentanspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur von durch Extrafokalstrahlung (=OFR) erzeugten Artefakten in einem Röntgenbild eines Objektes umfasst die folgenden Schritte: Aufnahme des Röntgenbildes des Objektes durch einen Röntgendetektor mit einer Vielzahl von Detektorpixeln, welches Objekt durch eine von einer Röntgenröhre ausgesendete Röntgenstrahlung durchstrahlt wird, Bereitstellung eines Primär-Röntgenspektrums der Röntgenstrahlung und Bereitstellung eines abgeschätzten oder ermittelten Extrafokalstrahlungs-Spektrums zu dem Primär-Röntgenspektrum, Bestimmung eines Bild-Röntgenspektrums aus dem Röntgenbild für jedes Bildpixel, Aufteilung des Bild-Röntgenspektrums in eine Hochenergiekomponente und eine Niedrigenergiekomponente für jedes Bildpixel, Bestimmung je eines Gewichtungswertes durch Berechnung des Quotienten zwischen Hochenergiebestrahlung und Gesamtenergiebestrahlung für jedes Bildpixel und Bestimmen eines Gewichtungsbilds aus den Gewichtungswerten der Bildpixel, Bereitstellen eines Hochenergiebildes aus den Hochenergiekomponenten, Bearbeitung der Niedrigenergiekomponenten für jedes Bildpixel hinsichtlich des Extrafokalstrahlungsanteils mittels zumindest eines Bildbearbeitungsalgorithmus unter Berücksichtigung von Bildmerkmalen und/oder Strukturen des Hochenergiebildes, und Rekombination der Hochenergiekomponente und der bearbeiteten Niedrigenergie-Komponente für jedes Bildpixel und daraus Erstellen eines korrigierten Röntgenbildes. Durch das Verfahren wird eine Möglichkeit geschaffen, durch Extrafokalstrahlung erzeugte Beeinträchtigungen der Bildqualität von Röntgenbildern zu korrigieren und eine besonders präzise und gute Bildqualität zu erhalten. Eine hohe Bildqualität sorgt für eine bessere Diagnostik sowie bessere Versorgung von Patienten. Bei dem Verfahren wird ausgenutzt, dass die Extrafokalstrahlung besonders Photonen niedriger Energie enthält, da die erzeugenden Elektronen eine niedrige Energie aufweisen. Aus diesem Grund enthält jedes Röntgenbild einen hochenergetischen Anteil, der im Wesentlichen frei von Extrafokalstrahlung ist. Durch eine geschickte Aufteilung der Energiekomponenten des Röntgenbildes