Modellierung der Bildinformation und Vereinfachung der Bildgewinnung für die Talbot-Lau-Röntgen-Phasenkontrast-CT

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gisela Anton
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276819912

Die Phasenkontrast-Röntgenbildgebung nach dem Talbot-Lau-Verfahren liefert neben dem bekannten Absorptionsbild gleichzeitig ein differentielles Phasenbild und ein Dunkelfeldbild eines Objektes. In den vergangenen ca. 10 Jahren wurde gezeigt, dass das Phasenbild und das Dunkelfeldbild wertvolle und zum Absorptionsbild ergänzende Informationen für die medizinische Bildgebung beinhalten. Dabei ist die Methode an Standard-Röntgenröhren einsetzbar, allerdings führt das polychromatische Spektrum zu Artefakten in den Bildern.Für Objekte, die kleine Strukturen unterhalb der Pixelgröße des Detektors beinhalten, ist das Dunkelfeld von besonderem Interesse. Das Dunkelfeldsignal kann nämlich durch granulare Strukturen wie Luftbläschen in der Lunge oder Mikrometer-große Kalzifikationen in Brusttumoren hervorgerufen werden. Dieser für die Bildgebung interessante Beitrag kann von anderen Beiträgen wie Strahlaufhärtung und Kanten überlagert werden. Ebenso beinhalten das Phasenbild und das Absorptionsbild unerwünschte Beiträge durch Strahlaufhärtung. Es sei betont, dass diese Effekte für das Dunkelfeldbild extrem sein können: ein Dunkelfeldbild kann ausschließlich Aufhärtungsbeiträge enthalten, während dies für das Absorptions- und das Phasenbild praktisch nicht vorkommen kann. Die Talbot-Lau-Methode erfordert die Aufnahme sogenannter Phasesteppingkurven. Für Computer-tomographische Aufnahmen kann dadurch die Bildaufnahmezeit derart verlängert werden, sodass es für medizinische Anwendungen zu unerwünschten Artefakten oder sogar untolerierbaren Aufnahmezeiten kommt.In dem beantragten Vorhaben soll eine iterative CT-Rekonstruktion entwickelt bzw. Weiterentwickelt werden. Dabei sollen die drei Bilder - Absorptionsbild, differentielles Phasenbild und Dunkelfeldbild - nicht unabhängig voneinander rekonstruiert werden. Durch eine physikalische Modellierung des Objektes sollen vielmehr die Korrelationen der drei Bilder berücksichtigt und derart in die Rekonstruktion eingebracht werden, dass Rauschen reduziert und Artefakte weitgehend eliminiert werden. Die verwendete iterative Rekonstruktion zielt primär auf die Untersuchung der Korrelationen und zunächst nicht auf andere Maßnahmen der Erhöhung der Bildqualität, die Stand der Technik sind und in anderen Arbeiten bereits untersucht wurden. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob auf das Phasestepping bei der CT-Aufnahme verzichtet werden kann und damit eine vereinfachte Aufnahmeprozedur und kurze Aufnahmezeiten erreicht werden können. Eventuell kann auch auf die Aufnahme von Referenzphasen der Phasesteppingkurven verzichtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Thomas Weber