DE19914296A1

DE19914296A1 - Praktische Konusbündel-Bildrekonstruktion mit Verwendung von lokalen interessierenden Bereichen

Info

Publication number: DE19914296A1
Application number: DE19914296A
Authority: DE
Inventors: Frank Sauer; Supun Samarasekera; Kwok Tam
Original assignee: Siemens Corporate Research Inc
Current assignee: Siemens Corporate Research Inc
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 1999-10-07
Also published as: US6009142A; JPH11326243A

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer CT-Abbildungsvorrichtung mit einer Konusbündel-Strahlungsquelle und einer 2D-Detektormatrix zum exakten Rekonstruieren eines Bildes eines dreidimensionalen interessierenden Bereiches (ROI) in einem Objekt. Vom 2D-Detektor erfaßte Meßdaten werden verarbeitet, um Teilsätze von Radondaten zu erzeugen. Jeder der Teilsätze von Radondaten wird zum Rekonstruieren eines entsprechenden lokalen 2D ROI in einer 2D-Parallelprojektion des Objekts verwendet. Nachdem daher ein Teilsatz von Radondaten vollständig erzeugt ist, wird er einem ersten Inversionsverarbeitungsschritt unterworfen, um den entsprechenden lokalen 2D ROI zu erzeugen. Mehrere lokale ROIs werden sodann in Gruppen zusammengefaßt und einem zweiten Inversionsverarbeitungsschritt unterworfen, um eine Bildrekonstruktion eines Teils des 3D ROI Objekts zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16.

Computergestützte tomografische (CT)-Abbildung mit Verwendung einer Konusbündel-Strahlungsquelle wird zur exakten Bildre konstruktion eines Objekts verwendet, indem mehrere Teilsätze (sub-sets) von Radondaten einzeln verarbeitet werden. Jeder der Teilsätze der Radondaten dient zum Rekonstruieren eines lokalen zweidimensionalen (2D) interessierenden Bereiches (region of interest bzw. ROI) in einer 2D-Parallprojektion des Objekts, und nach dem Rekonstruieren einer Mehrzahl von lokalen 2D-ROIs werden sie gemeinsam verarbeitet, um einen Teil der Bildrekonstruktion des Objekts zu erzeugen.

In letzter Zeit ist ein Konusbündelgeometrie verwendendes System zum dreidimensionalen (3D) computergestützten tomogra fischen (CT)-Abbilden entwickelt worden, das eine Konusbün del-Röntgenstrahlungsquelle und einen 2D-Flächendetektor umfaßt. Ein abzubildendes Objekt wird abgetastet, vorzugswei se über einen Winkelbereich von 360° und entlang seiner ganzen Längserstreckung, durch irgendeines von verschiedenen Verfahren, bei welchem die Lage des Flächendetektors bezüg lich der Quelle festliegt und eine relative Dreh- und Ver schiebungsbewegung zwischen der Quelle und dem Objekt die Abtastung ergibt (Bestrahlung des Objekts durch Strahlungs energie). Die Konusbündellösung für 3D CT ist in der Lage, eine 3D-Abbildung sowohl bei medizinischen als auch industri ellen Anwendungen mit erhöhter Geschwindigkeit sowie verbes serter Dosisauswertung zu erzielen im Vergleich zu einer bekannten 3D CT-Vorrichtung (d. h. einer Lösung mit einem Stapel von Schichten mit Verwendung von parallelen oder Fächerbündel-Röntgenstrahlen).

Als Ergebnis der Relativbewegung der Konusbündelquelle in eine Anzahl von Quellenstellungen (d. h. "Blickpunkten oder Ansichten") längs der Abtastbahn erfaßt der Detektor eine entsprechende Anzahl von Sätzen von Konusbündel-Projektions meßdaten (nachfolgend als Meßdaten bezeichnet), wobei jeder Satz von Meßdaten einer Röntgenstrahlenschwächung entspricht, die vom Objekt jeweils in einer der Quellenstellungen bewirkt wird. Nach Beendigung der Meßdatenerfassung werden die Meß daten zur Rekonstruktion eines 3D-Bildes des Objekts verar beitet.

Bevor man jedoch eine genaue 3D-Abbildung des Objekts (oder eines interessierenden Bereiches des Objekts) durchführen kann, benötigt man einen vollständigen Satz von Meßdaten, d. h. man muß Vollständigkeitskriterien erfüllen. Grundsätz lich ist erforderlich, daß Ebenen, die nachfolgend als "Inte grationsebenen" bezeichnet werden, die im Blickfeld der Strahlungsquelle liegen, welche durch das Objekt oder den interessierenden 3D-Bereich des Objekts verlaufen und auch die Abtastbahn an einer oder mehreren Stellen schneiden, Meßdaten erzeugen, die zur genauen Durchführung der Bildre konstruktion verarbeitet werden müssen. Diese Kriterien sind bekannt und sind im einzelnen beispielsweise in der US-Pa tentschrift 5 383 119 beschrieben, auf die hier Bezug genom men wird. Diese Patentschrift erwähnt, daß die erfaßten Sätze von Meßdaten nur vollständig sind, wenn sie verarbeitet werden können, so daß Radondaten ausreichender Dichte in einem sogenannten "Trägerbereich" (einem Bereich, der topolo gisch dem vom interessierenden Bereich des Objekts im wirkli chen Raum eingenommenen Blickfeld entspricht) erzeugt werden, die sodann verarbeitet werden können, um das Objekt mit der gewünschten Auflösung ohne künstlich erzeugte Fehler (arti facts) zu rekonstruieren. Normalerweise werden genügend Radondaten erfaßt, indem das ganze Objekt innerhalb des Blickfeldes der Strahlungsquelle bestrahlt wird.

Eine ausreichende Ausfüllung des Radonraums durch eine Konus bündel-CT-Vorrichtung mit verschiedenen Abtastwegen (Bahnen) und mit Verwendung eines Flächendetektors, der kleiner ist als der abzubildende interessierende Bereich, sind zur Durch führung einer exakten Bildrekonstruktion bekannt. Beispiels weise zeigt Fig. 1 das in der US-Patentschrift 5 463 666 beschriebene Abtastverfahren. Ein interessierender Bereichs teil 10 (dunkle Schattierung) eines Gegenstandes 12 kann ohne Fleckenbildung oder künstlich erzeugte Fehler abgebildet werden, indem eine Abtastbahn 14 vorgesehen wird, die aus einem mittleren Spiralenabschnitt 16 besteht, der am oberen bzw. unteren Ende des Spiralabschnitts einen Kreisabschnitt 18 _U bzw. 18 _L aufweist, die in gleicher Höhe wie die obere bzw. untere Grenze des interessierenden Bereichs des Objekts liegen. Die Umschaltung von einer Spiralabtastbahn zu einer Kreisabtastbahn ist notwendig, um vollständige Konus bündeldaten an der oberen und unteren Grenze des interessie renden Bereichs ohne Fleckenbildung zu erhalten, die durch Abbilden von Teilen des Objekts verursacht wird, die nicht innerhalb des interessierenden Bereichs liegen, wie ausführ licher in der erwähnten US-Patentschrift 5 463 666 beschrie ben.

Obwohl das obige und andere Verfahren brauchbar waren, erfor dern sie doch Abtastbahnen, die in ihrer Bewegung abrupte Verschiebungen aufweisen. Solche abrupte Verschiebungen in der Abtastbewegung sind unerwünscht, weil sie entweder den Patienten unerwünschten Stößen aussetzen oder die Anlage des Abbildungssystems besonderer mechanischer Belastung aus setzen. Es wäre erwünscht, nur eine sich glatt ändernde Abtastbahn vorzusehen.

Ferner ist festzustellen, daß im Vergleich mit der zur Rekon struktion eines Bildes erforderlichen Verarbeitung, wenn eine parallele oder fächerförmige Bündel liefernde Röntgenstrah lungsquelle verwendet wird, die Verarbeitung der Meßdaten, wenn eine Konusbündelquelle verwendet wird, rechnungsmäßig viel komplizierter ist. Dies liegt daran, daß bei Verwendung einer Parallel- oder Fächerbündelquelle die Meßdaten bereits einer 2D-Radontransformation eines Querschnitts des Objekts direkt entsprechen. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn man eine Konusbündelquelle verwendet, und es ist eine komplizier te Verarbeitung der erfaßten Meßdaten erforderlich, um geeig nete Radontransformationsdaten zu erzeugen. Diese Verarbei tung zum exakten Rekonstruieren eines Bildes des Objekts umfaßt normalerweise:

1. Umwandlung oder Umsetzung der Meßdaten in Radonderi vatdaten. Dies kann unter Anwendung des in der US-Patent schrift 5 257 183, auf die hier Bezug genommen wird, be schriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
2. Umsetzung der Radonderivatdaten in Radondaten an Po largitterpunkten, indem beispielsweise das in der US-Patent schrift 5 446 776, auf die hier ebenfalls Bezug genommen wird, beschriebene Verfahren angewendet wird; und
3. Durchführung einer inversen 3D-Radon-Transformation der Radondaten unter Anwendung bekannter Verfahren, wie sie etwa im einzelnen in der erwähnten US-Patentschrift 5 257 183 zur Rekonstruktion von Bilddaten beschrieben sind, die bei Aufgabe auf ein Display eine Ansicht des 3D CT-Bildes des Objekts ergeben.

Obwohl die Theorie für die exakte Rekonstruktion eines Bildes bei Verwendung von Konusbündel-Meßdaten allgemein bekannt ist, beispielsweise aus den oben erwähnten US-Patentschrif ten, zeigt sich eine praktische Verwirklichung der Verarbei tung als ziemlich problematisch. Es ist nicht nur die Menge an zu verarbeitenden Meßdaten sehr groß und in Übereinstim mung mit einer Zeitsteuerung schnell erfaßt, die hauptsäch lich durch die Geometrie der Abtastbahn bestimmt wird, son dern, wie oben erwähnt, es sind auch die bei den erfaßten Daten erforderlichen Berechnungen ziemlich kompliziert. Der kostspieligste Berechnungsteil der Objektrekonstruktion ist die Berechnung der Radonderivatdaten (oben erwähnte Schritte 1) und 2)). Normalerweise muß man etwa 100 × 10⁶ Linienin tegralderviate während der Objektrekonstruktion berechnen. Da jedes Linienintegralderivat die Berechnung von zwei einzelnen Linienitegralen erfordert (da man die Differenz zwischen zwei eng benachbarten Linienintegralen zur Berechnung eines ein zelnen Linienintegralderivats verwendet), sind 200 × 10⁶ einzelne Linienintegralberechnungen erforderlich. Bevor man jedoch überhaupt beginnen kann, diese Linienintegralderivat- Berechnungen durchzuführen, muß man für jedes Radonsample berechnen, welche Quellenstellungen die Meßdaten liefern, die verarbeitet werden müssen, und das Ausmaß der Linien an den Meßdaten bestimmen, längs denen die Integration durchgeführt werden muß. Diese letzteren Bestimmungen umfassen hochnicht lineare Rechnungen und sind daher rechnungsmäßig kostspielig und zeitraubend, was eine unerwünschte Verzögerung der Bild rekonstruktion des Objekts bedeutet.

Fig. 2 stellt allgemein das bekannte Verfahren zur Verarbei tung der erfaßten Meßdaten für die Bildrekonstruktion dar. Wie gezeigt, werden Sätze von Meßdaten MD₁, MD₂, MD₃ . . . MD_N, die bei entsprechenden Quellenstellungen SP₁, SP₂, SP₃ . . . SP_N der Strahlungsquelle längs der Abtastbahn 16 erhalten werden, nacheinander verar beitet, um eine ausreichende Menge von Radondaten zu erzeu gen, um einen Radonraum 200 gleichförmig auszufüllen, der durch ein sphärisches Koordinatensystem (r, θ, ϕ) gebildet wird, mit ausreichender Dichte, um eine Bildrekonstruktion des Objekts 16 mit einer gewünschten Auflösung und ohne künstlich erzeugte Fehler zu ermöglichen. Die Radondaten werden an einer großen Anzahl von radial angeordneten Polar gitterpunkten auf einer Anzahl von ϕ-Ebenen 202 durch einen Umsetzungsprozessor 204 erzeugt, der gemäß den obigen Schrit ten 1) und 2) arbeitet. Wie oben erwähnt, ist die Erzeugung der Radondaten nicht vollständig, bis die Meßdaten von allen Quellenstellungen der Abtastbahn einschließlich derjenigen, die sowohl am oberen als auch unteren Kreisabschnitt liegen, erhalten wurden. Erst nach vollständiger Erzeugung der Radon daten werden sie einer inversen Transformationsverarbeitung gemäß dem obigen Schritt 3) mittels des Prozessors 206 unter worfen und sodann auf ein Display 208 zur Sichtbarmachung der Bildrekonstruktion gegeben.

Aus den obigen Ausführungen folgt ein Zweifaches, 1) die Bildrekonstruktion wird in unerwünschter Weise verzögert, bis der ganze interessierende 3D-Bereich des Objekts durch die Quellen/Detektoranordnung abgetastet ist, und 2) eine sehr große Systemspeichermenge muß zur Speicherung aller berechne ter Radondaten zur Verfügung stehen, da die Inversionsverar beitung die globale Radontransformation des ganzen interes sierenden 3D-Bereichs des Objekts verwendet.

Es ist erwünscht, die Zeitverzögerung zu verkürzen, bevor der Benutzer beginnen kann, eine Bildrekonstruktion zu erhalten, und gleichzeitig die Anforderungen an die Datenspeicherung des Abbildungssystems zu reduzieren. Ferner wäre es er wünscht, daß diese Ziele in einer praktischen Weise erreicht werden, welche die Kompliziertheit nicht wesentlich erhöht oder die Durchführung der exakten Konusbündel-Bildrekonstruk tion verschlechtert.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 16 erfindungsgemäß gelöst.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer CT-Ab bildungsvorrichtung benutzen eine Konusbündel-Strahlungsquel le und eine 2D-Detektoranordnung für die Rekonstruktion eines Bildes eines interessierenden dreidimensionalen Bereichs (ROI) eines Objekts. Durch den 2D-Detektor erfaßte Meßdaten werden verarbeitet, um Teilsätze von Radondaten zu erzeugen. Jeder dieser Teilsätze von Radondaten dient zur Rekonstruk tion eines entsprechenden lokalen 2D ROI in einer 2D-Paral lelprojektion des Objekts. Daher wird nach der vollständigen Erzeugung eines Teilsatzes von Radondaten dasselbe einem ersten Inversionsverarbeitungsschritt zur Erzeugung des entsprechenden lokalen 2D ROI unterworfen. Mehrere der loka len ROIs werden dann in Gruppen zusammengefaßt und einem zweiten Inversionsverarbeitungsschritt unterworfen, um eine Bildrekonstruktion eines Teils des interessierenden 3D-Be reichs im Objekt zu erzeugen.

Die Vorteile der Erfindung beziehen sich auf eine einfachere Abtastbahn, geringere Speicheranforderungen und eine kürzere Zeitverzögerung vom Beginn der Meßdatenerfassung bis zum Beginn der Darstellung der Bildrekonstruktion.

Anhand der Figuren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2, wie oben erwähnt, brauchbare Darstel lungen zum Verständnis des Erfassens und der Verarbeitung von Meßdaten in einer Konusbündel-Abbildungsvorrichtung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild und vereinfachte Schrägan sicht, welche das Abbilden eines Objekts mit Verwendung einer Konusbündel-Abbildungsvorrichtung zum Erfassen und Verarbeiten von Meßdaten gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen,

Fig. 4 ein zweistufiges Verfahren zur 3D-Radontransfor mationsinversion,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, welches die Verarbeitung von Meßdatensätzen MD in lokalen ROIs der Parallelprojektio nen des Objekts gemäß der Erfindung darstellt,

Fig. 6 eine Darstellung, wie die Parallelprojektion ei ner spiraligen Abtastbahn ein entsprechendes 3D-Teilvolumen des Objekts ausschneidet,

Fig. 7 die drei kleinsten lokalen ROIs, die mit einer spiraligen Abtastbahn definiert werden können,

Fig. 8 eine Darstellung, wie lokale ROIs in verschiede nen ϕ-Ebenen einen gemeinsamen Bereich längs der z-Achse überdecken, und

Fig. 9 eine Darstellung, wie die Objektprojektion auf eine ϕ-Ebene durch mehrere lökale ROIs zusammengesetzt werden kann.

Fig. 3 zeigt eine Konusbündel-3D CT-Abbildungsvorrichtung zur Verarbeitung von erhaltenen Meßdaten gemäß den Grundge danken der Erfindung. Wie zu erkennen ist, ist die darge stellte Abbildungsvorrichtung im wesentlichen nach den glei chen Grundgedanken aufgebaut und arbeitet im wesentlichen nach denselben, wie sie in den genannten US-Patentschriften 5 257 183 und 5 446 776 beschrieben sind, ausgenommen, wie nachfolgend ausführlich beschrieben, in Bezug auf die Quel lenabtastbahn und die Verwirklichung des Bildwiederherstel lungsverfahrens gemäß der Erfindung.

Wie in Fig. 3 gezeigt, veranlaßt ein computergesteuerter Manipulator 306 in Abhängigkeit von Steuersignalen aus einem geeignet programmierten Computer 308 eine Quelle 310 eines konus- oder pyramidenförmigen Energiebündels (wie Röntgen strahlen) und eine zweidimensionale Pixeldetektoranordnung 312, in einer Anzahl von einzelnen, nacheinander auftretenden benachbarten Quellenstellungen längs einer vorbestimmten Quellenabtastbahn zusammenzuwirken (abzutasten). Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Abtastbahn als spirali ge Abtastbahn 314 dargestellt, die auf eine vorbestimmte Achse 315 eines Objekts 316 zentriert ist. Andere Arten von Abtastbahnen, die das Objekt 316 umfassen und durchsetzen, können ebenfalls angewendet werden, wie jedoch weiter unten klar werden wird, wird eine Abtastbahn 314 bevorzugt, die einen hohen Symmetriegrad in ihren Parallelprojektionen zeigt.

Als Ergebnis des Quellen/Detektor-Zusammenwirkens unter Steuerung des Computers 306 und des Manipulators 308 in jeder der Quellenstellungen geht Röntgenstrahlungsenergie durch das Blickfeld der Abbildungsvorrichtung, wird durch das Objekt 316 geschwächt, und ein Satz von Meßdaten entsprechend der abgetasteten Röntgenstrahlungsenergie, die auf die Elemente (Pixels) innerhalb des Detektors 312 fällt, wird erzeugt. Die Sätze von Meßdaten werden sodann auf ein Datenerfassungssys tem (DAS) 317 gegeben, welches, wie die oben beschriebenen Teile der Fig. 3, in einer dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Weise arbeitet, um die erfaßten Meßdaten zu digita lisieren und zu speichern.

Es wird bemerkt, daß alternativ und in äquivalenter Weise das Objekt 316 gedreht und verschoben werden könnte, um eine Abtastung durch eine Quelle und einen Detektor in fester Lage zu bewirken, daß die Drehung durch die Quelle und den Detek tor und die Verschiebung vom Objekt ausgeführt werden könnte, und daß die Abtastung kontinuierlich oder schrittweise erfol gen könnte. Obwohl die Quelle 310 als Röntgenstrahlungsquelle dargestellt ist, können ferner auch andere Arten von Abbil dungsenergie angewendet werden, wie Neutronen, Positronen und dergleichen.

Wie oben erwähnt, war es beim Stand der Technik erforderlich, das gessamte 3D-Volumen der ROI des Objekts abzutasten, bevor vollständige Radondaten erzeugt werden würden. Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht jedoch, wie als nächstes erläutert wird, die Verwendung der Meßdaten, die sich aus einer Abtastung nur eines Teilvolumens des Objekts ergeben, um vollständige Teilsätze der Radondaten zu erzeu gen, dadurch einen früheren Beginn des Radoninversionsverfah rens zu ermöglichen und die Speicheranforderungen für die Radondaten erheblich zu reduzieren.

Die Meßdaten aus dem DAS 317 werden auf einen Pufferspeicher und einen Bildwiederherstellungsprozessor 318 gegeben, der ein Computer sein kann, welcher so programmier ist, daß er ver schiedene Datenumsetzungen durchführen kann, der die Meßdaten so verarbeitet, daß sie ein Bild des abgetasteten Objekts entsprechend den allgemein durch die Blocks 320 bis 324 dargestellten Verarbeitungsschritten exakt wiedergeben. Im Block 320 werden die Meßdaten verarbeitet, so daß sie in Radonderivatdaten umgesetzt werden. Ein sphärisches Koordina tensystem (r, θ, ϕ), das einen Radonraum definiert, unterteilt durch eine Anzahl von vertikal orientierten koaxialen ϕ-Ebe nen, wird verwendet, um eine nachfolgende Inversionsverarbei tung der Radondaten zu erleichtern. Die Umsetzung von Meßda ten in Radondaten wird im allgemeinen unter Anwendung des in der erwähnten US-Patentschrift 5 257 183 beschriebenen Ver fahrens durchgeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die weiter unten im einzelnen beschrieben wird, ist es jedoch statt der Durchführung aller Umsetzungs berechnungen "im Fluge" (on the fly) am besten, eine vorbe rechnete "relative Trefferliste" zur Beschleunigung der Umsetzung zu verwenden. Aufbau und Betrieb einer solchen Trefferliste ist im einzelnen in der US-Patentanmeldung Ser. No. 08/940 489 mit dem Titel "A REDUCTION OF HITLIST SIZE IN SPIRAL CONE BEAM CT BY USE OF LOCAL RADON ORIGINS", einge reicht am 30. September 1997, beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.

Kurz gesagt beschreibt diese Patentanmeldung die Verwendung einer "relativen" Trefferliste (H_r) der vorberechneten Bildwiederherstellungs-Verarbeitungsinformation, um die Umsetzung der Meßdaten in Radondaten weitgehend zu unterstüt zen. Im allgemeinen enthält die Trefferliste Datenumset zungs-Verarbeitungsinformation, die hauptsächlich durch geometrische Parameter der Abbildungsvorrichtung bestimmt wird, und ist daher bereits vor ihrem Abbildungsbetrieb festgelegt, wie die Steigung oder andere Parameter der Quel len/Detektorabtastbahn, die Objektabmessungen, die Detektor auflösung und das Sampling det Abtastbahn und des Radonraums. Diese Parameter definieren die Linienintegrale, die in den Meßdaten berechnet werden müssen, um die gewünschten Sampels der Radondaten zu erzeugen. So gibt die Trefferliste die Korrespondenz zwischen Punkten im Radonraum und den Quellen stellungen, die dazu beitragen, Parameter, die die Linienin tegrale definieren, die in den Meßdaten berechnet werden müssen, welche in jeder der Quellenstellungen erfaßt werden, sowie andere Informationen an, die für den Bildwiederherstel lungsvorgang brauchbar sind. Normalerweise wird der Herstel ler des Abbildungssystems die Trefferlisteninformation vorbe rechnen und in einem Speicher, wie der Datenbasis 321, spei chern. Die Trefferlisteninformation wird während des Lauf zeit(Abbildungs)-Betriebs der Vorrichtung verwendet, um die Umsetzungsverarbeitung der erfaßten Meßdaten in viele Samples von Radonderivatdaten zu unterstützen, die erforderlich sind, um den Bereich der Radonstützung für eine richtige Rekon struktion des Objekts aufzufüllen. Ferner kann infolge der Symmetrie, die im nachfolgenden Radoninversionsverfahren eingeführt wird, die gespeicherte Information für nur eine der Radonraum-ϕ-Ebenen zum Berechnen der Radonderivatdaten für alle anderen Radonraum-ϕ-Ebenen verwendet werden. Dement sprechend sind die Speicheranforderungen für die Trefferliste stark reduziert. Ferner führt die Verwendung einer Treffer liste zur Verbesserung der Geschwindigkeit und der Wirksam keit des Bildrekonstruktionsverfahrens im Vergleich mit dem Umsetzungsverfahren ohne Verwendung einer Trefferliste.

Wie im einzelnen nachfolgend beschrieben, ist erfindungsgemäß die Verwendung des Trefferlistenverfahrens insbesondere dadurch vorteilhaft, daß sie einen wirksamen Weg ergibt, die Meßdaten zu ermitteln, um besondere vorermittelte Teilsätze der Radonderivatdaten zu erzeugen.

Im Block 322 werden die Radonderivatdaten in Radondaten in polaren Gitterpunkten auf ϕ-Ebenen eines sphärischen Koordi natensystems umgesetzt, indem z. B. das Verfahren angewendet wird, das im einzelnen in Verbindung mit Fig. 5 der genann ten US-Patentschrift 5 446 776 beschrieben ist. Kurz gesagt werden, wie dort beschrieben, die Radonderivatdaten vom Block 320 in Radonderivatdaten an in gleichen Abständen angeordne ten polaren Gitterpunkten umgesetzt, indem Nächstnachbar- oder Interpolationsverfahren angewendet werden, und sodann summiert, um die Radondaten in in gleichem Abstand liegenden polaren Gitterpunkten zu erzeugen. Die Trefferliste von in der Datenbasis 321 gespeicherter Rekonstruktionsverarbei tungsinformation ergibt vorzugsweise ebenfalls vorberechnete Information während dieses Teils des Rekonstruktionsverfah rens, wie Gewichtungsinformation, die für das Interpolations verfahren verwendet wird (wie durch eine gestrichelte Linie vom Block 321 zum Block 322 angedeutet), wodurch die Ge schwindigkeit und Wirksamkeit dieses Teils der Rekonstruk tionsverarbeitung weiter verbessert werden.

Im Block 324 werden die Radondaten einer inversen 3D-Radon transformation gemäß einem zweistufigen Vorgang unterworfen. Die dadurch erzeugten Bilddaten werden im Block 326 gespei chert und sodann vom Rekonstruktionsprozessor 318 auf ein Display 328 gegeben, das in bekannter Weise arbeiten kann, um ein 3D CT-Bild des Objekts 316 zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt die zweistufige Radoninversionsverarbeitung, die vom Block 324 durchgeführt wird, die allgemein bekannt und beschrieben ist, z. B. in der erwähnten US-Patentschrift 5 257 183. Kurz gesagt beginnt man mit den vom Block 322 gelie ferten Radondatensamples, die in einem Radonraum 400 verteilt sind, der durch ein sphärisches Koordinatensystem (r,84) definiert ist. Zwei ϕ-Ebenen 402 und 404 aus einer Anzahl von vertikal orientierten koaxialen ϕ-Ebenen, die den Radonraum 400 unterteilen, sind dargestellt. Jede ϕ-Ebene hat die Radondatensamples auf einem polaren Gitter angeordnet, wie den in den ϕ-Ebenen 402 und 404 dargestellten Gittern. Wie weiter unten erläutert wird, kann der Ursprung des Samplegit ters jeder der ϕ-Ebenen gegenseitig unabhängig sein.

Beim ersten Inversionsverarbeitungsschritt werden 2D-Radonin versionen an den Radondaten in jeder der ϕ-Ebenen durchge führt, indem ein Verfahren, wie filtrierte Rückprojektion, angewendet wird, um eine 2D-Parallelprojektion eines 3D ROI des Objekts, wie ein Projektionsbild 405, für die entspre chende Blickrichtung zu erzeugen, d. h. eine entsprechende ϕ-Ebene 406, die in einem Übergangsraum 408 abgetastet wird, der von Zylinderkoordinaten (r', θ, ϕ) gebildet wird. Der zweite Inversionsverarbeitungsschritt, der ein Verfahren, wie filtrierte Rückprojektion verwendet, arbeitet im Übergangs raum 408 an den Daten in horizontalen Ebenen (z-Schichten bzw. z-slices). Das Ergebnis ist die Bestimmung eines 2D Bildes 411 in einer entsprechenden z-Ebene 412, abgetastet in einem Objektraum 414, der durch kartesische Koordinaten (x, y, z) gebildet wird. Der zweite Inversionsverarbeitungs schritt wird wiederholt, um in aufeinanderfolgenden horizon talen z-Ebenen des Übergangsraums 408 zu arbeiten und dadurch ein Bild des Objekts z-Schicht um z-Schicht zu rekonstru ieren.

Wie oben erwähnt, wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine relative Trefferliste verwendet, die zu ϕ-Ebenen 402 ff. führt, die unabhängige, d. h. lokale Radonur sprünge besitzen. Obwohl die Verwendung der relativen Tref ferliste zu beträchtlichen Vorteilen hinsichtlich Geschwin digkeit und Wirksamkeit führt, ergibt sie auch einen verscho benen lokalen Ursprung für jede ϕ-Ebene, wie durch den Δ-z- Betrag in Fig. 4 gezeigt. Vor Durchführung des zweiten Inver sionsverarbeitungsschrittes ist es daher erforderlich, den um Δ-z verschobenen Wert zu berücksichtigen, wenn die ϕ-Ebenen 406 zusammengesetzt werden, so daß die z-Schichtteile der 2D ROI-Bilder 405 über die vielen den Raum 408 bildenden ϕ-Ebe nen zusammenpassen, d. h. zum gleichen z-Teil des globalen Koordinatensystems im Raum 408 gehören.

Die Erfinder haben erkannt, daß bei Durchführung der Inver sion der 3D-Radondaten mit dem in Fig. 4 beschriebenen zwei stufigen Verfahren nicht nur jede ϕ-Ebene des Radonraums 400 ihren eigenen Radonursprung haben kann, sondern daß die dadurch erzeugten 2D-Projektionsbilder ebenfalls "lokal" sein können, d. h. wenn nur ein Teil der Bilder 405 gleichzeitig erzeugt werden könnte, wie der Teil L zwischen den gestri chelten Linien 416 und 418, nachfolgend ein lokaler ROI genannt, dann können vielfache lokale ROIs zur Rekonstruktion des Bildes 405 zusammengesetzt werden. Obwohl es nicht erfor derlich ist, daß unterschiedliche lokale ROI von einem einzi gen globalen 3D ROI des Objekts abgeleitet werden können, entspricht jeder lokale ROI einem 3D-Teilvolumen des Objekts, und daher kann ein Satz von lokalen ROIs ein 3D ROI des Objekts enthalten und kann zur Rekonstruktion desselben verwendet werden.

Zunächst kann dieser Gedanke der Erzeugung von lokalen 2D- Projektionsbildern nicht bedeutend erscheinen, aber er ge stattet tatsächlich die Verwendung einer einfacheren Abtast bahn, verkürzt die Zeitverzögerung, bevor die Darstellung von rekonstruierten Bildern beginnen kann, und reduziert stark die Speicheranforderungen, die für die Bildrekonstruktion nötig sind.

Insbesondere ist es nunmehr möglich, statt der Erzeugung einer globalen Radontransformation für das ganze 3D ROI des Objekts Teilsätze von Radondaten zu erzeugen. Jeder Teilsatz ermittelt die Rekonstruktion eines entsprechenden lokalen ROI der Parallelprojektion des Objekts. Es ist einer oder mehrere lokale ROIs in jeder ϕ-Ebene. Wenn der für die Rekonstruktion eines gegebenen lokalen 2D ROI erforderliche Radondatensatz verwendet ist, kann er beseitigt werden, was zu einer sehr bedeutenden Verringerung der Systemspeichererfordernisse führt, die für die Bildrekonstruktion nötig sind. Ferner kann auch die Größe der relativen Trefferliste 321, die zur Um setzung der Meßdaten in Radonderivatdaten verwendet wird, wie in der erwähnten US-Patentanmeldung Ser. No. 08/940 489 be schrieben, ebenfalls stark verkürzt werden, da die Bildverar beitungsinformation in der relativen Trefferliste in einem relativen Sinn nicht nur zur Erzeugung der Radondaten für mehrfache lokale ROIs in einer gegebenen ϕ-Ebene 406 wieder verwendet werden kann, sondern für alle lokalen ROIs in allen ϕ-Ebenen des Übergangsraums 408.

Fig. 5 ist eine bildliche Darstellung einer Abänderung des in Fig. 1 gezeigten Verfahrens zur Verarbeitung der erfaßten Meßdaten für die Bildrekonstruktion gemäß den Grundsätzen der Erfindung. Wie dargestellt, werden Sätze von Meßdaten MD₁, MD₂, MD₃ . . . MD_N, die in entsprechenden Quellenstellungen SP₁, SP₂, SP₃ . . . SP_N der Strahlungsquelle längs der Abtastbahn 16 erhalten werden, gemäß dem oben beschriebenen Umsetzungsverfahren 502 verar beitet, um mehrfache Teilsätze von Radondaten RD_1,1 bis RD_M,N zu erzeugen, die zusammen eine komplette Radonin formation der 3D ROI des Objekts enthalten. Die genaue Anzahl von zu erzeugenden Radondaten-Teilsätzen wird dem Systemde signer überlassen und ist eine Angelegenheit von verschiede nen Designkompromissen, jedoch entspricht M in Fig. 5 allge mein der Anzahl von in einer einzigen ϕ-Ebene zu rekonstru ierenden lokalen ROIs, und N entspricht der Gesamtzahl von ϕ-Ebenen, auf denen lokale ROIs zu rekonstruieren sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verwen dung einer relativen Trefferliste 321 besonders vorteilhaft zur Unterstützung der Umsetzung der Meßdaten in die Teilsätze von Radondaten, wenn, wie als nächstes beschrieben wird, die lokalen ROIs geeignet ausgewählt werden.

Da die Umsetzungsverarbeitung 502 zur Erzeugung von vervoll ständigten Radondaten-Teilsätzen RD_M,N gemäß der Erfin dung führt, ist es möglich, daß man die erwähnte Radoninver sionsverarbeitung beginnt, indem man den ersten Inversions schritt durchführt. Dementsprechend werden lokale ROIs ROI_1,1 bis ROI_M,N, die interessierende Bereiche (regions of interest) der Parallelprojektionen des Objekts auf die ϕ-Ebenen des Übergangsraums 408 sind, nacheinander durch die Inversionsverarbeitung der entsprechenden Radonda ten-Teilsätze erzeugt. Nachdem ein gegebener Teilsatz von Radondaten zur Erzeugung seines entsprechenden lokalen ROI verwendet worden ist, können diese Radondaten beseitigt werden, wodurch der Computerspeicher des Abbildungssystems wesentlich befreit werden kann.

Nachdem sodann eine Anzahl von lokalen ROIs in den ϕ-Ebenen des Übergangsraums 408 erzeugt worden ist, um 2D-Projektions daten über alle ϕ-Ebenen für eine einzige horizontale Ebene (wie die z-Ebene 410 in Fig. 4) zu bilden, wird diese z-Ebene der Projektionsdaten dem zweiten Schritt der Inversionsverar beitung unterworfen, wodurch eine entsprechende z-Ebenen- Bildrekonstruktion des Objekts (wie die z-Ebene 412 in Fig. 4) erzeugt wird. Die oben beschriebenen Schritte werden wieder holt, wodurch nacheinander lokale ROIs erzeugt werden, und sodann werden sie in Gruppen zusammengefaßt und der zweite Schritt der Inversionsverarbeitung durchgeführt, wodurch ein Bild des 3D ROI des Objekts z-Ebene um z-Ebene rekonstruiert wird.

Einzelheiten des oben Gesagten können noch klarer werden, wenn man das Problem des Definierens eines globalen ROI bedankt. Wie oben erwähnt, besteht die bekannte Lösung darin, die spiralige Abtastbahn durch zwei Kreise zu beenden (wie in der erwähnten US-Patentschrift 5 463 666 beschrieben). Diese zwei Kreise definieren direkt die Endflächen des 3D ROI des Objekts, wie in Fig. 1 gezeigt. Die zweikreisige und einspira lige Lösung ergibt eine vollständige Abtastbahn in dem Sinne, daß sie einem ermöglicht, eine vollständige Information über den umschlossenen Teil des Objekts zu erfassen. Ferner ist es das wesentliche Merkmal der Kreise, "nichtverunreinigte" Projektionsdaten an den ROI-Grenzen zu erhalten, d. h. Pro jektionsdaten, die durch Strahlen erfaßt werden, die nur durch den 3D ROI des Objekts gehen (keine Röntgenstrahlen schneiden das Objekt innerhalb und außerhalb des ROI).

Wenn die Röntgenstrahlenquelle in der Ebene der ROI-Grenze liegt (d. h. wenn sie sich in Quellenstellungen entweder auf dem oberen oder unteren Kreisabschnitt 18 der Abtastbahn in Fig. 1 befindet), enthalten die entsprechenden Projektionsda ten Information entweder von innerhalb oder außerhalb des ROI. Die nicht verunreinigten Projektionsdaten sind in Kreuz straffierung im unteren Teil des Detektordatenmusters 20 dargestellt, d. h. demjenigen Teil der Daten, der unterhalb der Linie 22 liegt. Die Linie 22 ist die Prallelprojektion des oberen Kreises 18 _U der Abtastbahn auf den Detektor. Dies ermöglicht einem, den ROI vom übrigen Objekt sauber zu trennen und die 3D-Radontransformation nur vom 3D ROI des Objekts zu konstruieren.

Obwohl die geschlossenen Endflächen des globalen ROI nicht innerhalb der Geometrie von gerade dem spiralen Teil der Abtastbahn definiert werden können, haben die Erfinder er kannt, daß es möglich ist, die Spiralbahn zum Definieren lokaler ROIs auf den ϕ-Ebenen zu verwenden.

Wie insbesondere in Fig. 6 gezeigt, können für jede ϕ-Ebene 602 (d. h. entsprechend der ϕ-Ebene 402 der Fig. 4) ein oder mehrere getrennt geformte ROIs 604 (entsprechend einem 3D- Teilvolumen 604 des Objekts 606) definiert werden, indem das Objekt 606 längs einer Parallelprojektion 608 der Abtastbahn 610 auf diese ϕ-Ebene geschnitten wird, wobei die Projek tionsrichtung auf der ϕ-Ebene senkrecht steht. Wenn die Abtastbahn eine Spirale mit gleichförmiger Steigung aufweist, kann eine ganze Anzahl von solchen getrennt geformten 3D- Teilvolumina 604 von der Abtastbahn definiert werden, so daß, wenn sie kombiniert werden, das vollständige Volumen des 3D ROI des Objekts rekonstruiert wird. Auf diese Weise ent spricht jedes der 3D-Teilvolumina 604 einem bestimmten loka len ROI in einer gegebenen ϕ-Ebene, wie den lokalen ROIs 1,1 bis M,N gemäß Fig. 5. Gemäß der oben beschriebenen Umsetzungs- und Inversionsverarbeitungsverfahren gemäß der Erfindung werden für jedes dieser Teilvolumina 604 die Teilsätze 1,1 bis M,N von 3D-Radondaten erzeugt.

Fig. 7 zeigt die drei kleinsten lokalen ROIs, die mit der Geometrie der Spirale definiert werden können. Es wird be merkt, daß die ROIs als lokal bezeichnet werden, da sie nicht alle von einem einzigen globalen 3D ROI des Objekts abgelei tet werden können. Um die Größe der beim Datenumsetzungs schritt verwendeten Trefferliste so klein wie möglich zu halten, können wir, wie in Fig. 7 gezeigt, die Radonursprünge so einstellen, daß sie innerhalb jedes lokalen ROI zentriert sind. Sodann kann die Trefferlisteninformation wiederverwen det werden, um die Datenumsetzungen für jeden lokalen ROI zu unterstützen. Obowhl man denken könnte, das es am besten sei, die Rekonstruktionsverarbeitung so einzustellen, daß man auf die Verarbeitung der Meßdaten zur Erzeugung des kleinsten der lokalen ROIs abzielt, wie in Verbindung mit Fig. 8 gezeigt, kann dies nicht die wirksamste Verwirklichung sein.

Vor der Diskussion der Fig. 8 wird bemerkt, daß ein einfacher und geradliniger Weg zur Definierung von ROIs mit der Geome trie der Spirale eine Annäherung anwendet. Das heißt, man kann die Projektion der Spirale in der ϕ-Ebene (eine Cosinus funktion) durch gerade Linien annähern, die dann als obere und untere Grenze des lokalen ROIs verwendet werden. Obwohl eine Annäherung angewendet wird, ist die Annäherung für die Geometrie eines medizinischen Standardscanners, wie einer in Fig. 3 gezeigt ist, höchst genau. Ferner steigt die Genauig keit mit der Verkleinerung der Größe des Objekts.

Fig. 8 zeigt, wie ein Satz von lokalen 2D ROIs in Gruppen zusammengefaßt werden kann, um Information entsprechend einem globalen ROI zu ermitteln. Es ist zu bemerken, daß die Größe des lokalen ROIs nicht die kleinste, sondern die drittklein ste in Fig. 7 gezeigte ist und einen Satz von drei der klein sten lokalen ROIs umfaßt. Jeder Satz von ROIs ist auf einem Satz von ϕ-Ebenen definiert, wo ϕ im Bereich von 0° ≦ f < 180° ist, wobei drei ϕ-Ebenen unter ϕ = 0°, ϕ = 90° und f = 179° darge stellt sind. Zusammen überdecken die Sätze von lokalen ROIs über die 180° der ϕ-Ebenen einen gemeinsamen Bereich in der z-Richtung des Übergangsraums. Innerhalb dieses Bereichs, in dunklem Grau dargestellt, kann das Objekt unter Anwendung des zweistufigen Verfahrens rekonstruiert werden, das in Verbin dung mit Fig. 4 erläutert wurde.

Fig. 9 zeigt, wie man die Länge der 2D-Projektion des Ob jekts ausdehnen kann, indem drei lokale ROIs auf einer ϕ-Ebene zusammengesetzt werden. Wenn die an den ROI-Grenzen rekonstruierten Daten erzeugte Fehler (artifacts) zeigen, kann man die lokalen ROIs überlappen und nur die Mittelab schnitte jedes ROI verwenden, um eine bessere Bildqualität zu erzielen.

Zusammenfassend ermöglicht die Erfindung die stückweise Rekonstruktion des Objekts aufgrund der stückweisen Rekon struktion der Parallelprojektionen des Objekts. Diese Stücke der Parallelprojektionen des Objekts werden als lokale ROIs bezeichnet und werden aus entsprechenden Teilsätzen von Radondaten rekonstruiert. Im Gegensatz dazu hatte man früher das vollständige Objekt abzutasten, seine komplette globale Radontransformation zu erhalten und erst dann den nächsten Rekonstruktionsschritt zu beginnen. Stückweise Bildrekon struktion gemäß der Erfindung ist hilfreich (z. B. für einen Arzt in einer medizinischen Umgebung), da sie einen schnelle ren Zugang zu Teilen des Objekts ergibt und eine schnellere Untersuchung dieser Abschnitte ermöglicht, die von grundle gender Wichtigkeit sind.

Die Unterteilung der gesamten Rekonstruktionsaufgabe verrin gert auch die erforderliche Größe des Computerspeichers. Es besteht keinerlei Bedürfnis mehr, einen großen Radonraum für irgendeine Berechnung im Speicher zu halten. Auch die Größe der Trefferliste nimmt ab, wenn die Größe des lokalen ROI abnimmt.

Zusammen sind diese Vorteile sehr bedeutend für eine prakti sche Verwirklichung des exakten Konusbündel-Rekonstruktions algorithmus.

So ist hier ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung gezeigt und beschrieben worden, um eine exakte Bildrekon struktionsverarbeitung in einer Konusbündel-CT-Abbildungsvor richtung stark zu beschleunigen. Viele Änderungen, Modifika tionen, Variationen und andere Verwendungen und Anwendungen der Erfindung werden jedoch dem Fachmann nach dem Durchdenken dieser Beschreibung und der Figuren, die eine bevorzugte Ausführungsform derselben darstellen, offensichtlich sein. Beispielsweise können statt eines konusförmigen Strahlungs bündels anders geformte Volumina verwendet werden, z. B. pyramidale. Ferner kann das Trefferlistenverfahren zum Um setzen der Meßdaten in Radoridaten abgeändert werden, wie es in der US-Patentanmeldung Ser. No. 07/994 605 "FAST CONE BEAM IMAGE RECONSTRUCTION USING A DETECTOR WEIGHT LIST", einge reicht am 19. Dezember 1997, beschrieben ist. Insbesondere werden für jedes Bit der erfaßten Meßdaten (d. h. für jedes Bildelement der 2D-Detektormatrix in jeder Meßstellung der Detektor-Quellenanordnung) Gewichtungsfaktoren, die die Verteilung dieses Bit von Pixelmaßdaten auf Samples des Radialderivats der 3D-Radontransformation bestimmen, vorbe rechnet und gespeichert. Diese Gewichtungsfaktoren stellen im wesentlichen die Punktausbreitungsfunktion zwischen dem Detektorraum und dem 3D-Radonraum dar. Die vorberechneten Pixelgewichtungen sind in der Weise organisiert, die man als "Detektorgewichtungsliste" bezeichnet. Die vorberechneten Gewichtungen der Detektorgewichtungsliste sind in einer Datenbasis gespeichert, welche während des Laufzeitbetriebes der Vorrichtung verwendet wird, um Gewichtungsfaktoren zu liefern, die mit Meßdaten multipliziert werden, die durch die Detektorpixels erfaßt werden, um schnell und einfach die Mehrfachteilsätze 1,1 bis M,N der Radondaten zu erzeugen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer CT-Abbildungsvorrichtung mit einer Konusbündel-Strahlungsquelle und einer 2D-De tektoranordnung zum Rekonstruieren eines Bildes eines interessierenden 3D-Bereichs (region-of-interest bzw. ROI) eines Objekts, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Betätigen der Quellen- und Detektoranordnung in ei ner Anzahl von Quellenstellungen längs einer Abtastbahn, welche den interessierenden Bereich im Objekt umfaßt, um einen Satz von Meßdaten in jeder der Quellenstellungen zu erfassen, der einer vom Objekt verursachten Strah lungsschwächung entspricht, wenn die Strahlungsquelle und die Detektoranordnung längs der Abtastbahn betätigt werden;
Umsetzungsverarbeitung der erfaßten Meßdaten zur Er zeugung von mehrfachen Teilsätzen (sub-sets) von Radon daten, wobei jeder der Teilsätze zum Rekonstruieren eines entsprechenden lokalen 2D ROI in einer 2D-Paral lelprojektion des Objekts dient; und
Radon-Inversionsverarbeitung einer Vielzahl der Teilsätze, die zu Gruppen zusammengefaßt werden, um eine Bildrekonstruktion eines Teils des 3D ROIs im Objekt zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzungsverarbeitung die Teilsätze von Radondaten in einem durch Proben erfaßten (sampled) sphärischen Radonraum erzeugt, der durch eine Anzahl von koaxialen ϕ-Ebenen unterteilt ist, und jeder der erfaßten lokalen 2D ROIs einen Bereich auf einer gegebenen ϕ-Ebene auf weist, der durch eine 2D-Parallelprojektion des Objekts auf die gegebene ϕ-Ebene definiert ist und eine obere und untere Grenze aufweist, die durch eine 2D-Parallel projektion der Abtastbahn bestimmt werden, die das Objekt durchschneidet und auf eine gegebene ϕ-Ebene fällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Radoninversions-Verarbeitungsschritt einen ersten und zweiten Inversionsverarbeitungsschritt um faßt, wobei der erste Schritt die lokalen 2D ROIs er zeugt und der zweite Schritt stückweise die Teilbildre konstruktion des Objekts erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Inversionsverarbeitungsschritt die Verarbei tung eines Teils der Radondaten zur Erzeugung eines 2D-Bildes auf einem Bildgitter (z, r') eines Übergangs raumes (r', ϕ, z) umfaßt, und daß, nachdem eine Anzahl von lokalen 2D ROIs auf einer Mehrzahl von ϕ-Ebenen dem ersten Inversionsverarbeitungsschritt unterworfen worden ist, um wenigstens eine z-Ebene der Bilddaten in dem Übergangsraum ausreichend aufzufüllen, wenigstens eine z-Ebene der Bilddaten einem zweiten Inversionsverarbei tungsschritt unterworfen wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsverarbeitungs schritt die Verwendung einer Datenbasis der vorberechne ten Bildverarbeitungsinformation umfaßt, die kenn zeichnet, welche der erfaßten Meßdaten verarbeitet werden sollte, um Radondaten für die lokalen 2D ROIs zu erzeugen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsverarbeitungsschritt die Verwendung der Datenbasisinformation ümfaßt, um auch zu kennzeichnen, wie die erfaßten Meßdaten verarbeitet werden sollen, um Radondaten für die Erzeugung der lokalen 2D ROIs zu erzeugen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß der Umsetzungsverarbeitungsschritt die Verwen dung der Datenbasisinformation als eine Liste von Detek torgewichtungsfaktoren zur direkten Erzeugung der Radon daten in einem Trägerbereich für die lokalen 2D ROIs in jeder der Mehrzahl von ϕ-Ebenen durch Multiplikation der erfaßten Meßdaten mit den Detektorgewichtungsfaktoren umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsverarbeitungsschritt die Verwendung der Datenbasisinformation in einer rela tiven Weise umfaßt, so daß sie zum Berechnen von Teil sätzen von Radondaten für die lokalen 2D ROIs in einer Mehrzahl der ϕ-Ebenen wiederverwendbar ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsverarbeitungsschritt die Verwendung der Datenbasisinformation zum Berechnen des Radondatenteilsatzes für die Erzeugung eines lokalen 2D ROI in einer der ϕ-Ebenen und sodann die Wiederver wendung der Datenbasisinformation zum Berechnen mehrfa cher Teilsätze der Radondaten für die Erzeugung der lokalen 2D ROIs in einer Anzahl aus der Mehrzahl von ϕ-Ebenen umfaßt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsverarbeitungsschritt die Verwendung der Datenbasisinformation, die zur Erzeu gung eines lokalen 2D ROI in einer der ϕ-Ebenen brauch bar ist, zum Berechnen der Radondaten für aufeinander folgende benachbarte lokale 2D ROIs in der einen ϕ-Ebene umfaßt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Inversions schritt jeweils einen filtrierten Rückprojektionsschritt umfassen.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Radoninversionsverarbei tung einen ersten Schritt umfaßt, der einen lokalen 2D ROI auf jeder der ϕ-Ebenen erzeugt, die einen Teilbe reich enthält, welcher einen gemeinsamen Teil einer Mehrzahl der ϕ-Ebenen überspannt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche der lokalen 2D ROIs, die einen gemein samen Teil der ϕ-Ebenen überspannen, in Gruppen zusam mengefaßt und einem zweiten Inversionsverarbeitungs schritt zur Erzeugung einer stückweisen ebenen Bildre konstruktion des Objekts unterworfen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich net, daß der erste Inversionsverarbeitungsschritt eine Anzahl von lokalen 2D ROIs erzeugt, die auf einer gege benen ϕ-Ebene einander benachbart sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Inversionsverarbeitungsschritt die benachbar ten lokalen 2D ROIs erzeugt, so daß sie auf einer gege benen ϕ-Ebene in einer überlappenden Weise angeordnet sind, und daß nur ein Mittelabschnitt jedes lokalen 2D ROI dem zweiten Inversionsverarbeitungsschritt unterwor fen wird, um das Auftreten von künstlich erzeugten Fehlern (artifacts) zu reduzieren, die sich ergeben können, wenn Teile jedes lokalen 2D ROI, die nahe seiner oberen und unteren Grenze liegen, dem zweiten Inver sionsverarbeitungsschritt unterworfen werden.

16. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung für die dreidi mensionale (3D) computerisierte Tomografie(CT)-Abbildung eines interessierenden Bereichs (ROI) in einem Objekt, gekennzeichnet durch
eine Energiequelle zum Aussenden von Energie in Form eines Konusbündels;
einen Bereichsdetektor zum Erfassen von Konusbündel energie nach Schwächung infolge Durchgang durch ein abzubildendes Objekt als Meßdaten;
einen Manipulator zum beweglichen Einstellen der Quelle und des Detektors längs einer Abtastbahn bezüg lich des Objekts, um eine Bestrahlung des Objekts durch die Quelle in einer Vielzahl von Quellenstellungen längs der Abtastbahn um das Objekt zu bewirken, wobei der Detektor einen entsprechenden Satz von Meßdaten in jeder Quellenstellung erfaßt;
eine Steuereinrichtung zum Definieren der Abtastbahn als Mehrzahl von Stellungen auf einer das Objekt umfas senden vorbestimmten geometrischen Fläche, wobei jede aus einer Mehrzahl von Ebenen, die durch das Objekt gehen und die Abtastbahn in wenigstens einem Punkt sowie den Flächendetektor schneiden, für die Berechnung von Radondaten bei einem gegebenen aus einer Mehrzahl von Radonsamples brauchbar ist;
eine Bildrekonstruktions-Verarbeitungseinrichtung mit einer Einrichtung zum Berechnen von Radondaten für jedes der Radonsamples durch Verarbeiten einer Vielzahl der Sätze von Meßdaten für die Erzeugung von Bilddaten; und
eine Displayeinrichtung, die auf die Bilddaten an spricht, um ein rekonstruiertes Bild des Objekts darzustellen;
wobei die Bildrekonstruktions-Verarbeitungseinrich tung aufweist:
einen Umsetzungsprocessor zum Verarbeiten der er faßten Meßdaten, um eine Vielzahl von Teilsätzen von Radondaten zu erzeugen, wobei jeder der Teilsätze zum Rekonstruieren eines entsprechenden lokalen 2D ROI in einer 2D-Parallelprojektion des Objekts dient, und
einen Radon-Inversionsprocessor zum Verarbeiten ei ner Vielzahl der Teilsätze, die in Gruppen zusammenge faßt sind, um eine Bildrekonstruktion eines Teils des ROI im Objekt zu erzeugen.

17. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsprocessor die Teilsätze von Radondaten in einem abgetasteten sphäri schen Radonraum erzeugt, der durch eine Anzahl von koaxialen ϕ-Ebenen unterteilt ist, wobei jede der er faßten lokalen 2D ROIs einen Bereich auf einer gegebenen ϕ-Ebene aufweist, der durch eine 2D-Parallelprojektion des Objekts auf die gegebene ϕ-Ebene definiert ist und eine obere und untere Grenze besitzt, die durch eine 2D-Parallelprojektion der Abtastbahn bestimmt ist, welche das Objekt durchschneidet und auf die gegebene ϕ-Ebene fällt.

18. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Radon-Inver sionsprocessor einen ersten Inversionsprocessor zur Erzeugung der lokalen 2D ROIs und einen zweiten Inver sionsprozessor zum Verarbeiten von Gruppen der lokalen 2D ROIs umfaßt, um eine stückweise ebene Bildrekonstruk tion des Objekts zu erzeugen.

19. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Inversionsproces sor einen Teil der Radondaten so verarbeitet, daß ein 2D-Bild eines Bildgitters (z, r') eines Übergangsraumes (r', ϕ, z) erzeugt wird, und nachdem eine Anzahl von lokalen 2D ROIs auf einer Mehrzahl von ϕ-Ebenen entwi ckelt worden ist, die ausreichen, um wenigstens eine z-Ebene von Bilddaten in dem Übergangsraum aufzufüllen, der zweite Inversionsprocessor die wenigstens eine z-Ebene der Bilddaten verarbeitet, um eine ebene Bildre konstruktion des Objekts zu erzeugen.

20. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsprocessor eine Datenbasis von vorberechneter Bildverarbeitungsinformation enthält, die kennzeichnet, welche der erfaßten Meßdaten verarbeitet werden sollte, um Radondaten für die lokalen 2D ROIs zu erzeugen.

21. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenbasisinformation kennzeichnet, wie die erfaßten Meßdaten verarbeitet werden sollten, um Radondaten zur Erzeugung der lokalen 2D ROIs zu erzeugen.

22. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenbasisin formation eine Liste von Detektorgewichtungsfaktoren ist, die vom Umsetzungsprocessor zur direkten Erzeugung von Radondaten in einem Trägerbereich für die lokalen 2D ROIs in jeder aus der Mehrzahl von ϕ-Ebenen durch Multi plikation der erfaßten Meßdaten mit den Detektorgewich tungsfaktoren verwendet wird.

23. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenbasisinformation vom Umsetzungsprocessor in einer relativen Weise zum Berechnen von Teilsätzen von Radondaten für die lokalen 2D ROIs in einer Mehrzahl der ϕ-Ebenen verwendet wird.

24. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsprocessor die Datenbasisinformation zum Berechnen des Radondaten-Teil satzes zur Erzeugung eines lokalen 2D ROI in einer der ϕ-Ebenen verwendet, und sodann die Datenbasisinformation zur Berechnung einer Vielzahl von Teilsätzen der Radon daten für die Erzeugung der lokalen 2D ROIs in einer Anzahl aus der Mehrzahl von ϕ-Ebenen wiederverwendet.

25. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungsprocessor die Datenbasisinformation zur Erzeugung eines lokalen 2D ROI in einer der ϕ-Ebenen verwendet und sodann dieselbe zur Berechnung der Radondaten für aufeinanderfolgende be nachbarte lokale 2D ROIs in der einen ϕ-Ebene wiederver wendet.

26. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Inversionsprocessor einen lokalen 2D ROI auf jeder der ϕ-Ebenen erzeugt, die einen Teilbereich enthält, welcher einen gemeinsamen Teil einer Mehrzahl der ϕ-Ebe nen überspannt.

27. Abtast- und Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche der lokalen 2D ROIs, welche einen gemeinsamen Teil der ϕ-Ebenen überspannen, durch einen zweiten Inversionsprocessor zur Erzeugung einer stückweisen ebenen Bildrekonstruktion des Objekts in Gruppen zusammengefaßt sind.