校正X射线图像的方法、X射线装置和电子可读数据载体与流程

本发明涉及一种针对散射射线光栅的效果对利用具有散射射线光栅的x射线装置拍摄的x射线图像进行校正的方法，其中，散射射线光栅具有在空间上周期性重复的几何设计，并且使用在没有成像对象的情况下拍摄的校准图像。此外，本发明涉及一种x射线装置、计算机程序和电子可读数据载体。

背景技术：

在x射线成像中，散射射线光栅在现有技术中在很大程度上已经是已知的，用于减少获得的x射线图像中的干扰散射射线份额。特别是在血管造影和放射线成像领域中，经常使用散射射线光栅。已知的技术上的实现通常使用利用可极其薄地制造的铅薄片用于x射线吸收的散射射线光栅。虽然薄片具有非常小的腹板宽度(stegbreite)，但是在校准进行成像的x射线装置时必须对应地考虑由薄片形成的散射射线光栅的结构。

由于在已知的散射射线光栅中几何结构简单并且腹板宽度小，通过传统的校准已经能够确保最终的x射线图像足够的图像质量，在传统的校准中，仅拍摄散射射线光栅、即没有成像对象的情况下的校准图像，稍后可以将校准图像从实际的x射线图像中减去，以去除散射射线光栅的份额并且获得校准的x射线图像。然后，在临床x射线图像中，不再能够看到散射射线光栅的薄片结构。

由于受限的几何结构，利用传统的散射射线光栅拍摄的x射线图像中的散射辐射的比重仍然相当高。图像质量可能明显受影响，这尤其在强吸收的成像对象、例如严重超重的患者的情况下显现出。

因此，提出了当前的新颖的方案，其中在散射射线光栅内使用明显更复杂的几何结构，以改善吸收特性。此外，在此还使用新颖的吸收材料，其在需要时仅能够利用更高的腹板宽度来实现。但是因此提出的复杂的几何结构和在需要时更大的腹板宽度使得校准图像的校准或使用明显变得困难。

除了这种效应之外，在许多x射线装置中、例如在c形臂x射线装置中，能够在不同的位置安装包括x射线辐射器和x射线检测器的拍摄装置，以能够从不同的投影方向拍摄成像对象、特别是患者。在此，当使用与校准图像相比不同的拍摄几何结构时，可能导致例如由于以不同方式作用的重力产生的机械效应。虽然这在具有较简单的结构和/或极其薄的铅薄片的散射射线光栅中有非常小的影响，但是在几何结构较复杂和/或腹板宽度较大的情况下可能对图像质量产生较强的限制。拍摄几何结构的这种改变也可能由于x射线装置的老化效应产生。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，给出一种方法，用于以改善的方式减少x射线图像中的由散射射线光栅造成的图像伪影。

为了解决上述技术问题，在开头提及的类型的方法中，根据本发明设置为，借助变换将校准图像和x射线图像变换到频域(ortsfrequenzraum)中，在频域中确定描述校准图像的改变的匹配参数，校准图像的改变优化x射线图像和校准图像之间的一致性度量，从x射线图像中减去匹配的校准图像以进行校正，并且通过应用所述变换的逆变换将x射线图像再次反向变换到空间域(ortsraum)中。

因此，这种方法能够实现用于减少由散射射线光栅引起的伪影的自适应图像校正，其中，校正特别有利地在频域中进行。通过对应的变换，利用散射射线光栅的特定特性，使得能够对x射线图像的特别是医疗图像数据进行足够的校正。这使得具有复杂的结构和新颖材料的散射射线光栅也能够应用于介入式放射学领域以及需要特别高的图像质量的其他医疗应用中。由此能够实现的改进的散射射线光栅的使用使散射射线显著减少并且由此改善图像质量，这原则上又实现了使得患者的剂量负荷更小的可能性。

特别是基于虽然可能给出了复杂的几何结构、但是在空间域中出现重复的几何结构/设计的散射射线光栅的特定特性在变换中以小的模糊度映射到频域中。因此能够以简单的方式识别出频域中的表示散射射线光栅的结构，并且能够关于由散射射线光栅引起的图像特征对校准图像进行匹配，使得其尽可能最佳地全等地位于x射线图像上方，从而能够通过减法去除由于散射射线光栅而出现的图像效果、特别是伪影。对校准图像的对应的匹配在此通过匹配参数来描述，其也可以描述在频域中可能出现的效果，例如拍摄装置的部件的偏移或旋转等。

在此，可以作为自由参数在迭代(优化)方法中适配匹配参数，从而可以通过优选在频域本身中减去对应的量值，来对当前的x射线图像进行足够的校正。如已经提及的，匹配参数是如下的自由参数，其描述不同的图像获取状态的偏差，因此描述在当前拍摄几何结构和校准x射线装置、即拍摄校准图像时的拍摄几何结构之间的改变的情形。在频域中从当前的x射线图像中减去适配的校准图像之后，又利用逆变换将校正后的x射线图像变换到空间域中，然后可以对应地进一步进行处理。

应当注意，当然也可以利用多个校准图像工作。这里描述的方法可以应用于所有进行成像的x射线装置，例如具有c形臂的x射线装置、ct装置、放射线成像系统等，而不限制一般性。

在频域中确定校正之后，避免了在空间域中有问题的解释，并且消除了与先前存在的x射线图像的像素矩阵的联结。此外，如还要更详细地示出的，频域中的许多自由参数对应于对应地出现的拍摄几何结构和/或其它拍摄参数的改变，如下面还要详细示出的。

因此可以设置为，作为匹配参数，使用校准图像在频域中的相位和/或校准图像在频域中的强度和/或校准图像在频域中的旋转。正好在应用于具有c形臂的x射线装置中时，散射射线光栅以及拍摄装置的其它部分遭受强的机械影响，例如由于c形臂的不同的回旋角(angulation)。这可能容易引起例如散射射线光栅的机械偏移，其在频域中通过相位偏移示出，这意味着，伪影量值相对于实际校准图像具有相位偏移。因此，如果作为匹配参数观察校准图像在频域中的相位，则能够容易地通过对应地匹配校准图像来考虑这种效果。当例如患者或一般的成像对象的不同的吸收特性在x射线检测器(包括散射射线光栅)处产生非常不同的信号强度时，也可以匹配校准图像的强度。由于这些不同的信号强度，于是也显现出具有不同的强度的伪影量值，从而适宜的是，使用校准图像在频域中的强度的度量作为匹配参数。最后，也可以通过匹配参数来描述校准图像在频域中的旋转，因为也可以作为频域中的旋转表示空间域中的旋转。当然，原则上也可以想到其他匹配参数。

作为用于确定匹配参数的最优值、因此确定最优地匹配的校准图像的优化方法，原则上可以使用已知的优化方法，例如基于梯度的优化方法和/或牛顿优化方法。

作为变换，可以使用常见的二维傅里叶变换。然而，在本发明的范围内优选的是，使用考虑散射射线光栅的至少一个几何特性的几何变换、特别是小波变换，作为变换。在此适宜的是，可以应用与在空间上周期性重复的几何结构设计、特别是以网格模式重复的几何结构具有相应的对应关系的专用的小波。这使得映射频域中的校准图像的模糊度能够最小化，从而能够保证图像校正局限于由散射射线光栅、具体地其在空间上周期性重复的几何结构设计感生的特征频率。具体地，在此可以设置为，作为小波变换的小波，使用描述散射射线光栅的周期性重复的几何基本模式的函数。在小波变换或者一般地几何变换的过程中，可以执行与信号、在具体示例中与小波的相关计算，该小波对应于几何结构,例如在散射射线光栅的蜂窝模式下对应于蜂窝。通过优选如原则上已知的在多个缩放步骤中执行的这种相关，最后已经给出了一种优化，从而适宜的是，可以设置为，至少部分地在执行小波变换的过程中确定匹配参数。

使用几何变换、或者特殊地小波变换的另一个优点是，其本身已经可以局部地设计。然而，在本发明的范围内，原则上还适宜的是，局部地、特别是作为窗口变换应用所述变换。以这种方式，例如可以更好地处理特别是x射线图像的边界区域内的噪声影响，从而最后能够实现局部优化。因此，例如可以使用窗口二维傅里叶变换。

在此适宜的是，用于局部应用的窗口函数具有散射射线光栅的几何基本模式的延伸或者多倍的该值，和/或作为基本模式的形状或者以映射规定基本模式的胞元的方式选择用于局部应用的窗口函数。如已经提及的，基本模式在此对应于在例如使用有蜂窝形成的栅格(网格结构)时例如蜂窝的在空间上周期性重复的结构或设计。因此，对应的窗口变换以适宜的方式与网格模式具有足够的对应关系，使得例如窗口函数的波形可以与在空间上周期性重复的网格模式相同；在此可以设置为，窗口函数的实际大小、即其延伸附有对应的放大因数。

本发明的一个特别有利的扩展方案设置为，使用先前对预成像的校正的结果，作为要优化的匹配参数的起始值。因此，根据本发明的方法可以通过一种存储元件来扩展，这使得能够充分地初始化自适应过程，即使得一致性度量最大化的匹配参数的确定。在此，可以想到不同的设计。

因此，一方面可以设置为，使用紧接在当前的x射线图像之前拍摄的x射线图像，作为预成像。因此，使用被确定为优化的紧接在前的拍摄的、例如在x光检查和/或重复拍摄中的匹配参数的结果值，作为针对当前的(现场)x射线图像的校准图像的匹配的起始值，从而因此假设，仅得到小的改变。

然而，在本发明的范围内特别优选的是，特别是在对特别是描述拍摄几何结构的x射线装置的不同的拍摄参数的校准过程中，拍摄预成像并且确定优化的匹配参数，并且与拍摄参数相关联地作为数据库进行存储，其中，与当前的拍摄参数对应地从数据库中选择针对当前的x射线图像的起始值。因此，在这种设计中，设置另一个校准过程，以利用数据库填充存储元件，在数据库中，描述拍摄几何结构的拍摄参数在频域中至少部分地与用于针对当前的x射线图像匹配校准图像的起始值相关联。如果拍摄参数在数据库中相同地存在，则可以直接使用这些起始值；然而也可以想到，总是使用与数据库的距离当前的拍摄参数最近地确定的拍摄参数相关联的起始值，和/或执行内插或外插。

因此，数据库形成一种查找表。以这种方式，可以特别有利地考虑与拍摄参数的特征相关性并且作为适配的起始点传递。在此，除了拍摄几何结构之外，还可以对拍摄参数进行观察，例如观察强度与透视的成像对象的当前吸收特性的相关性。以这种方式，能够实现匹配参数的优化值的可靠、鲁棒并且更快的确定。

除了方法之外，本发明还涉及一种x射线装置，其具有被构造用于执行根据本发明的方法的控制装置。因此，对可以作为具有x射线辐射器和x射线检测器的拍摄装置的一部分设置在检测器侧的x射线装置的散射射线光栅的效果的校正，同样可以在x射线装置处修正。x射线装置特别地可以是具有c形臂的x射线装置，x射线辐射器和x射线检测器彼此相对地布置在c形臂上。散射射线光栅例如可以连接在x射线检测器前面，放置在其上或保持在其上。关于根据本发明的方法的全部叙述可以类似地转用于根据本发明的x射线装置，因此通过根据本发明的x射线装置同样可以获得已经提及的优点。

根据本发明的计算机程序例如可直接加载到x射线装置的控制装置的存储器中，并且具有程序部件，用于在x射线装置的控制装置中执行计算机程序时，执行这里描述的方法的步骤。如果向计算机程序提供校准图像和x射线图像，则其当然也可以在另一计算装置上、例如在评价工作位置处执行。计算机程序可以存储在根据本发明的电子可读数据载体上，电子可读数据载体包括在其上存储的电子可读的控制信息，控制信息至少包括所提及的计算机程序并且被设计为，当在x射线装置的控制装置或者其他计算装置中使用数据载体时，控制信息执行这里描述的方法。对于计算机程序和数据载体，关于根据本发明的方法的叙述也继续适用。

附图说明

本发明的其他优点和细节从下面描述的实施例中以及根据附图得到。在此：

图1示出了根据本发明的方法的第一实施例的流程图，

图2示出了根据本发明的方法的第二实施例的流程图，以及

图3示出了根据本发明的x射线装置。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法的第一实施例的流程图。在此，起始点是x射线图像1，其利用x射线装置使用散射射线光栅拍摄，并且要借助仅显示散射射线光栅的效果、即在没有成像对象的情况下拍摄的校准图像2进行校正。在可能出现拍摄情形在可以存储在x射线装置的控制装置的存储装置中的校准图像2的拍摄和x射线图像1之间的改变之后，在校准图像2通过从x射线图像1中减去而可以用于校正之前，必须对校准图像2进行适配。为此，根据步骤3，首先不仅将x射线图像1、而且将校准图像2变换到频域中，其中，作为这里的变换，使用窗口二维傅里叶变换。这里使用的散射射线光栅具有栅格(“网格(grid)”)式周期性重复的基本模式、例如蜂窝。窗口函数的延伸(ausdehnung)和信号波形面向这些蜂窝，以便能够实现局部优化。

如果先将x射线图像1和校准图像2变换到了频域中，则根据步骤4对校准图像2进行适配。这意味着，在优化方法中确定优化x射线图像1和校准图像2之间的一致性度量的匹配参数，匹配参数描述校准图像2的适配。

为此，现在首先从数据库5中选择起始值。数据库5包含与拍摄参数组相关联的合适的起始值。在适配开始时，在步骤4中选择并且使用与最佳地对应于当前拍摄参数的拍摄参数组相关联的起始值。然后，如由圆圈6所示出的，借助起始值匹配的校准图像2被从x射线图像1中减去，更确切地说在频域中。因此，这里，一致性程度的最大化对应于差的最小化。可以根据常见的优化方法进行的优化在此由箭头7表示。

作为匹配参数，现在相应地在频域中观察校准图像2的相位、校准图像2的强度和校准图像2的旋转。相位偏移对应于在空间域中的偏移，强度改变可能由于要透视的成像对象、特别是患者产生，并且在频域中的旋转映射在空间域中的旋转。

如果通过优化方法的终止标准确定了一致性度量的足够的最大化，则校准图像2的适配结束，并且对应的差形成频域中的校正后的x射线图像。因此，现在在步骤8中应用步骤3的窗口二维傅里叶变换的逆，以获得空间域中的校正后的x射线图像9。

图2示出了根据本发明的方法的另一个实施方式，其与图1的实施方式的不同之处在于到频域的变换的类型。这里，在步骤10中应用小波变换，其中，利用关于散射射线光栅的背景知识选择所使用的小波11。例如，小波的信号波形可以对应于已经提及的散射射线光栅中的在空间上周期性重复的基本模式。以这种方式，可以特别明显地在频域中得到通过散射射线光栅11感生的频率结构，因此主要聚焦通过散射射线光栅感生的图像效果、特别是伪影，由此实现改善的优化，优化部分地也已经可以在变换过程本身中进行，这为了清楚起见这里未详细示出。对应地，在步骤12中也应用小波变换的逆，以获得校正后的x射线图像9。

最后，图3示出了根据本发明的x射线装置13的原理示意图。其包括布置在支架14上的c形臂15，在c形臂15上彼此相对地布置有x射线辐射器16和x射线检测器17。在此，散射射线光栅18以支持的方式布置在x射线检测器17上，散射射线光栅18栅格式地具有在空间上周期性重复的结构、即几何基本模式。

借助c形臂15，由x射线辐射器16和x射线检测器17形成的拍摄装置可以在定义拍摄几何结构的不同的拍摄位置对躺在患者台19上的患者20进行处理。

x射线装置13的运行经由被构造用于执行根据本发明的方法的控制装置21控制。这意味着，每当拍摄新的x射线图像时，在频域中对存储在控制装置21的存储装置中的校准图像进行适配，使得对由散射射线光栅18引起的图像效果、特别是伪影进行尽可能好的校正。

这里描述的方法也可以以计算机程序的形式存在，当在控制装置21上执行计算机程序时，在控制装置21上实现本方法。还可以存在其上存储有电子可读的控制信息的电子可读数据载体(未示出)，控制信息至少包括描述的计算机程序并且被设计为，在x射线装置13的控制装置21中使用该数据载体时，控制信息执行描述的方法。

虽然通过优选实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不局限于所公开的示例，本领域技术人员由此可以得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。