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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technik der Bildrekonstruktion.
Sie findet besondere Anwendung im Zusammenhang mit der Rekonstruktion
von Röntgenübertragungsdaten
von Computertomografie-Scannern (CT-Scannern), die ein kegelförmiges oder
ein fächerförmiges Strahlenbündel in
Bezug auf das interessierende Objekt bewegen, und wird unter besonderer
Bezugnahme hierauf beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass
die vorliegende Erfindung auch Anwendung im Zusammenhang mit der
Rekonstruktion von Daten von CT-Scannern, Nuklearkameras und anderen
Scannern zu Diagnosezwecken findet, die Daten verarbeiten, die nicht
parallele Trajektorien darstellen. Im Besonderen bezieht sich die
vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur volumetrischen Bildrekonstruktion,
auf eine Bildverarbeitungsvorrichtung zur volumetrischen Bildrekonstruktion
und auf ein Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Medium, das
für die
volumetrische Bildrekonstruktion eingesetzt werden kann.
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Herkömmlicherweise
umfassen Spiral-CT-Scanner eine Röntgenquelle, die eine dünne Schicht
oder ein feines Strahlenbündel
mit eindringender Strahlung projiziert. Die Röntgenquellen sind so montiert,
dass sie sich um ein Objekt drehen, das auf der Drehachse verschoben
wird. Ein Bogen oder Ring mit Strahlendetektoren empfängt Strahlung,
die das Objekt durchquert hat. Die Daten von den Strahlendetektoren
stellen eine einzige spiralförmige Schicht
durch das Objekt dar. Die Daten von den Detektoren werden zu einer
dreidimensionalen Bilddarstellung rekonstruiert.
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Die
Rekonstruktion von CT-Daten basiert oft auf einem Schritt des parallelen
Umsortierens (engl. rebinning) der Projektionsdaten vor einer gefilterten Rückprojektion.
Dies gilt für
Einzellinear- bzw. Kegelstrahlenbündel-Projektionsdaten. Bei
der Rekonstruktion von CT-Daten, die von einem in Bewegung befindlichen
Objekt, beispielsweise dem menschlichen Herzen, erfasst wurden,
wird die Situation durch die Tatsache kompliziert, dass das Herz
eine nahezu periodische Bewegung ausführt. Zur Durchführung einer
Rekonstruktion mit höherer
Auflösung
einer einzigen Phase des Herzens werden Lösungsansätze mit Gating angewendet.
Das Gating-Fenster wird typischerweise aus dem Elektro kardiogramm
(EKG) ermittelt und schränkt
die Menge der verfügbaren Projektionsdaten
auf diejenigen ein, die zu der interessierenden Herzphase gehören.
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In
allen bisher bekannten Fällen
wird das Gating-Fenster dazu verwendet, die dem parallelen Rebinning
unterzogenen Projektionen zu kennzeichnen, die für die Rekonstruktion verwendet
werden.
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In
dem Artikel „ECG-correlated
image reconstruction from subsecond multi-slice spiral CT scans
of the heart" von
Kachelrieß et
al, erschienen in Med. Phys. 27(8) im August 2000, wird ein Rekonstruktionsverfahren
mittels EKG-Gating dargelegt, das auch auf dem Rebinning unterzogene
Projektionsdaten angewendet werden kann.
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Das
parallele Rebinning selbst erzeugt eine parallele Projektion von
einer Anzahl von Fächer-/Kegelstrahlenbündelprojektionen,
die an verschiedenen Quellenpositionen erfasst wurden. Dementsprechend
werden die Anzahl von Fächer-/Kegelstrahlenbündelprojektionen
zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst. Eine dem parallelen Rebinning
unterzogene Projektion enthält
Informationen von einem Satz mit Fächer-/Kegelstrahlenbündelprojektionen, die innerhalb
eines Winkelbereichs des Fächerwinkels
gemessen wurden. Nur der mittlere Strahlengang der parallelen Projektion
des parallelen Rebinning wurde zum selben Zeitpunkt wie die Fächerstrahlenbündelprojektion
gemessen, die unter demselben Projektionswinkel erfasst wurde. Daher
führt die
direkte Kennzeichnung von dem parallelen Rebinning unterzogenen
Projektionen mit Werten, die aus den EKG-basierenden Gating-Fenstern
resultieren, zur Verwendung von Projektionsdaten bei der Rekonstruktion,
die nicht zum Gating-Fenster gehörten
und daher unerwünschte
Bewegungsartefakte in dem Bild erzeugen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unerwünschte Bewegungsartefakte
in den Bildern zu reduzieren.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann die oben genannte Aufgabe durch
ein Verfahren zur volumetrischen Bildrekonstruktion aus einer Vielzahl
von Projektionen eines Objekts gelöst werden, wobei eine Vielzahl
von Projektion durch eine Strahlenquelle und einen entsprechenden
Detektor ermittelt wird, die in Bezug auf das Objekt auf einem Abtastpfad,
beispielsweise einem spiralförmigen
Abtastpfad, bewegt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte
umfasst: Durchführen
eines Rebinning für
die Vielzahl von Projektionen zum Ermitteln einer Vielzahl von dem
Rebinning unterzogenen Projektionen und Bestimmen auf der Grundlage
von Positionsinformationen hinsichtlich einer Position, an der die
entsprechende der Vielzahl von dem Rebinning unterzogenen Projektionen
von dem Detektor detektiert wurde, ob eine entsprechende der Vielzahl
von dem Rebinning unterzogenen Projektionen innerhalb eines Gating-Fensters
liegt. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden unerwünschte Bewegungsartefakt in
einem Bild nach der volumetrischen Bildrekonstruktion vorteilhafterweise
reduziert. Somit kann beispielsweise bei Durchführung einer CT-Rekonstruktion des
Herzens mit hoher zeitlicher Auflösung die Auflösung verbessert
werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie es in Anspruch 2 dargelegt ist, wird
eine Funktion ermittelt, die von der Position auf dem Detektor abhängt, an
der die entsprechende der Vielzahl von dem Rebinning unterzogenen
Projektionen detektiert wurde, wobei die Funktion die Kennzeichnung
der Vielzahl von Projektionen in einen dem Rebinning unterzogenen
Projektionsraum der Vielzahl von dem Rebinning unterzogenen Projektionen überträgt. Diese
Funktion wird dazu verwendet zu überprüfen, ob
ein Voxel, das der entsprechenden der Vielzahl von dem Rebinning
unterzogenen Projektionen entspricht, tatsächlich innerhalb des Gating-Fensters
liegt oder nicht. Dieses Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise
eine überprüfte und
zuverlässige Bestimmung,
ob das Voxel innerhalb des Gating-Fensters liegt und für die Rekonstruktion des endgültigen Bildes
verwendet werden sollte oder nicht.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie es in Anspruch 3 dargelegt ist, werden
eine Gewichtung, eine Filterung und eine Normalisierung der Gewichtung
durchgeführt
um zu ermitteln, ob das Voxel auf einen zulässigen Bereich in dem dem Rebinning
unterzogenen Projektionsraum projiziert wird.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie es in Anspruch 4 dargelegt ist, wird
die Vielzahl von Projektionen mittels eines CT-Scanners bestimmt, und das Verfahren ist
für eine
CT-Rekonstruktion mit hoher zeitlicher Auflösung bestimmt, bei der das
Gating-Fenster aus einem Elektrokardiogramm bestimmt wird. Als Alternative
kann anstelle des EKGs ein akustischer oder ein optischer Sensor
verwendet werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie es in Anspruch 5 dargelegt ist, umfasst
der Schritt des Rebinning ein paralleles Rebinning und die Bewegung
der Strahlenquelle und des Detektors auf einem spiralförmigen Pfad.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie es in Anspruch 6 dargelegt ist, wird
eine Bildverarbeitungsvorrichtung mit einer Recheneinheit geschaffen,
wobei die Recheneinheit so konstruiert ist, dass sie ein Rebinning für eine Vielzahl
von Projektionen durchführt,
um eine Vielzahl von dem Rebinning unterzogenen Projektionen zu
ermitteln, und wobei die Recheneinheit ferner so konstruiert ist,
dass sie auf der Grundlage von Positionsinformationen hinsichtlich
einer Position, an der die entsprechende der Vielzahl von dem Rebinning
unterzogenen Projektionen von dem Detektor detektiert wurde, ermittelt,
ob eine entsprechende der Vielzahl von dem Rebinning unterzogenen
Projektionen innerhalb des Gating-Fensters liegt.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
der Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6 sind in den Ansprüchen 7 bis
9 dargelegt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie es in Anspruch 10 dargelegt ist, wird
ein Computerprogrammprodukt geschaffen, das ein computerlesbares
Medium mit Computerprogrammmitteln umfasst, die einen Computer veranlassen,
einen Schritt des Rebinning auszuführen und auf der Grundlage
von Positionsinformationen zu ermitteln, ob eine entsprechende einer Vielzahl
von dem Rebinning unterzogenen Projektionen innerhalb eines Gating-Fensters
liegt, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird.
Das Computerprogramm gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
erfordert vorteilhafterweise einen minimalen Rechenaufwand und reduziert
dadurch den Umfang der erforderlichen Rechenleistung. Ein für die Ausführung des
Computerprogramms erforderlicher Speicher kann ebenfalls minimiert
werden.
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Es
kann als Grundlage eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung angesehen werden, dass Positionsinformationen,
die einer Position auf dem Detektor entsprechen, an der eine bestimmte
Projektion detektiert wurde, verwendet werden, um zu entscheiden,
ob diese Projektion wirklich innerhalb des Gating-Fensters liegt.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung der Erfindung ergeben sich aus
de nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsvorrichtung,
die mit einem CT-Scanner verbunden ist,
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2 einen
Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels
eines Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung aus 1,
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die 3a bis 3f vereinfachte
Darstellungen zur weiteren Erläuterung
des Verfahrens aus 2,
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4 eine
vereinfachte grafische Darstellung eines Rebinning-Prozesses zur
weiteren Erläuterung
des Verfahrens aus 2,
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5 einen
Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels
des Schrittes S9 des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2,
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6 Zeitwerte
als Funktion eines Abstands vom Drehmittelpunkt der Strahlenquelle
und des Detektors für
einen dem parallelen Rebinning unterzogenen Detektor für ein CT-System
mit einer Rotationszeit von 0,5 s.
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In
der folgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
eines parallelen Rebinning erläutert.
Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf jede Art von Rebinning
angewendet werden, bei dem neue künstliche Projektionen aus einer
Vielzahl von anderen Projektionen rekonstruiert werden, die in einer
anderen Geometrie zu anderen Zeitpunkten aufgenommen wurden. Mit
anderen Worten: die vorliegende Erfindung kann auf jegliche geeignete
Abtasttrajektorie angewendet werden, bei der ein Rebinning in eine
andere Projektionsgeometrie durchgeführt wird.
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1 zeigt
eine schematische, vereinfachte Darstellung einer Bildverarbeitungsvorrichtung 2,
die gemäß einen
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer Ein-/Ausgabeeinheit 4 und
mit einem CT-Scanner 6 verbunden ist. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 2 umfasst
eine Recheneinheit 8. Der CT-Scanner 6 umfasst
eine stationäre
Gantry 10, die einen Untersuchungsbereich 12 definiert.
Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet eine rotierende Gantry,
die an der stationären
Gantry 10 montiert ist. Eine Quelle eindringender Strahlung 16,
beispielsweise eine Röntgenröhre, ist
so an der rotierenden Gantry 14 angeordnet, dass sie sich
mit ihr dreht. Die Strahlenquelle 16 ist mit einem Kollimator
versehen und erzeugt ein kegelförmiges
Strahlenbündel 18, das
während
der Rotation der rotierenden Gantry 14 den Untersuchungsbereich 12 durchquert.
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Ferner
ist ein Kollimator- und Verschlusssystem 20 zum Formen
des Strahlenbündels 18 und zum
selektiven Ein- und Ausblenden des Strahlenbündels 18 vorgesehen.
Das Strahlenbündel 18 kann auch
durch elektronisches Umschalten der Strahlenquelle 16 ein-
oder ausgeblendet werden.
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Das
Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Objektauflage, beispielsweise
eine Patientenliege, die das abzutastende Objekt aufnimmt, so dass
sich ein interessierender Bereich des Objekts zumindest teilweise
innerhalb des Untersuchungsbereichs 12 des CT-Scanners 6 befindet.
An der rotierenden Gantry 14 ist auf der der Strahlenquelle 16 gegenüber liegenden
Seite ein Strahlendetektor 24 vorgesehen. Der Strahlendetektor 24 ist
so angeordnet, dass er einen wesentlichen Teil des von der Strahlenquelle 16 ausgesendeten
kegelförmigen
Strahlenbündels 18 nach
dem Durchqueren des Objekts im Untersuchungsbereich 12 detektiert.
Der Strahlendetektor ist vorzugsweise ein zweidimensionales Detektor-Anay. Außerdem ist
der Strahlendetektor 24 so an die rotierende Gantry 14 montiert,
dass sich der Strahlendetektor 24 zusammen mit der Strahlenquelle 16 um den
Untersuchungsbereich 12 dreht.
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Während der
Rotation der rotierenden Gantry 14 um den Untersuchungsbereich 12 wird
die Objektauflage 22, auf der das interessierende Objekt liegt,
auf einer zentralen horizontalen Achse des Untersuchungsbereichs 12 verschoben.
Dadurch folgen die Strahlenquelle 16 und der Strahlendetektor 24 einem
spiralförmigen
Pfad in Bezug auf das interessierende Objekt. Als Option kann bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel
die Auflage 22 stationär
bleiben, während
die stationäre
Gantry 10 so ausgelegt ist, dass sie in Bezug auf das interessierende
Objekt verschoben oder anderweitig bewegt wird, so dass die Strahlenquelle 16 und
der Strahlendetektor 24 während einer Abtastung auf einem
spiralförmigen
Pfad in Bezug auf das interessierende Objekt verschoben werden.
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Während einer
Abtastung wird der Strahlendetektor 24 in vorher festgelegten
Zeitintervallen abgetastet. Die von dem Strahlendetektor 24 ausgelesenen
Abtastergebnisse sind elektrische Signale, d. h. elektrische Daten,
die im Folgenden als Projektion bezeichnet werden. Ein vollständiger Datensatz
einer ganzen Abtastung eines interessierenden Objekts besteht daher
aus einer Vielzahl von Projektionen, wobei die Anzahl von Projektionen
dem Zeitintervall entspricht, mit dem der Strahlendetektor 24 abgetastet
wird. Die Vielzahl von Projektionen wird zur Bildverarbeitungsvorrichtung 2 übertragen,
wo sie mit Hilfe einer Recheneinheit 8 gelesen werden.
Auf der Grundlage der Vielzahl von Projektionen rekonstruiert die
Recheneinheit 8 Schichtbilder des interessierenden Objekts
in einer Ebene, die senkrecht zu der zentralen horizontalen Achse
des Untersuchungsbereichs 12 steht. Anstelle der Erzeugung
von Schichtbildern kann die Recheneinheit 8 auch so ausgelegt sein,
dass sie dreidimensionale Bilder oder animierte Darstellungen ermittelt,
wobei beispielsweise einzelne Bilder zusammengesetzt werden, so
dass eine animierte Folge von Bildern erzeugt wird, die beispielsweise
die periodische Bewegung des menschlichen Herzens zeigt. Die Bilder
können über die Ein-/Ausgabeeinheit 4 ausgegeben
werden. Ferner ermöglicht
es die Ein-/Ausgabeeinheit 4 einem Bediener, manuell Parameter
der Abtastung in dem CT-Scanner 6 und der Bildverarbeitungsvorrichtung 2 zu
steuern. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein Apertursystem,
beispielsweise ein Diaphragma, zwischen der Strahlenquelle 16 und
dem Untersuchungsbereich 12 vorgesehen werden, so dass
anstelle des kegelförmigen
Strahlenbündels 18 ein
fächerförmiges Strahlenbündel erzeugt
wird.
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Das
Bezugszeichen 26 in 1 bezeichnet einen
Sensor, der am Brustkorb des zu untersuchenden Patienten befestigt
ist. Der Sensor 26 ist mit einem Elektrokardiogramm (EKG) 28 verbunden,
das mit der Bildverarbeitungsvorrichtung 2 verbunden ist. Als
Alternative kann die Gating-Funktion auch statt aus dem EKG direkt
aus den Projektionen (Kymogramm) oder mit Hilfe anderer Sensoren,
beispielsweise einem akustischen Sensor oder einem optischen Sensor,
ermittelt werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird weiter beschrieben unter Bezugnahme auf
das Beispiel einer CT-Rekonstruktion des Herzens mit hoher zeitlicher Auflösung, wobei
eine Rekonstruktion mit hoher Auflösung von einer einzigen Phase
des Herzens erstellt wird. Es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf die CT-Rekonstruktion
des Herzens mit hoher zeitlicher Auflösung beschränkt ist, sondern im Allgemeinen
im Zusammenhang mit der Rekonstruktion von Daten von CT-Scannern,
Nuklearkameras oder anderen Scannern zu Diagnosezwecken angewendet
werden kann, bei denen ein Objekt mit einer Bewegung, beispielsweise
einer periodischen Bewegung, untersucht wird.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Funktionsweise des in 1 dargestellten Systems unter
Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 zeigt
einen vereinfachten Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Betreiben des Systems aus 1.
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Nach
dem Start in Schritt S1, bei dem ein Bediener beispielsweise den
Betrieb des Systems aus 1 über die Eingabe in die Ein-/Ausgabeeinheit 4 mitiiert,
werden in Schritt S2 EKG-Daten von dem EKG 28 eingelesen.
Die EKG-Daten stellen den Herzschlag des Patienten dar, der mit
Hilfe des Sensors 26 gemessen wird.
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Dann
fährt das
Verfahren mit Schritt S3 fort, bei dem auf der Grundlage der gemessenen
und in die Bildverarbeitungsvorrichtung 2, d. h. in die
Recheneinheit 8 der Bildverarbeitungsvorrichtung 2, eingelesenen
EKG-Daten, die Recheneinheit 8 eine Gating-Fensterbreite
und -Position innerhalb eines RR-Intervalls des EKGs ermittelt.
Dies kann in Wechselwirkung mit einem Bediener, beispielsweise einem Kardiologen,
erfolgen. Das RR-Intervall ist das Intervall zwischen Schlägen des
menschlichen Herzens. Diese Fensterbreite und Position kann konstant
sein oder während
des gesamten Erfassungsintervalls variieren. Das gesamte Erfassungsintervall
ist so definiert, dass es sich von der ersten Projektion bis zur letzten
Projektion erstreckt und alle oder einige Projektionen einschließt, die
während
der Abtastung in dem CT-Scanner ermittelt wurden.
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Nach
der Ermittlung des Gating-Fensters in Schritt S3 fährt das
Verfahren mit Schritt S4 fort, bei dem die Bildverarbeitungsvorrichtung 2 den CT-Scanner 6 so
steuert, dass eine CT-Abtastung an dem Patienten durchgeführt und
ein vollständiger Projektionsdatensatz
des Patienten erfasst wird.
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Anstatt
die EKG-Daten und die CT-Projektionen nacheinander zu lesen, werden
die EKG-Daten und die CT-Projektionen vorteilhafterweise parallel ermittelt.
Zwei Gating-Verfahren können
angewendet werden: ein retrospektives Gating und ein prospektives
Gating.
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Bei
dem retrospektiven Gating werden die Projektionen und die EKG-Daten
kontinuierlich ermittelt und dann, d.h. im Nachhinein, wird aus
den EKG-Daten die Position des Gating-Fensters ermittelt und welche
Projektionen für
die Rekonstruktion des Bildes zu verwenden sind.
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Bei
dem prospektiven Gating werden wiederum die EKG-Daten und CT-Projektionen parallel
ermittelt. Am Anfang jedes Herzzyklus (R-Zacke) wird jedoch eine
Entscheidung gefällt,
in welchem Teil des Zyklus die Projektionen zu ermitteln sind. Danach kann
das Erfassungsintervall so gesteuert werden, dass die Röhre (Strahlenquelle)
nur für
dieses kurze Intervall des Zyklus eingeschaltet wird und Projektionen
nur während
dieses Intervalls ermittelt werden.
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Nach
dem Abtasten in Schritt S4 fährt
das Verfahren mit dem Schritt S5 fort, bei dem die Recheneinheit 8 in
der Bildverarbeitungsvorrichtung 2 jede Projektion, die
innerhalb des in Schritt S3 definierten Gating-Fensters gemessen
wurde, mit einer ersten Marke kennzeichnet. Mit anderen Worten:
In Schritt S5 wird jede der erfassten Projektionen (kegelförmiges oder
fächerförmiges Strahlenbündel) mit der
ersten Marke gekennzeichnet, wenn sie innerhalb des Gating-Fensters
von einem der Herzzyklen gemessen wurde, während dem die Abtastung stattfand.
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Nach
dem Kennzeichnungsschritt S5 führt die
Recheneinheit 8 einen Schritt des Rebinning durch. In Schritt
S6 führt
die Recheneinheit ein paralleles Rebinning für den kompletten Projektionsdatensatz
durch. Dies wird ausführlicher
unter Bezugnahme auf die 3a bis 4 beschrieben.
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Wie
bereits unter Bezugnahme auf 1 erwähnt, drehen
sich die Strahlenquelle 16 und der Strahlendetektor 24 zusammen
um den Patienten. In den 3a bis 3f kennzeichnet das Bezugszeichen 30 den
spiralförmigen
Pfad, auf dem sich die Strahlenquelle 16 und der Strahlendetektor 24 drehen. Dies
wird in den 3a bis 3f dargestellt,
in denen aufeinander folgende Projektionen auf dem spiralförmigen Pfad
der Strahlenquelle 16 und des Strahlendetektors 24 dargestellt
sind. In den 3a bis 3f ist der
Strahlendetektor 24 als zweidimensionales Detektor-Array
mit einer Vielzahl von Zeilen 32 bis 36 und einer
Vielzahl von Spalten 37 bis 46 dargestellt.
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Während des
Schrittes des parallelen Rebinning S6 werden parallele Projektionen,
d.h. parallele Strahlengänge
oder Spalten einer Vielzahl von Projektionen zur Rekonstruktion
des endgültigen
Bildes verwendet. Diese parallelen Projektionen sind mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet.
In der in den 3a bis 3f dargestellten
Detektoranordnung entspricht jede der parallelen, während des
Schrittes des Rebinning ausgewählten
Projektionen 50 einer Spalte 37 bis 44 des
zweidimensionalen Detektor-Arrays 24. Wie aus den 3a bis 3f zu
ersehen ist, liegen die parallelen Projektionen 50 in parallelen
Ebenen.
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Wie
jedoch ebenfalls aus den 3a bis 3f zu ersehen ist, trifft jede der parallelen
Projektionen 50 an einer anderen Position auf das zweidimensionale
Detektor-Array 24.
Mit anderen Worten: In der in den 3a bis 3f dargestellten Detektoranordnung 24 wird
jede der während
des Rebinning ausgewählten
parallelen Projektionen 50 von einer anderen Spalte 37 bis 44 des
zweidimensionalen Detektor-Arrays 24 detektiert.
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Im
Folgenden wird ein weiterer Teil des Schrittes des Rebinning unter
Bezugnahme auf 4 beschrieben. Wie es in 4 dargestellt
ist, wird eine Vielzahl von parallelen Projektionen 50 zu einem
Datensatz zusammengesetzt, der aus einer Vielzahl von parallelen
Projektionen 50 besteht. Dieser Datensatz wird im Folgenden
als dem parallelen Rebinning unterzogene Projektionen bezeichnet.
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In
dem folgenden Schritt S7 wird jede der dem parallelen Rebinning
unterzogenen Projektionen, die Informationen von einer der mit der
ersten Marke gekennzeichneten Projektionen enthalten, mit einer
zweiten Marke gekennzeichnet. Dann wird in dem folgenden Schritt
S8 eine spaltenabhängige Funktion
für alle
dem parallelen Rebinning unterzogenen Projektionen ermittelt, die
mit der zweiten Marke gekennzeichnet wurden. Mit anderen Worten:
Mit Bezug auf die 3a bis 3f wird eine Funktion in Abhängigkeit
davon ermittelt, welche der Spalten 37 bis 44 des
Detektor-Arrays 24 die entsprechende parallele Projektion 50 detektierte.
Somit wird gemäß der vorliegenden
Erfindung auf der Grundlage von Positionsinformationen hinsichtlich
der Position des Strahlendetektors 24, an der der entsprechende
parallele Strahlengang 50 detektiert wurde, die spaltenabhängige Funktion
für alle
dem parallelen Rebinning unterzogenen Projektionen ermittelt, die
Informationen von den Projektionen enthalten, die mit der ersten
Marke gekennzeichnet wurden.
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In
dem folgenden Schritt S9 werden auf der Grundlage der dem parallelen
Rebinning unterzogenen Projektionen, die mit der zweiten Marke gekennzeichnet
wurden, und der spaltenabhängigen
Funktion während
des Rekonstruktionsprozesses die Voxel für die anschließende Bilddarstellung
rekonstruiert. Nach der Rekonstruktion der Voxel in Schritt 9 fährt das
Verfahren mit Schritt S10 fort, wo es endet. Mit anderen Worten:
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Gating-Fenster, das ursprünglich lediglich eine Funktion
der Fächerstrahlenbündel-/Kegelstrahlenbündelprojektion
war, eine Funktion des Projektionswinkels und der Spaltenkoordinate
des Strahlendetektors 24 nach dem parallelen Rebinning.
Durch das Einfügen
derartiger Positionsinformationen über die Spaltenkoordinate des
Strahlendetektors 24 während
der Rückprojektion
kann vorteilhafterweise die zeitliche Auflösung des Rekonstruktionsverfahrens erheblich
erhöht
werden, da zur Rekonstruktion des Bildes aus parallelen Projektionen 50 lediglich
Daten verwendet werden, die wirklich zu dem gewählten Gating-Fenster gehören.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel von
Schritt S9 aus 2 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 zeigt
einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels
des Schrittes S9 aus 2. Nach dem Start in Schritt
S20 wird in Schritt S21 eine kosinusartige Gewichtungsfunktion in
Abhängigkeit
von der Strahlengeometrie des CT-Scanners 6 ermittelt.
Die Strahlengeometrie beinhaltet Informationen über mindestens ein Element,
das aus der Gruppe bestehend aus dem spiralförmigen Pfad, den Abmessungen
des kegelförmigen
oder des fächerförmigen Strahlenbündels, der
Position des Strahlendetektors 24 in Bezug auf die Strahlenquelle 16 und
Positionsinformationen bezüglich
der Zeilen und Spalten des Strahlendetektors 24 ausgewählt wird.
Danach wird nach Schritt S21 in Schritt 22 die kosinusartige
Gewichtungsfunktion auf die dem parallelen Rebinning unterzogenen
Projektionen angewendet, die mit der zweiten Marke gekennzeichnet sind.
Nach der Kennzeichnung in Schritt 22 fährt das Verfahren mit Schritt
S23 fort, in dem die gewichteten dem parallelen Rebinning unterzogenen
Projektionen, die mit der zweiten Marke gekennzeichnet sind, mit
Hilfe eines geeigneten Hochpassfilters gefiltert werden. Danach
wird nach der Filterung in Schritt S23 in Schritt S24 eine Position
eines Voxels für
jede der gefilterten, gewichteten, dem parallelen Rebinning unterzogenen
Projektionen mit der zweiten Marke berechnet. Danach fährt das
Verfahren mit Schritt S25 fort.
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In
Schritt S25 werden Voxel ausgewählt,
die auf einen Bereich der Projektion projiziert werden, die mit
der zweiten Marke gekennzeichnet ist. Mit anderen Worten: In Schritt
S25 wird überprüft, ob das
ermittelte Voxel wirklich innerhalb des Gating-Fensters liegt. Zu
diesem Zweck wird das Voxel auf den Detektor 24 „projiziert", und es wird ermittelt,
ob das Voxel in einen Gating-Fensterbereich auf dem Detektor 24 projiziert
wird. Wie oben beschrieben entspricht der Gating-Fensterbereich
einem „Projektionsbereich" des Gating-Fensters
auf die Oberfläche
des Strahlendetektors 24.
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Nach
Schritt S25 fährt
das Verfahren mit Schritt S26 fort, in dem eine Normalisierung durchgeführt wird.
In Schritt S26 werden die Gewichtungsfunktion jedes der in Schritt
S25 ausgewählten
Voxel und jede Projektion normalisiert um sicherzustellen, dass
das Summengewicht aller Projektionen aus einem bestimmten Winkel
Eins beträgt.
Nach der Normalisierung in Schritt S26 fährt das Verfahren mit Schritt
S27 fort, wo es endet.
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6 zeigt
Zeitwerte als eine Funktion eines Abstands von einem Drehmittelpunkt
der rotierenden Gantry 14 für einen dem parallelen Rebinning
unterzogenen Detektor für
ein CT-System mit einer Rotationszeit von 0,5 s. Bei einem echten
Detektorsystem ist über
den Projektionsbereich eine Änderung
von 68 ms zu sehen. Bei einem Kreis mit 288 mm um den Drehmittelpunkt
bleibt eine Änderung
von 20 ms.
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Wie
oben beschrieben erzeugt das parallele Rebinning selbst eine parallele
Projektion von einer Anzahl von Fächerstrahlenbündel- oder
Kegelstrahlenbündelprojektionen,
die an verschiedenen Quellenpositionen auf dem spiralförmigen Pfad 30 und
daher zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst wurden. Die dem parallelen
Rebinning unterzogene Projektion enthält Informationen von einem
Satz mit Fächerstrahlenbündel- oder
Kegelstrahlenbündelprojektionen,
die innerhalb eines Winkelbereichs des Fächerwinkels gemessen wurden.
Es ist jedoch anzumerken, das nur der zentrale Strahlengang der
parallelen Projektion zu dem gleichen Zeitpunkt wie die Fächerstrahlenbündelprojektion
gemessen wurde, der unter demselben Projektionswinkel einfiel. Daher
führt die direkte
Kennzeichnung von dem parallelen Rebinning unterzogenen Projektionen
innerhalb der aus dem EKG-basierenden
Gating-Fenster resultierenden Werte zu der Verwendung von Projektionsdaten bei
der Rekonstruktion, die nicht wirklich zu dem Gating-Fenster gehören und
daher unerwünschte Bewegungsartefakte
oder Fehler in dem Bild verursachen. Gemäß der vorliegenden Erfindung
können derartige
unerwünschte
Bewegungsartefakte oder Fehler wesentlich reduziert werden, da gemäß der vorliegenden
Erfindung anhand der Verwendung von Positionsinformationen überprüft wird,
ob die zum Schluss für
die Rekonstruktion des endgültigen
Bildes verwendeten Projektionsdaten innerhalb des Gating-Fensters
liegen oder nicht. Die Informationen darüber, an welcher Position des
Detektors 24 die entsprechenden Projektionsdaten detektiert
wurden, werden dazu verwendet zu überprüfen, ob die für die endgültige Rekonstruktion
des Bildes verwendeten Projektionsdaten innerhalb des Gating-Fensters liegen oder
nicht.
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Wie
bereits oben erwähnt,
kann die vorliegende Erfindung außer in CT-Rekonstruktionen des Herzens mit hoher
zeitlicher Auflösung
auch in Anwendungen zusammen mit Nuklearkameras oder anderen Scannern
zu Diagnosezwecken eingesetzt werden, in denen ein sich bewegendes
Objekt abzutasten ist.
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Text in der
Zeichnung
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2
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- S1 Start
- S2 Einlesen von EKG-Daten
- S3 Ermitteln des Gating-Fensters
- S4 Durchführen
einer CT-Abtastung an dem Objekt zum Erfassen eines kompletten Projektionsdatensatzes
des Objektes
- S5 Kennzeichnen jeder Projektion, die in dem Gating-Fenster
gemessen wurde, mit einer ersten Marke
- S6 Durchführen
eines Schrittes des parallelen Rebinning für den kompletten Projektionsdatensatz
- S7 Kennzeichnen jeder der dem parallelen Rebinning unterzogenen
Projektionen, die Informationen über
eine der mit der ersten Marke gekennzeichneten Projektionen enthält, mit
einer zweiten Marke
- S8 Ermitteln einer spaltenabhängigen Funktion für alle dem
parallelen Rebinning unterzogenen Projektionen, die mit der zweiten
Marke gekennzeichnet sind
- S9 Rekonstruieren der Voxel während des Rekonstruktionsprozesses
auf der Grundlage der dem parallelen Rebinning unterzogenen Projektionen,
die mit der zweiten Marke gekennzeichnet sind, und der spaltenabhängigen Funktion
- S10 Ende
-
5
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- S20 Start
- S21 Ermitteln einer kosinusartigen Gewichtungsfunktion in Abhängigkeit
von der Strahlengeometrie
- S22 Anwenden der kosinusartigen Gewichtungsfunktion auf die
dem parallelen Rebinning unterzogenen Projektionen, die mit der
zweiten Marke gekennzeichnet sind
- S23 Filtern der gewichteten, dem parallelen Rebinning unterzogenen
Projektionen, die mit der zweiten Marke gekennzeichnet sind, mit
einem Hochpassfilter
- S24 Berechnen der Position eines Voxels für jede der gefilterten, gewichteten,
dem parallelen Rebinning unterzogenen Projektionen mit der zweiten
Marke
- S25 Auswählen
von Voxeln, die in einen Bereich der Projektion projiziert werden,
die mit der zweiten Marke gekennzeichnet ist
- S26 Normalisieren der Gewichtungsfunktion jedes der in Schritt
S25 ausgewählten
Voxel und jedes Projektionswinkels um sicherzustellen, dass die
Gewichte aller Projektionen aus einem bestimmten Winkel die Summe
Eins ergeben
- S27 Ende
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6
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- Parallel Rebinned Detector Time Offset Zeitversatz Detektor
nach parallelem Rebinning
- Source Detector Distance Abstand Quelle-Detektor
- Time offset Zeitversatz
- Distance to center Abstand zum Mittelpunkt