DE102010034918A1

DE102010034918A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen von Güteeinformation für eine Röntgenbildgebung

Info

Publication number: DE102010034918A1
Application number: DE102010034918A
Authority: DE
Inventors: Dr. Engel Klaus; Oliver Klar; Dr. Kowarschik Markus; Manuel Meilinger; Holger Scherl; Dr. Schmidgunst Christian
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US20120045105A1

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen angegeben, mit denen eine ortsaufgelöste Güteinformation für eine Röntgenbildgebung bereitgestellt wird, bei der aus einer Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34) eines Untersuchungsobjekts (22) ein das Untersuchungsobjekt repräsentierendes Datenfeld rekonstruiert wird. Für eine Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes wird eine Güteinformation ermittelt, die die Zuverlässigkeit des rekonstruierten Datenfeldes für das entsprechende Element (17–19) angibt.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Röntgenbildgebung. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen, die bei einer Röntgenbildgebung, bei der ein das Untersuchungsobjekt repräsentierendes Datenfeld, beispielsweise ein Satz von 3D-Volumendaten, aus einer Mehrzahl von Aufnahmen rekonstruiert wird, einsetzbar sind.
Die dreidimensionale Bild- oder Objekterfassung ist in der medizinischen Technik weit verbreitet. 3D-Volumendaten dienen häufig zur Vorbereitung von therapeutischen und/oder chirurgischen Maßnahmen. Ein Anwendungsbeispiel ist die Traumarekonstruktion, beispielsweise zur Behandlung von Knochenbrüchen, bei der anhand vorab aufgenommener 3D-Volumendaten des Untersuchungsobjekts weitere Behandlungsschritte geplant werden können.
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur 3D-Röntgenbildgebung bekannt, mit denen 3D-Volumendaten des Untersuchungsobjekts rekonstruiert werden können. Beispielhafte Verfahren beinhalten die Computertomographie oder die Kegelstrahl-Computertomographie, ohne auf diese beschränkt zu sein. Bei der 3D-Röntgenbildgebung können Metallobjekte oder andere Objekte mit einer starken Röntgenabsorption die rekonstruierten Daten nachteilig beeinflussen. Ein Metallobjekt kann zu einer Verschlechterung der Bildqualität und der rekonstruierten Volumendaten führen. Beispielsweise können so genannte Metallartefakte auftreten. Je nach Lage des Metallobjekts wird die Information über das durchstrahlte Gewebe in unterschiedlichen erfassten Bildern unterschiedlich stark beeinflusst, d. h. gestört oder sogar ausgelöscht. Dies kann dazu führen, dass Abschnitte des Untersuchungsobjekts in der Nähe von Metallobjekten nicht ebenso vollständig abgetastet werden können wie Abschnitte, die weiter von dem Metallobjekt entfernt liegen. Wie stark die einzelnen Abschnitte des Untersuchungsobjekts von diesen Effekten betroffen sind, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Beispielsweise spielt die Strahlgeometrie, die Geometrie des Metallobjekts und die Lage der Strahlgeometrie relativ zu der Geometrie des Metallobjekts bei der Erfassung der verschiedenen Bilder eine Rolle.
Verschiedene Ansätze zur Korrektur von Metallartefakten können verfolgt werden. Beispielsweise können dabei Bereiche in Projektionsaufnahmen substituiert, d. h. künstlich aufgefüllt werden. Dazu kann eine physikalisch möglichst sinnvolle Interpolation zwischen den tatsächlich erfassten Daten eingesetzt werden. Für die Rekonstruktion sind diese rechnerisch ermittelten Daten jedoch weniger zuverlässig als Daten, die nicht durch Metallabschattungen beeinträchtigt sind und somit unmittelbar für die Rekonstruktion herangezogen werden können.
Aus der DE 10 2008 050 570 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem ein 3D-Bilddatensatz eines Körpers, der ein für Röntgenstrahlung undurchlässiges Objekt enthält, erzeugt wird.
Auch in anderen Verfahren kann eine Interpolation oder Extrapolation tatsächlich erfasster Daten eingesetzt werden, um anschließend durch gefilterte Rückprojektion ein Rekonstruktionsergebnis zu generieren. Beispiele für eine derartige Erzeugung synthetischer Daten umfassen so genannte Extended-Field-Of-View-Methoden, bei denen vorab eine Sinogrammerweiterung um synthetische Daten erfolgen kann.
Herkömmlich erhält der Benutzer einer Vorrichtung zur Röntgenbildgebung keine Informationen über die Auswirkung von Metallobjekten oder synthetischen Daten auf die rekonstruierten 3D-Volumendaten oder auf ein rekonstruiertes 2D-Schnittbild. Da der Einfluss eines Metallobjekts oder von synthetischen Daten auf rekonstruierte Volumendaten von einer Vielzahl von Faktoren abhängt und räumlich variiert, kann es für einen Benutzer schwer sein, diesen Einfluss abzuschätzen. Dies gilt entsprechend auch, wenn aus einer Mehrzahl eindimensionaler Aufnahmen ein 2D-Schnittbild rekonstruiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die Informationen über den Einfluss von Metallobjekten oder anderen stark absorbierenden Objekten oder Informationen über den Einfluss synthetischer Daten auf die Güte eines rekonstruierten Datenfeldes bereitstellen können.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren, ein Computerprogramm, eine Vorrichtung und ein Computertomograph bereitgestellt, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben sind. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Bereitstellen von ortsaufgelöster Güteinformation für eine Röntgenbildgebung, bei der aus einer Mehrzahl von Aufnahmen eines Untersuchungsobjekts ein das Untersuchungsobjekt repräsentierendes zwei- oder dreidimensionales Datenfeld rekonstruiert wird, angegeben. Dabei wird für eine Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes jeweils eine Güteinformation ermittelt, welche eine Zuverlässigkeit des aus der Mehrzahl von Aufnahmen rekonstruierten Datenfeldes für das entsprechende Element des Datenfeldes angibt. Die Güteinformation quantifiziert somit ortsabhängig die Güte bzw. Zuverlässigkeit des Rekonstruktionsergebnisses.
Durch die Güteinformation, die die Zuverlässigkeit eines Rekonstruktionsergebnisses ortsaufgelöst angibt, wird dem Benutzer neben dem rekonstruierten Datenfeld zusätzliche Information bereitgestellt.
Die Güteinformation kann insbesondere bei der Visualisierung des Rekonstruktionsergebnisses eingesetzt werden.
Bei dem Verfahren kann für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes die Güteinformation jeweils abhängig davon ermittelt werden, bei wie vielen der zur Rekonstruktion verwendeten Aufnahmen eine Metallabschattung des entsprechenden Elements, beispielsweise Voxels, vorlag. Dadurch können Informationen über den ortsabhängigen Einfluss der Metallabschattung generiert werden.
Bei dem Verfahren kann für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes die Güteinformation jeweils abhängig davon ermittelt werden, bei wie vielen der zur Rekonstruktion verwendeten Aufnahmen das entsprechende Element, beispielsweise Voxel, aus synthetischen Daten rekonstruiert wurde. Als synthetischen Daten werden dabei Daten bezeichnet, die nicht unmittelbar durch eine Datenerfassung gewonnen werden. Beispiele für derartige synthetische Daten sind Bildbereiche, die durch Interpolation oder Extrapolation erfasster Daten ermittelt werden.
Bei dem Verfahren kann für jede Aufnahme der Mehrzahl von Aufnahmen eine Segmentierung der Aufnahme durchgeführt werden, um Aufnahmebereiche zu ermitteln, in denen bei der Erfassung der jeweiligen Aufnahmen Projektionslinien, die ein Teilvolumen des Untersuchungsobjekts mit einer vorgegebenen Eigenschaft, insbesondere ein Teilvolumen mit einem einen Schwellenwert übersteigenden Absorptionskoeffizienten, durchlaufen haben, enden. Für eine Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes kann die Güteinformation abhängig davon ermittelt werden, ob das entsprechende Element des Datenfeldes bei der Erfassung einer Aufnahme jeweils in den für die Aufnahme durch die Segmentierung ermittelten Aufnahmebereich abgebildet wurde. D. h. die Güteinformation kann abhängig davon ermittelt werden, ob beispielsweise ein Voxel von rekonstruierten 3D-Volumendaten oder ein Pixel eines rekonstruierten 2D-Schnittbildes bei der Datenerfassung an einem Projektionsstrahl positioniert war, der in einem Pixel der jeweiligen Aufnahme endet, das von dem durch Segmentierung ermittelten Aufnahmebereich umfasst wird. Der durch Segmentierung ermittelte Aufnahmebereich kann ein Bereich sein, in dem eine Metallabschattung vorliegt. Der durch Segmentierung ermittelte Aufnahmebereich kann ein Bereich sein, in dem zur Rekonstruktion synthetische Daten eingesetzt werden, die rechnerisch aus den erfassten Daten ermittelt werden, beispielsweise durch Interpolation oder Extrapolation.
Mit dem Verfahren nach dem Ausführungsbeispiel wird für Elemente des Datenfeldes, beispielsweise Voxel von 3D-Volumendaten, die ortsaufgelöste Güteinformation abhängig davon ermittelt, ob sie bei der Erfassung der verschiedenen Aufnahmen an einer Projektionslinie positioniert sind, die durch das Teilvolumen, beispielsweise ein Metallobjekt, verläuft. Dabei bezeichnet der Begriff „Projektionslinie” eine Linie, entlang der bei der Erfassung der Aufnahme Röntgenstrahlung von einer Röntgenquelle zu einem Pixel eines Röntgendetektors läuft. Der Begriff impliziert nicht, dass bei der jeweiligen Erfassung an dem entsprechenden Voxel noch eine messbare Röntgenintensität vorhanden gewesen sein muss. Auf diese Weise kann für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes ermittelt werden, ob bei der Erfassung der verschiedenen Aufnahmen, aus denen das Datenfeld rekonstruiert wird, die Abschattung beispielsweise durch ein Metallobjekt dazu führen konnte, dass Information betreffend das entsprechende Element des Datenfeldes signifikant abgeschwächt oder ausgelöscht wurde.
Die Aufnahmen können eindimensionale oder zweidimensionale Aufnahmen sein, die mit einer Vorrichtung zur Röntgenbildgebung, beispielsweise einem Computertomographen, erfasst werden.
Bei Ausführungsformen repräsentiert das Datenfeld rekonstruierte 3D-Volumendaten, wobei die Elemente des Datenfeldes Voxel der Volumendaten repräsentieren. Die Aufnahmen, aus denen die 3D-Volumendaten rekonstruiert werden, können 1D- oder 2D-Aufnahmen sein. Bei weiteren Ausführungsformen repräsentiert das Datenfeld 2D-Bilddaten, beispielsweise ein Schnittbild des Untersuchungsobjekts, die aus einer Mehrzahl von Zeilenaufnahmen rekonstruiert werden.
Das Teilvolumen kann insbesondere ein Metallobjekt sein.
Die Güteinformation kann für alle Elemente des Datenfeldes ermittelt werden. D. h., es kann beispielsweise die Voxelauflösung bei der Ermittlung der Güteinformation gleich der Voxelauflösung bei der Rekonstruktion von 3D-Volumendaten sein.
Die ermittelte Güteinformation kann für einen Benutzer bereitgestellt werden. Die Güteinformation kann für eine Ausgabe mit dem rekonstruierten Datenfeld zusammengeführt werden. Die Güteinformation kann verwendet werden, um eine Darstellung des rekonstruierten Datenfeldes auf einer Anzeigeeinheit zu beeinflussen. Die Güteinformation kann auch für eine spätere Verwendung als Datensatz gespeichert werden.
Zum Ermitteln der Güteinformation kann für jedes Element der Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes ermittelt werden, bei wie vielen Aufnahmen das entsprechende Element in den für die Aufnahme ermittelten Aufnahmebereich abgebildet wurde. Der Aufnahmebereich kann ein Bereich sein, in dem signifikante Metallabschattung vorliegt, und/oder ein mit synthetischen Daten gefüllter Bereich. Dadurch wird berücksichtigt, dass die Güte von rekonstruierten Daten abnehmen kann, wenn in einer größeren Anzahl von Aufnahmen die ein Element des Datenfeldes betreffende Information dadurch abgeschwächt oder ausgelöscht wurde, dass die durch das Element verlaufende Projektionslinie durch ein Metallobjekt verläuft.
Für jedes Element der Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes kann eine zu einer Anzahl der Aufnahmen, bei denen das entsprechende Element in den ermittelten Aufnahmebereich abgebildet wurde, proportionale Kenngröße ermittelt werden. Die Güteinformation für das entsprechende Element kann auf Basis dieser Kenngröße ermittelt werden. Bei einer Ausführungsform wird für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes der Güteinformation für ein Element jeweils ein Wert zugewiesen, der gleich der Anzahl der Aufnahmen ist, bei denen das entsprechende Element in den ermittelten Aufnahmebereich abgebildet wurde. Bei einer weiteren Ausführungsform wird für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes der Güteinformation für ein Element jeweils ein Wert zugewiesen, der gleich der Anzahl der Aufnahmen ist, bei denen das entsprechende Element in den ermittelten Aufnahmebereich abgebildet wurde, geteilt durch die Gesamtanzahl der Aufnahmen ist. Auf diese Weise wird die Güteinformation normiert. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Güteinformation für ein Element jeweils ermittelt werden, indem von der Gesamtanzahl der Aufnahmen die Anzahl der Aufnahmen, bei denen das entsprechende Element in den ermittelten Aufnahmebereich abgebildet wurde, subtrahiert wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die letztgenannte Größe zur Normierung durch die Gesamtanzahl der Aufnahmen geteilt werden.
Um die Güteinformation zu ermitteln, kann für jede Aufnahme der Mehrzahl von Aufnahmen eine zugeordnete modifizierte Aufnahme abhängig von dem für die Aufnahme ermittelten Aufnahmebereich bestimmt werden. Es kann eine Rückprojektion der modifizierten Aufnahmen vorgenommen werden, um die Güteinformation für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes zu ermitteln. Die Rückprojektion kann ohne vorhergehende Filterung der modifizierten Aufnahmen vorgenommen werden. Die Rückprojektion kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. Beispielsweise kann für jede Aufnahme voxelweise ermittelt werden, in welches Pixel der Aufnahme Elemente des Datenfeldes für die bei Bilderfassung vorliegende relative Anordnung von Strahlengang und Untersuchungsobjekt abgebildet wurden. Der Wert der Güteinformation für das Element des Datenfeldes wird um den Wert des Pixels in dem modifizierten Bild erhöht. Der Vorgang wird iterativ für alle Bilder wiederholt. Die durch ungefilterte Rückprojektion aus den modifizierten Aufnahmen resultierende vereinfachte Rekonstruktion stellt eine ortsaufgelöste Güteinformation bereit. Eine Normierung oder andere geeignete Skalierung der vereinfachten Rekonstruktion kann vorgenommen werden. Die Erzeugung der modifizierten Aufnahmen erlaubt es, die modifizierten Aufnahmen als Eingangsdaten einer Rekonstruktionsprozedur zu verwenden, wobei die für die Rekonstruktion des Datenfeldes benötigte Information über die Lage des abgebildeten Volumens relativ zu Röntgenquelle und Detektor genutzt werden kann.
Die modifizierten Aufnahmen können jeweils als binäre Aufnahmen erzeugt werden. Jede der modifizierten Aufnahmen kann so ermittelt werden, dass einem Pixel der modifizierten Aufnahme ein erster Wert, beispielsweise 1, zugewiesen wird, wenn die Pixelkoordinaten innerhalb des durch Segmentierung ermittelten Aufnahmebereichs liegen, und dass einem Pixel der modifizierten Aufnahme sonst ein von dem ersten Wert verschiedener zweiter Wert, beispielsweise 0, zugewiesen wird. Dies erlaubt es, beispielsweise durch Rückprojektion der modifizierten Aufnahmen, mit rechnerisch effizienten Methoden die ortsaufgelöste Güteinformation zu erhalten.
Die Segmentierung der Aufnahmen kann durch einen Schwellenwertvergleich erfolgen. Dadurch können Aufnahmebereiche, an denen Strahlen nach Durchlaufen eines Metallobjekts stark abgeschwächt sind, erkannt werden. Falls die Güteinformation abhängig davon ermittelt wird, bei wie vielen Aufnahmen eine Rückprojektion synthetischer Daten erfolgt, um ein Voxel zu rekonstruieren, liefern die Kenntnisse über die mit synthetischen Daten gefüllten Bereiche eine natürliche Segmentierung.
Das Datenfeld kann aus der Mehrzahl von Aufnahmen rekonstruiert werden. Eine Darstellung des Datenfeldes, beispielsweise über eine optische Anzeigeeinrichtung, kann abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation erzeugt werden. Dadurch können an den Benutzer beispielsweise gleichzeitig mit den rekonstruierten 3D-Volumendaten Informationen über deren Verlässlichkeit ausgegeben werden. Die Darstellung der 3D-Volumendaten muss dabei nicht die gleichzeitige Darstellung aller 3D-Volumendaten beinhalten, sondern kann beispielsweise durch die Berechnung und Darstellung eines Schnittes oder mehrerer Schnitte erfolgen.
Die Darstellung des Datenfeldes abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation kann durch eine von der Güteinformation abhängige farbliche Kodierung erfolgen. Dazu kann beispielsweise dem in einer Grauskala dargestellten Wert von Elementen des Datenfeldes eine farbliche Kodierung überlagert werden, die die Güteinformation repräsentiert. Es kann eine intuitive Farbpalette zur Codierung eingesetzt werden, bei der beispielsweise rot einem unzuverlässigen Bereich, grün einem hochgradig zuverlässigen Bereich entspricht. Alternativ oder zusätzlich können Elemente des Datenfeldes abhängig von der ihnen zugeordneten Güteinformation bei der Darstellung ausgeblendet werden.
Weitere Arten zur Verwendung der Güteinformation bei der Darstellung der rekonstruierten Daten können verwendet werden, bei denen wenigstens eine der folgenden Größen abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation beeinflusst wird: Farbe, Transparenz, Unschärfe, Rauschen, Textur. Alternativ oder zusätzlich können weitere Techniken zur Visualisierung der Zuverlässigkeit eingesetzt werden, beispielsweise basierend auf einem oder mehreren von Form, Glyphs, Deformation, Verschiebung.
Zum Erzeugen der Darstellung des Datenfeldes kann für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes die Güteinformation nach einem vorgegebenen Kriterium überprüft werden. Beispielsweise kann ein Vergleich mit Referenzwerten erfolgen, um zu bestimmen, ob und wie eine farbliche Kodierung erfolgen soll bzw. ob das entsprechende Element ausgeblendet werden soll. Die Referenzwerte können fix sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann eine benutzerdefinierte Festlegung der Referenzwerte vorgesehen sein. Auf diese Weise kann nach fest oder benutzerdefiniert vorgegebenen Kriterien visualisiert werden, wie stark die Abschattung durch ein Metallobjekt die Verlässlichkeit des rekonstruierten Datenfeldes beeinflusst. Die Überprüfung der Güteinformation kann einen Vergleich mit mehreren Referenzwerten beinhalten. Beispielsweise können Elemente des Datenfeldes, für die mindestens in einem ersten Anteil, beispielsweise in mindestens 95%, aller zur Rekonstruktion verwendeten Aufnahmen eine Abschattung durch ein Metallobjekt vorliegt, auf eine erste Weise dargestellt werden. Elemente des Datenfeldes, für die mindestens in einem zweiten Anteil, beispielsweise in mindestens 5%, aller zur Rekonstruktion verwendeten Aufnahmen eine Abschattung durch ein Metallobjekt vorliegt, können auf eine zweite Weise dargestellt werden.
Die Mehrzahl von Aufnahmen kann mit einem Zeilen- oder Flächendetektor eines Computertomographen erfasst werden. Der Detektor kann mit einer elektronischen Recheneinrichtung gekoppelt sein, die das Verfahren nach den Ausführungsformen automatisch durchführt.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm angegeben, das eine Befehlsfolge umfasst, die bei Ausführung durch eine elektronische Recheneinrichtung die Recheneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel der Erfindung veranlasst. Das Computerprogramm kann beispielsweise in den Speicher eines Steuer- und Auswerterechners einer Vorrichtung zur Röntgenbildgebung, beispielsweise eines Computertomographen, geladen werden. Das Computerprogramm kann als Quellcode oder als eine kompilierte Befehlsfolge vorliegen. Durch das Computerprogramm kann die Vorrichtung programmmäßig zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet werden. Nach einem weiteren Aspekt wird ein Datenträger angegeben, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Der Datenträger kann beispielsweise eine CD-ROM, eine DVD, ein Magnetband, ein Flash-Speicher oder ein USB-Stick oder ein sonstiger nicht-transienter Datenträger sein, auf welchem das Computerprogramm als elektronisch lesbare Steuerinformationen gespeichert ist.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen von ortsaufgelöster Güteinformation für eine Röntgenbildgebung angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine elektronische Recheneinrichtung, die eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Aufnahmen eines Untersuchungsobjekts, aus denen ein das Untersuchungsobjekt repräsentierendes 2D- oder 3D-Datenfeld rekonstruierbar ist, zu empfangen. Die Recheneinrichtung ist eingerichtet, um für eine Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes jeweils eine Güteinformation zu ermitteln, welche eine Zuverlässigkeit des aus der Mehrzahl von Aufnahmen rekonstruierten Datenfeldes für das entsprechende Element des Datenfeldes angibt.
Die Recheneinrichtung erlaubt es, Informationen über die Qualität eines Rekonstruktionsergebnisses ortsaufgelöst bereitzustellen.
Die Recheneinrichtung kann eingerichtet sein, um die Güteinformation bei der Visualisierung des Rekonstruktionsergebnisses, d. h. des rekonstruierten Datenfeldes, einzusetzen.
Die Recheneinrichtung kann für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes die Güteinformation jeweils abhängig davon ermitteln, bei wie vielen der zur Rekonstruktion verwendeten Aufnahmen eine Metallabschattung des entsprechenden Elements vorlag. Dadurch können Informationen über den ortsabhängigen Einfluss der Metallabschattung generiert werden.
Die Recheneinrichtung kann für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes die Güteinformation jeweils abhängig davon ermitteln, bei wie vielen der zur Rekonstruktion verwendeten Aufnahmen das entsprechende Element aus synthetischen Daten rückprjiziert wurde.
Die Recheneinrichtung kann eingerichtet sein, um für jede Aufnahme der Mehrzahl von Aufnahmen eine Segmentierung der Aufnahme durchzuführen. Durch die Segmentierung werden Aufnahmebereiche ermittelt, in denen bei der Erfassung der jeweiligen Aufnahme Projektionslinien, die ein Teilvolumen des Untersuchungsobjekts mit vorgegebenen Eigenschaften, insbesondere ein Teilvolumen mit einem einen Schwellenwert übersteigenden Absorptionskoeffizienten, durchlaufen, enden. Die Recheneinrichtung kann auch eingerichtet sein, um für eine Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes die Güteinformation abhängig davon zu bestimmen, ob das entsprechende Element bei der Erfassung einer Aufnahme jeweils in den für die Aufnahme ermittelten Aufnahmebereich abgebildet wurde.
Die Vorrichtung kann eine ortsaufgelöste Güteinformation für Elemente des Datenfeldes abhängig davon ermitteln, ob sie bei der Erfassung der verschiedenen Aufnahmen an einer Projektionslinie positioniert sind, die durch das absorbierende Teilvolumen verläuft. Auf diese Weise kann für die Mehrzahl von Elementen des Datenfeldes ermittelt werden, ob bei der Erfassung der verschiedenen Bilder, aus denen das Datenfeld rekonstruiert wird, die Abschattung beispielsweise durch ein Metallobjekt dazu führen konnte, dass Information betreffend des Element des Datenfeldes signifikant abgeschwächt oder ausgelöscht wurde.
Die Recheneinrichtung kann eingerichtet sein, um aus der Mehrzahl von Bildern das Datenfeld zu rekonstruieren. Die Vorrichtung kann eine mit der Recheneinrichtung gekoppelte optische Ausgabeeinrichtung umfassen, wobei die Recheneinrichtung eingerichtet sein kann, um zum Ausgeben des Datenfeldes die optische Ausgabeeinrichtung abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation zu steuern. Dadurch können an den Benutzer gleichzeitig mit rekonstruierten 2D- oder 3D-Daten Informationen über deren Verlässlichkeit ausgegeben werden.
Die Vorrichtung kann zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Aspekte oder nach einer der Ausführungsformen eingerichtet sein.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computertomograph angegeben, der einen Zeilen- oder Flächendetektor zum Erfassen von Aufnahmen des Untersuchungsobjekts und eine mit dem Detektor gekoppelte Vorrichtung einem der Aspekte oder nach einer der Ausführungsformen umfasst.
Ausführungsformen der Erfindung sind geeignet, um an einen Benutzer ortsaufgelöste Informationen über den Einfluss von Abschattungen in rekonstruierten 2D-Bilddaten oder 3D-Volumendaten bereitzustellen. Anwendungsgebiete liegen insbesondere in der medizinischen Technik.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung eines Computertomographen mit einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
2 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Untersuchungsobjekts, der durch 3D-Volumendaten repräsentiert wird, und von erfassten Bildern.
3 ist eine schematische Darstellung von mehreren erfassten Bildern zur Erläuterung des Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
4 ist eine schematische Darstellung von mehreren modifizierten Bildern zur Erläuterung des Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
5 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
6 illustriert die Darstellung von 3D-Volumendaten abhängig von ortsaufgelöster Güteinformation.
Die Merkmale der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Kontext einer Röntgenbildgebung beschrieben, bei der 2D-Bilder erfasst und daraus 3D-Volumendaten rekonstruiert werden. Die Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen der Erfindung können jedoch ebenso auf anderen Gebieten angewendet werden. Beispielsweise können die Verfahren und Vorrichtungen angewandt werden, wenn 3D-Volumendaten aus mehreren 1D-Aufnahmen rekonstruiert werden. Die Verfahren und Vorrichtungen können auch angewandt werden, wenn 2D-Bilddaten aus mehreren 1D-Aufnahmen rekonstruiert werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele im Kontext einer Anwendung beschrieben, bei der der Einfluss einer Metallabschattung auf ein rekonstruiertes Datenfeld durch die Güteinformation quantifiziert wird. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern können bei weiteren Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise können die Ausführungsbeispiele verwendet werden, um den Beitrag von synthetischen, z. B. durch Interpolation oder Extrapolation ermittelten Daten, auf ein rekonstruiertes Voxel zu quantifizieren.
1 ist eine schematische Darstellung eines Computertomographen 1 mit einer Vorrichtung zum Bereitstellen von ortsaufgelöster Güteinformation nach einem Ausführungsbeispiel. Der Computertomograph 1 umfasst eine Vorrichtung 2 zur Bilderfassung und eine Vorrichtung 11, die ortsaufgelöste Güteinformation bereitstellt. Die Vorrichtung 2 umfasst eine Röntgenquelle 4 und einen Detektor 5 zum Erfassen von Röntgenstrahlen nach Durchlaufen eines Untersuchungsobjekts P, das von einem Tisch 9 gestützt wird. Die Vorrichtung 2 kann verschiedene Ausgestaltungen aufweisen. Beispielsweise kann der Computertomograph als Kegelstrahl-Computertomograph oder als herkömmlicher Computertomograph ausgestaltet sein. Andere Ausgestaltungen der Vorrichtung 2 zur Bilderfassung sind möglich. Beispielhaft dargestellt ist in 1 eine Ausgestaltung, bei der die Röntgenquelle 4 und der Detektor 5 an einem C-Arm 3 angebracht sind. Der Detektor 5 kann beispielsweise als Zeilendetektor oder als Flächendetektor ausgestaltet sein. Eine Antriebseinrichtung 7 ist vorgesehen, um die Röntgenquelle 4 und den Detektor 5 relativ zu dem Tisch 9 mit dem Untersuchungsobjekt P zu repositionieren. Eine Bewegung um eine Achse senkrecht zu der Zeichenebene von 1 ist schematisch bei 8 dargestellt. Eine weitere Stellung des C-Arms mit Röntgenquelle und Detektor ist bei 3' mit durchbrochenen Linien dargestellt. Eine zusätzliche Antriebseinrichtung kann vorgesehen werden, um den Tisch 9 relativ zu dem C-Arm 3 translatorisch zu verschieben. Eine Steuereinrichtung 10 steuert die Röntgenquelle 4, den Detektor 5 und die Antriebseinrichtung 7. Die Röntgenquelle 4 und der Detektor 5 werden in einer Mehrzahl unterschiedlicher Positionen relativ zu dem Untersuchungsobjekt P positioniert. In jeder der Positionen erfolgt eine Datenerfassung, bei der ein Bild erfasst wird.
Die Vorrichtung 11 umfasst eine Recheneinrichtung 12, eine Anzeigeeinrichtung 13 und einen Speicher 14. Bei dem Computertomographen 1 ermittelt die Recheneinrichtung 12 nicht nur ortsaufgelöste Güteinformation, sondern arbeitet gleichzeitig als Auswerterechner, der aus der Mehrzahl von erfassten Bildern 3D-Volumendaten des Untersuchungsobjekts rekonstruiert. Nach Ausführungsformen der Erfindung ist die Recheneinrichtung 12 so eingerichtet, dass sie eine ortsaufgelöste Güteinformation für die rekonstruierten 3D-Volumendaten ermittelt und an einen Benutzer bereitstellt. Dadurch wird dem Benutzer vermittelt, wie stark einzelne Abschnitte der rekonstruierten 3D-Volumendaten dadurch in ihrer Verlässlichkeit beeinträchtigt werden, dass Röntgenstrahlen auf ihrem Weg von der Röntgenquelle 4 zu dem Detektor 5 ein Teilvolumen des Untersuchungsobjekts P mit hohem Absorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlung durchlaufen haben. Dazu kann die Recheneinrichtung 12 für mehrere Voxel, insbesondere für jedes Voxel, der 3D-Volumendaten eine Kenngröße ermitteln, die die Güteinformation repräsentiert oder aus der die Güteinformation herleitbar ist. Bei einer Ausgestaltung ermittelt die Recheneinrichtung 12 für mehrere Voxel der 3D-Volumendaten, bei wie vielen der Datenerfassungen das entsprechende Voxel auf einer Projektionslinie positioniert war, die bei der Datenerfassung auch durch ein Teilvolumen des Untersuchungsobjekts P mit hohem Absorptionskoeffizienten, insbesondere durch ein Metall, verlaufen ist. Die Recheneinrichtung 12 kann dazu eines der hier beschriebenen Verfahren durchführen. In dem Speicher 14 kann Befehlscode abgelegt sein, der die Recheneinrichtung zur automatischen Durchführung des Verfahrens veranlasst.
Die Recheneinrichtung 12 kann die ermittelte ortsaufgelöste Güteinformation an einen Benutzer bereitstellen. Bei einer Ausgestaltung kann zur optischen Ausgabe der 3D-Volumendaten die Anzeigeeinrichtung 13 nicht nur abhängig von den anzuzeigenden 3D-Volumendaten, sondern auch abhängig von der ermittelten Güteinformation gesteuert werden. Beispielsweise kann zur Darstellung eines Schnitts durch das rekonstruierte Volumen ein Schnitt durch die 3D-Volumendaten auf der Anzeigeeinrichtung 13 dargestellt werden, wobei die Darstellung abhängig von der Güteinformation für die entsprechenden Voxel beeinflusst wird. Bei einer Ausgestaltung kann die Güteinformation in einer Farbskala dem Schnitt durch die 3D-Volumendaten überlagert sein. Alternativ oder zusätzlich können Voxel der 3D-Volumendaten abhängig von der ihnen zugeordneten Güteinformation selektiv ausgeblendet werden.
Die Bestimmung der ortsabhängigen Güteinformation nach einer Ausführungsform wird anhand eines beispielhaften Untersuchungsobjekts unter Bezugnahme auf 2-4 näher beschrieben. Die beschriebenen Schritte können von der Recheneinrichtung 12 durchgeführt werden.
2 ist eine schematische Darstellung eines Volumens 21 mit einem Untersuchungsobjekt 22. Von dem Volumen 21 mit dem Untersuchungsobjekt 22, beispielsweise einem Arm oder Bein, werden mehrere Bilder 31, 34 erfasst. Die Bilder repräsentieren Aufnahmen des Untersuchungsobjekts. Die Lage der zur Datenerfassung verwendeten Strahlen relativ zu dem Volumen 21 ist für verschiedene Bilder unterschiedlich. Die Projektion lässt sich gut durch so genannte Projektionsmatrizen beschreiben, die für die unterschiedlichen Datenerfassungen bekannt sind und zur Rekonstruktion eingesetzt werden können.
Das Untersuchungsobjekt 22 weist ein Metallobjekt 23 auf, das ein Teilvolumen mit einem hohen Absorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlung bildet. Das Teilvolumen 23 kann beispielsweise ein Metallobjekt sein. Derartige Objekte können in der Form von Schrauben, Stiften, Platten oder anderen Implantaten aus Metall bei der medizinischen Bildgebung an oder in einem Patienten vorgesehen sein, an dem mit einem Computertomographen eine Datenerfassung vorgenommen wird. Es können auch Metallobjekte vorliegen, die nicht absichtlich in den Patienten eingesetzt wurden, beispielsweise Metallsplitter, die nach einem Unfall in den Patienten eingebracht sind. Die Absorption durch das Metallobjekt 23 kann zu einem räumlich veränderlichen Einfluss von Metallabschattungen führen.
Nach einer Ausführungsform kann für jedes Voxel der 3D-Volumendaten ermittelt werden, ob das entsprechende Voxel bei der Erfassung der verschiedenen Bilder 31, 34 jeweils auf einer Projektionslinie angeordnet war, die durch das Metallobjekt 23 verlaufen ist, so dass die Röntgenstrahlung eine signifikante Abschwächung erfahren hat. Bei einer Ausführungsform kann für jedes Voxel der 3D-Volumendaten ermittelt werden, ob das entsprechende Voxel bei der Erfassung der verschiedenen Bilder 31, 34 jeweils an einer Projektionslinie angeordnet war, entlang der die Röntgenstrahlung so stark abgeschwächt wurde, dass die an dem entsprechenden Pixel des Bildes 31, 34 erfasste Signalintensität kleiner als ein Schwellenwert ist. Die Anzahl der Bilder, bei deren Erfassung ein Voxel der 3D-Volumendaten auf einer Projektionslinie positioniert war, entlang der die Röntgenstrahlung stark abgeschwächt wurde, kann als die Güteinformation für das Voxel verwendet werden, oder die Güteinformation kann abhängig von der Anzahl dieser Bilder bestimmt werden.
Zum Ermitteln der Güteinformation können die erfassten Bilder 31, 34 segmentiert werden. Das Bild 31 weist eine Abbildung 32 des Untersuchungsobjekts 22 auf. Ein Bildbereich 33 des Bildes 31, in den bei der Datenerfassung das Metallobjekt 23 abgebildet wird, kann durch Segmentierung ermittelt werden. Der Bildbereich 33 stellt einen durch Segmentierung ermittelten Aufnahmebereich einer 2D-Aufnahme dar. Das Bild 34 weist eine Abbildung 35 des Untersuchungsobjekts 22 auf. Ein Bildbereich 36 des Bildes 34, in den das Metallobjekt 23 abgebildet wird, kann durch Segmentierung ermittelt werden. Der Bildbereich 36 stellt einen durch Segmentierung ermittelten Aufnahmebereich einer 2D-Aufnahme dar. Die Segmentierung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann ein Schwellenwertvergleich der Signalintensität eingesetzt werden. Andere Prozeduren zur Metallsegmentierung können verwendet werden. Dadurch können in den Bildern 31, 34 diejenigen Bildbereiche 33, 36 segmentiert werden, in denen die erfasste Signalintensität kleiner als ein Schwellenwert ist. Zur Ermittlung der Güteinformation kann für jedes Voxel der 3D-Volumendaten ermittelt werden, ob das entsprechende Voxel bei der Erfassung der verschiedenen Bilder 31, 34 jeweils in ein Pixel abgebildet wurde, das von dem durch Segmentierung ermittelten Bildbereich umfasst wird. Falls mit der Güteinformation der Einfluss synthetischer Daten ortsaufgelöst quantifiziert werden soll, kann der Aufnahmebereich als der mit synthetischen Daten gefüllte Bereich bestimmt werden, dessen Grenzen bekannt sind.
In 2 sind beispielhaft Voxel 17–19 der rekonstruierten Volumendaten dargestellt. Das Voxel 17 wird bei der Erfassung des Bildes 31 in ein Pixel des Bildes 31 abgebildet, das von dem durch die Segmentierung ermittelten Bildbereichs 33 umfasst wird. Die Projektionslinie 27 durch das Voxel 17 verläuft auch durch das Metallobjekt 23. Die Abschwächung der Röntgenstrahlung führt zu einer Reduktion des Informationsgehaltes über das Voxel 17 in dem Bild 31. Bei der Erfassung des Bildes 34 wird das Voxel 17 nicht in den durch Segmentierung ermittelten Bildbereich 36 abgebildet. Das Voxel 18 wird bei Erfassung des Bildes 34 in ein Pixel abgebildet, das innerhalb des durch Segmentierung ermittelten Bildbereichs 33 liegt. Die Projektionslinie 28 durch das Voxel 18 verläuft auch durch das Metallobjekt 23. Bei der Erfassung des Bildes 31 wird das Voxel 18 nicht in den durch Segmentierung ermittelten Bildbereich 33 abgebildet. Das Voxel 19 wird weder bei der Erfassung des Bildes 31 noch bei der Erfassung des Bildes 34 in den jeweils durch Segmentierung ermittelten Bildbereich 33, 36 abgebildet.
Nach Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Bilder, bei deren Erfassung verschiedene Voxel jeweils auf einer Projektionslinie positioniert waren, entlang der ein Strahl eine einen Schwellenwert übersteigende Abschwächung erfahren hat, dadurch ermittelt werden, dass die erfassten Bilder zunächst segmentiert werden, anschließend modifizierte Bilder generiert und eine nicht gefilterte Rückprojektion der modifizierten Bilder vorgenommen wird. Mit der Segmentierung kann für jedes der Bilder der Bildbereich ermittelt werden, in den das Metallobjekt abgebildet wurde. Für jedes der Bilder kann abhängig von dem ermittelten Bildbereich ein modifiziertes Bild erzeugt werden, das ein binäres Bild sein kann. Dabei kann Pixeln, die von dem ermittelten Bildbereich umfasst werden, ein erster Wert, beispielsweise 1, zugewiesen werden. Pixeln, die von dem ermittelten Bildbereich nicht umfasst werden, kann ein zweiter Wert, beispielsweise 0, zugewiesen werden. Durch Rückprojektion der modifizierten Bilder wird ein 3D-Datenfeld erzeugt, das nachfolgend auch als vereinfachte 3D-Rekonstruktion bezeichnet wird. Die Werte dieses Datenfelds repräsentieren für die Voxel der 3D-Volumendaten jeweils die Anzahl der Bilder, bei deren Erfassung das entsprechende Voxel auf einer Projektionslinie lag, die durch das Metallobjekt verläuft und dabei signifikant abgeschwächt wurde.
Nach Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Bilder, die für die Rekonstruktion eines Voxels synthetisch generierte Daten bereitstellen, auf ähnliche Weise ermittelt werden. Die Bereiche mit synthetischen Daten definieren eine Segmentierung, wobei anschließend modifizierte binäre Bilder generiert und eine Rückprojektion der modifizierten Bilder vorgenommen werden kann.
3 zeigt schematisch erfasste Bilder 31, 34 und 37. Das Bild 31 weist die Abbildung 32 des Untersuchungsobjekts auf. Ein Bildbereich 33, in den das Metallobjekt abgebildet wird, wird durch Segmentierung ermittelt. Das Bild 34 weist die Abbildung 35 des Untersuchungsobjekts auf. Ein Bildbereich 36, in den das Metallobjekt abgebildet wird, wird durch Segmentierung ermittelt. Das Bild 37 weist die Abbildung 38 des Untersuchungsobjekts auf. Ein Bildbereich 39, in den das Metallobjekt abgebildet wird, wird durch Segmentierung ermittelt.
4 zeigt modifizierte Bilder 41, 44 und 47, die den Bildern 31, 34 und 47 zugeordnet sind. Das Bild 41 wird als binäres Bild so generiert, dass Pixel in dem Bildbereich 43, der durch Segmentierung ermittelt wurde, einen ersten Wert und sonst einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert aufweisen. Ähnlich wird das Bild 44 als binäres Bild so generiert, dass Pixel in dem Bildbereich 46, der durch Segmentierung ermittelt wurde, einen ersten Wert und sonst einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert aufweisen. Das Bild 47 wird als binäres Bild so generiert, dass Pixel in dem Bildbereich 49, der durch Segmentierung ermittelt wurde, einen ersten Wert und sonst einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert aufweisen. Der erste Wert kann 1 und der zweite Wert kann 0 sein.
Durch Rückprojektion der modifizierten Bilder 41, 44 und 47 wird die vereinfachte 3D-Rekonstruktion erzeugt, die als ortsaufgelöste Güteinformation verwendet werden kann oder auf deren Basis die ortsaufgelöste Güteinformation durch weitere Operationen bestimmt werden kann.
Entsprechend kann bei der Rekonstruktion eines 2D-Schnittbildes des Untersuchungsobjekts aus mehreren 1D-Aufnahmen für jede der 1D-Aufnahmen eine Segmentierung vorgenommen und abhängig davon eine binäre Aufnahme erzeugt werden. Durch ungefilterte Rückprojektion der binären Aufnahmen resultiert eine vereinfachte 2D-Rekonstruktion, bei der der Wert der verschiedenen Elemente der vereinfachten 2D-Rekonstruktion angibt in wie vielen Aufnahmen das entsprechende Element auf einem Projektionsstrahl positioniert war, der durch ein Metallobjekt abgeschwächt wurde.
5 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens 50 zum Bereitstellen ortsaufgelöster Güteinformation nach einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann von der Recheneinrichtung 12 durchgeführt werden.
Bei 51 wird eine Schleife über die Bilder initialisiert, aus denen 3D-Volumendaten rekonstruiert werden.
Bei 52 wird das i.-te Bild ausgelesen. Das Bild kann unmittelbar nach seiner Erfassung durch einen Röntgendetektor abgefragt werden. Die Schritte 53–56 können dann parallel zur Erfassung weiterer Bilder durchgeführt werden. Das Bild ist ein 1D- oder 2D-Datenfeld. Falls der Röntgendetektor ein Flächendetektor ist, ist das Bild ein 2D-Datenfeld b_i(x, y), wobei i ein Bild-Index ist, x und y ein Koordinatendouble für Pixelkoordinaten und b_i(x, y) ein diesem Pixel zugeordneter Wert, der beispielsweise die erfasste Signalintensität repräsentieren kann, ist.
Bei 53 wird das i.-te Bild segmentiert, um einen Bildbereich in dem i.-ten Bild zu ermitteln, in dem Strahlen erfasst wurden, die durch ein Metallobjekt oder ein anderes Objekt mit starker Röntgenabsorption verlaufen sind. Bei einer Ausgestaltung kann die Segmentierung basierend auf einem Schwellenwertvergleich durchgeführt wird. Komplexere Metallsegmentierung können ebenfalls verwendet werden. Je nach Untersuchungsobjekt und Strahlgeometrie muss nicht notwendig ein Bildbereich vorliegen, der als Metall segmentiert wird. Falls mit der Güteinformation der Einfluss synthetischer Daten quantifiziert werden soll, kann der mit synthetischen Daten gefüllte Bildbereich eine natürliche Segmentierung definieren.
Bei 54 wird ein modifiziertes Bild abhängig von dem bei 53 ermittelten Bildbereich erzeugt. Das modifizierte Bild kann ein binäres Bild m_i(x, y) sein. Das modifizierte Bild kann beispielsweise als Schwarz-Weiß-Bild generiert werden, bei dem
Andere Werte können dem ermittelten Bildbereich und dem dazu komplementären Bildbereich bei weiteren Ausführungsformen zugeordnet werden.
Bei 55 erfolgt eine Rückprojektion des modifizierten Bildes. Dabei kann das modifizierte i.-te Bild als Eingangsdaten für einen herkömmlichen Rekonstruktionsalgorithmus verwendet werden. Vorteilhaft wird das Bild nicht gefiltert, bevor die Rückprojektion vorgenommen wird. Bei der Rückprojektion kann voxelweise ermittelt werden, in welches Pixel (r, s) des i.-ten Bildes das entsprechende Voxel abgebildet wurde. Bei der Röntgenbildgebung kann die Abbildung zwischen Voxel und Pixel bei den jeweiligen Datenerfassungen beispielsweise auf der Basis von Projektionsmatrizen bestimmt werden. Über die Projektionsmatrizen geht die Lage von Röntgenquelle und Detektor relativ zu dem abgebildeten Volumen bei der jeweiligen Datenerfassung in die Rekonstruktion ein. Der entsprechende Wert m_i(r, s) des modifizierten Pixels wird zum Wert des Voxels addiert. Auf diese Weise wird der Wert des Voxels um einen vorgegebenen Wert, beispielsweise um 1, erhöht, falls das Voxel in ein Pixel abgebildet wurde, das von dem durch Segmentierung ermittelten Bildbereich umfasst wird. Andernfalls bleibt der Wert des Voxels unverändert. Durch diese Operationen wird in den verschiedenen Iterationen ein 3D-Datenfeld g(x, y, z) erzeugt, das nachfolgend auch als vereinfachte 3D-Rekonstruktion bezeichnet wird. Für die Rückprojektion bei 55 kann dieselbe Voxelauflösung, d. h. dieselbe Anzahl von Voxeln, verwendet werden wie die, die bei der gefilterten Rückprojektion der Bilddaten zur Rekonstruktion der 3D-Volumendaten eingesetzt wird.
Bei 56, der einen optionalen Schritt darstellt, kann eine gefilterte Rückprojektion des erfassten Bildes vorgenommen werden. So kann neben der Ermittlung der Güteinformation bei 55 auch die herkömmliche 3D-Rekonstruktion bei 56 erfolgen.
Bei 57 wird überprüft, ob bereits das letzte Bild mit dem Index n, der gleich der Gesamtanzahl der Bilder ist, erreicht ist.. Falls das letzte Bild noch nicht erreicht ist, wird bei 58 der Index i inkrementiert. Die Schritte 52–57 werden für das nächste Bild wiederholt. Falls alle Bilder, aus denen die 3D-Volumendaten rekonstruiert werden, verwertet wurden, fährt das Verfahren bei 59 fort.
Bei 59 können die bei 56 ermittelten 3D-Volumendaten an einen Benutzer ausgegeben werden. Die Darstellung wird auch abhängig von der ortsabhängigen Güteinformation erzeugt, die aus dem in den verschiedenen Iterationen bei 55 erzeugten Datenfeld g(x, y, z) gewonnen werden kann. Auf diese Weise wird der Einfluss von Metallabschattungen visualisiert.
Die Werte des Datenfeldes g(x, y, z) geben an, in wie vielen der zur Erzeugen der 3D-Volumendaten verwendeten Bilder ein Voxel mit dem Koordinatentripel (x, y, z) in ein Pixel abgebildet wurde, das von dem durch Segmentierung ermittelten Bildbereich umfasst ist. Diese Information kann unmittelbar als ortsaufgelöste Güteinformation verwendet werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann die ortsaufgelöste Güteinformation abhängig von dem 3D-Datenfeld g(x, y, z) erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Normierung derart erfolgen, dass (1/n)·g(x, y, z) als ortsaufgelöste Güteinformation verwendet wird. Ein niedriger Wert dieser Größe zeigt an, dass die Verlässlichkeit des Voxels nur wenig von Metallabschattungen oder durch die Verwendung synthetisch generierter Daten beeinträchtigt wird. Ein Wert nahe bei 1 zeigt an, dass die Verlässlichkeit des Voxels stark durch Metallabschattungen oder durch die Verwendung synthetisch generierter Daten beeinträchtigt sein kann, da in einem signifikanten Anteil der Bilder Informationsgehalt zu dem Voxel durch Metallabschattung gemindert oder ausgelöscht wurde oder nur ein kleiner Teil der Bilder unmittelbar erfasste Daten als Ausgangsdaten für die Rekonstruktion bietet. Bei weiteren Ausführungsformen kann als ortsaufgelöste Güteinformation die Größe n – g(x, y, z) oder die Größe [n – g(x, y, z)]/n verwendet werden.
Das Erzeugen der Darstellung der 3D-Volumendaten abhängig von der ortsabhängigen Güteinformation kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bei einer Ausgestaltung werden bei der Darstellung der 3D-Volumendaten automatische Bereiche der 3D-Volumendaten abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation markiert. Beispielsweise können Abschnitte, die sicher als Metall identifiziert wurden oder die praktisch ausschließlich durch Rückprojektion synthetischer Daten erhalten werden, auf eine erste Weise, z. B. mit einer ersten Farbe, dargestellt werden. Abschnitte, in denen (1/n)·g(x, y, z) größer als ein oberer Referenzwert (z. B. 0,95) ist, können auf eine zweite Weise, z. B. mit einer zweiten Farbe, dargestellt werden. Abschnitte, in denen (1/n)·g(x, y, z) größer als ein unterer Referenzwert (z. B. 0,05) und kleiner als der obere Referenzwert ist, können auf eine dritte Weise, z. B. mit einer dritten Farbe, dargestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können Farbgradienten den 3D-Volumendaten überlagert werden, wobei die Farbgradienten abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation erzeugt werden.
Alternativ oder zusätzlich können Voxel der 3D-Volumendaten abhängig von der ihnen zugeordneten Güteinformation ein- oder ausgeblendet werden. Beispielsweise können bei einer Ausgestaltung Voxel ausgeblendet werden, für die (1/n)·g(x, y, z) größer als ein Referenzwert ist.
Zahlreiche weitere Arten zur Fusion der rekonstruierten 3D-Volumendaten und der Güteinformation bei der graphischen Ausgabe können eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Visualisierung der Unsicherheit durch eine Technik basierend auf einer oder mehreren von Farbe, Transparenz, Unschärfe, Rauschen, Textur, Form, Glyphs, Deformation, Verschiebung etc. zum Einsatz kommen.
Bei jeder der genannten Varianten zur Erzeugung der Darstellung abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation kann die Art und Weise, wie die ortsaufgelöste Güteinformation zur Erzeugung der Darstellung verwendet wird, benutzerdefiniert beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine benutzerdefinierte Festlegung der genannten Referenzwerte vorgesehen sein.
Die Darstellung der 3D-Volumendaten bei 59 kann beispielsweise durch Anzeigen eines oder mehrerer Schnitte erfolgen. Die für die Darstellung verwendete Schnittebene kann benutzerdefiniert festgelegt werden. Bei weiteren Ausführungsformen können die 3D-Volumendaten auch so ausgegeben werden, dass sie Tiefeninformation beinhalten. Beispielsweise kann dazu eine stereoskopische optische Anzeigeeinrichtung verwendet werden, wobei die Ausgabe wiederum abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation beeinflusst wird.
6 zeigt bei 61 3D-Volumendaten eines Arms mit Metallimplantat, wobei eine Schnittansicht der rekonstruierten 3D-Volumendaten dargestellt ist. 6 zeigt weiterhin eine Darstellung 62 der 3D-Volumendaten, die abhängig von ortsaufgelöster Güteinformation erzeugt wird. Dabei sind in der Darstellung 62 dem Schnitt durch die 3D-Volumendaten Markierungen 63–65 in Form von Linien überlagert. Die Linie 63 wird so generiert, dass sie einen Abschnitt der 3D-Volumendaten markiert, der sicher als Metall erkannt wurde. Die Linie 64 wird so generiert, dass sie einen Abschnitt der 3D-Volumendaten markiert, in dem Voxel in einer Anzahl von Bildern, die größer als ein erster Referenzwert ist, entlang einer Projektionslinie angeordnet waren, die durch das Metallobjekt verläuft. Die Linie 65 wird so generiert, dass sie einen Abschnitt der 3D-Volumendaten markiert, in dem Voxel in einer Anzahl von Bildern, die größer als ein zweiter Referenzwert ist, entlang einer Projektionslinie angeordnet waren, die durch das Metallobjekt geht.
Während unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben wurden, können bei weiteren Ausführungsformen Abwandlungen dieser Ausführungsbeispiele realisiert werden. Während Ausführungsbeispiele im Kontext von C-Arm-Geräten beschrieben wurden, können Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsformen der Erfindung auch bei anderen Geräten eingesetzt werden, bei denen 3D-Volumendaten aus 1D- oder 2D-Bildern rekonstruiert werden. Während Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben wurden, bei denen die ortsaufgelöste Güteinformation für jedes Voxel der 3D-Volumendaten ermittelt wird, kann bei weiteren Ausführungsbeispielen die ortsaufgelöste Güteinformation nur für einen Teil der Voxel der 3D-Volumendaten ermittelt werden. Beispielsweise kann es ausreichen, die Güteinformation mit einer Voxelauflösung zu ermitteln und auszugeben, die weniger fein als die Voxelauflösung ist, die zur eigentlichen Rekonstruktion der 3D-Volumendaten verwendet wird. Während Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei denen die Güteinformation verwendet wird, um die Verlässlichkeit der rekonstruierten 3D-Volumendaten ortsaufgelöst zu visualisieren, kann bei weiteren Ausführungsformen die ermittelte Güteinformation auch anderweitig verwendet werden. Beispielsweise kann die Güteinformation als 3D-Datenfeld zur späteren Verwendung gespeichert werden. Während Ausführungsbeispiele im Kontext der Rekonstruktion von 3D-Volumendaten aus 2D-Bildern beschrieben wurden, können die Verfahren und Vorrichtungen auch eingesetzt werden, wenn 1D-Bilder erfasst und daraus 3D-Volumendaten rekonstruiert werden. Während Ausführungsbeispiele im Kontext der Rekonstruktion von 3D-Volumendaten aus 2D-Bildern beschrieben wurden, können die Verfahren und Vorrichtungen auch eingesetzt werden, wenn 1D-Bilder erfasst und daraus 2D-Schnittbilder rekonstruiert werden. Während Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei denen die ortsaufgelöste Güteinformation nur auf der Basis der Anzahl der Bilder, bei deren Erfassung ein Voxel auf einer durch das Metallobjekt gehenden Projektionslinie angeordnet war, ermittelt wurde, können bei der Ermittlung der Güteinformation weitere Faktorenberücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine Gewichtung erfolgen. Bildern, die eine für einen geplanten chirurgischen oder therapeutischen Eingriff relevantere Ansicht des Untersuchungsobjekts zeigen können mit einer höheren Gewichtung in die Ermittlung der Güteinformation eingehen als andere Bilder. Während Ausführungsbeispiele im Kontext von Metallabschattungen beschrieben wurden, können Ausführungsbeispiele auch eingesetzt werden, um den Einfluss von synthetisch generierten Daten bei der Rekonstruktion ortsaufgelöst anzugeben.
Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung und Visualisierung einer ortsaufgelösten Güteinformation können mit Verfahren zur Reduktion von Metallartefakten kombiniert werden, beispielsweise mit dem in der DE 10 2008 050 570 A1 beschriebenen Verfahren. So kann dem Benutzer auch nach Anwendung eines derartigen Korrekturverfahrens Information über den Einfluss von Metallabschattungen vermittelt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung erlauben die Ermittlung und Visualisierung von ortsaufgelöster Güteinformation. Anwendungsbereiche liegen insbesondere in der medizinischen Technik.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008050570 A1 [0005, 0087]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von ortsaufgelöster Güteinformation für eine Röntgenbildgebung, bei der aus einer Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) eines Untersuchungsobjekts (P; 22) ein das Untersuchungsobjekt repräsentierendes zwei- oder dreidimensionales Datenfeld rekonstruiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes jeweils eine Güteinformation ermittelt wird, welche eine Zuverlässigkeit des aus der Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) rekonstruierten Datenfeldes für das entsprechende Element (17–19) des Datenfeldes angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes die Güteinformation jeweils abhängig davon ermittelt wird, bei wie vielen der zur Rekonstruktion verwendeten Aufnahmen (31, 34, 37) durch Metallabschattung abgeschwächte Daten oder synthetische Daten zur Rekonstruktion in das entsprechende Element (17–19) rückprojiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Aufnahme (31, 34, 37) der Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) eine Segmentierung der Aufnahme durchgeführt wird, um Aufnahmebereiche (33, 36, 39) zu ermitteln, in denen bei der Erfassung der jeweiligen Aufnahme Projektionslinien (27, 28), die ein Teilvolumen (23) des Untersuchungsobjekts (P; 22) mit einer vorgegebenen Eigenschaft, insbesondere ein Teilvolumen (23) mit einem einen Schwellenwert übersteigenden Absorptionskoeffizienten, durchlaufen haben, enden, und dass für eine Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes die Güteinformation abhängig davon ermittelt wird, ob das entsprechende Element (17–19) bei der Erfassung einer Aufnahme (31, 34, 37) in den für die Aufnahme (31, 34, 37) ermittelten Aufnahmebereich (33, 36, 39) abgebildet wurde.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Güteinformation für jedes Element (17–19) der Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes ermittelt wird, bei wie vielen Aufnahmen (31, 34, 37) das entsprechende Element (17–19) auf einer Projektionslinie (27, 28) positioniert war, die in einem der ermittelten Aufnahmebereiche (33, 36, 39) endet.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Element (17–19) der Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes eine zu einer Anzahl der Aufnahmen (31, 34, 37), bei denen das entsprechende Element (17–19) in den ermittelten Aufnahmebereich (33, 36, 39) abgebildet wurde, proportionale Kenngröße ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Aufnahme (31, 34, 37) der Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) eine zugeordnete modifizierte Aufnahme (41, 44, 47) abhängig von dem für die Aufnahme (31, 34, 37) ermittelten Aufnahmebereich (33, 36, 39) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückprojektion der modifizierten Aufnahmen (41, 44, 47) vorgenommen wird, um die Güteinformation für die Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierten Aufnahmen (41, 44, 47) jeweils binäre Aufnahmen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentierung der Aufnahmen (31, 33, 37) jeweils einen Schwellenwertvergleich einer Signalintensität umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenfeld aus der Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) rekonstruiert wird, und dass eine Darstellung (62) des Datenfeldes abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen der Darstellung (62) des Datenfeldes für die Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes die Güteinformation nach einem vorgegebenen Kriterium überprüft wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsaufgelöste Güteinformation mit dem rekonstruierten Datenfeld für eine optische Ausgabe kombiniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) mit einem Zeilen- oder Flächendetektor (5) eines Computertomographen (1) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenfeld 3D-Volumendaten des Untersuchungsobjekts repräsentiert, und dass jedes Element des Datenfeldes ein Voxel (17–19) der 3D-Volumendaten repräsentiert.
Computerprogramm umfassend eine Befehlsfolge, die bei Ausführung durch eine elektronische Recheneinrichtung (12) die Recheneinrichtung (12) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche veranlasst.
Vorrichtung zum Bereitstellen von ortsaufgelöster Güteinformation für eine Röntgenbildgebung, umfassend eine elektronische Recheneinrichtung (12), die eingerichtet ist, – um eine Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) eines Untersuchungsobjekts (P; 22), aus denen ein das Untersuchungsobjekt repräsentierendes zwei- oder dreidimensionales Datenfeld rekonstruierbar ist, zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (12) eingerichtet ist, um zum Ermitteln der ortsaufgelösten Güteinformation für eine Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes jeweils eine Güteinformation zu ermitteln, welche eine Zuverlässigkeit des aus der Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) rekonstruierten Datenfeldes für das entsprechende Element (17–19) des Datenfeldes angibt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (12) weiterhin eingerichtet ist, – um für jede Aufnahme (31, 34, 37) der Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) eine Segmentierung der Aufnahme (31, 34, 37) durchzuführen, um Aufnahmebereiche (33, 36, 39) zu ermitteln, in denen bei der Erfassung der jeweiligen Aufnahme (31, 34, 37) Projektionslinien (27, 28), die ein Teilvolumen (23) des Untersuchungsobjekts (P; 22) mit vorgegebenen Eigenschaften, insbesondere ein Teilvolumen (23) mit einem einen Schwellenwert übersteigenden Absorptionskoeffizienten, durchlaufen haben, enden, und – um für die Mehrzahl von Elementen (17–19) des Datenfeldes die Güteinformation abhängig davon zu bestimmen, ob das entsprechende Element (17–19) bei der Erfassung einer Aufnahme jeweils in den für die Aufnahme (31, 34, 37) ermittelten Aufnahmebereich (33, 36, 39) abgebildet wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (12) weiterhin eingerichtet ist, um aus der Mehrzahl von Aufnahmen (31, 34, 37) das Datenfeld zu rekonstruieren, und dass die Vorrichtung (11) eine mit der Recheneinrichtung (12) gekoppelte optische Ausgabeeinrichtung (13) umfasst, wobei die Recheneinrichtung (12) eingerichtet ist, um zum Ausgeben des Datenfeldes die optische Ausgabeeinrichtung (13) abhängig von der ortsaufgelösten Güteinformation zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (11) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–14 eingerichtet ist.
Computertomograph, umfassend einen Zeilen- oder Flächendetektor (5) zum Erfassen von Aufnahmen (31, 34, 37), und eine mit dem Detektor (5) gekoppelte Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 16–19.