Gewichtete MLEM-Rekonstruktion zur Artefaktreduktion in der Transmissions-Computertomographie

Die Computertomographie (CT) zählt heute zu einer der wichtigsten bildgebenden Untersuchungsverfahren in der Medizin. Ein großes Problem bei der Beurteilung von CT Bildern stellen jedoch noch immer Metallartefakte dar. Metalle in Form von Zahnfüllungen, wie Amalgam oder Gold, sowie Hüftprothesen aus Stahl führen zu einer ausgeprägten Aufhärtung der polychromatischen Röntgenstrahlung und in der Konsequenz zu inkonsistenten Schwächungswerten. Im rekonstruierten Bild führt dies häufig zu dunklen Streifen zwischen den Metallobjekten und zu nadelförmigen, von den Objekten ausgehenden Streifen, die das umliegende Gewebe überlagern und hierdurch eine diagnostische Beurteilung erschweren. Zurückzuführen sind diese Probleme neben der erwähnten Aufhärtung auch auf ein niedriges Signal-zu-Rausch-Verhältnis im Bereich des Metallschattens und ein erhöhtes Verhältnis von Streustrahlung zu Primärstrahlung [1]. Um die diagnostische Beurteilung der Bilder, sowie die Planung von Operationen z.B. im Kieferbereich und nach Hüftoperationen, bei denen die Umgebung des neuen Implantats wie auch seine genaue Lage von großer Bedeutung sind, zu erleichtern, besteht ein großes Interesse an der Reduktion dieser Metallartefakte. Als Standardrekonstruktionsverfahren wird in der Computertomographie auf Grund ihrer hohen Geschwindigkeit die gefilterte Rückprojektion (FBP) eingesetzt. Dieses Verfahren stellt jedoch keine adäquate Methode im Umgang mit den inkonsistenten Daten im Rohdatenraum, dem so genannten Radonraum, dar. Einen besseren Ansatz hierfür stellt das 1984 von Lange und Carson [2] eingeführte Maximum-Likelihood-Expectation-Maximization-Verfahren für die TransmissionsComputertomographie (MLEM) dar. In diesem Beitrag wird das MLEM- Verfahren durch eine Gewichtung erweitert. Der Vorteil des MLEM-Verfahrens im Vergleich zur Rekonstruktion mit der gefilterten Rückprojektion liegt darin, dass während der Berechnung der Rekonstruktion in geeigneter Weise Einfluss auf die gemessenen Rohdaten genommen werden kann. Weiterhin hat das MLEMVerfahren das Potential, die zur Aufnahme von CT-Bildern benötigte Dosis zu reduzieren, denn es ist in der Lage, Bilder zu rekonstruieren, deren Rohdaten eine schlechte Statistik aufweisen. Aus diesem Grund stellt es in der Nuklearmedizin das Standardverfahren zur Rekonstruktion von PET und SPECT Bildern dar