DE10215388A1

DE10215388A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bereitstellung eines dreidimensionalen Röntgenbilds eines Objekts

Info

Publication number: DE10215388A1
Application number: DE2002115388
Authority: DE
Inventors: Laurent Launay; Sebastien Gicquel; Yves Trousset
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2002-11-21
Also published as: FR2823345B1; FR2823345A1; US20020196894A1; US6834096B2

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren umfassen eine Erfassung (30) einer ersten Folge von für unterschiedliche Positionen einer Kamera um das Objekt erhaltenen projizierten zweidimensionalen Maskenbildern des Objekts; eine Erfassung (31) einer zweiten Folge von bei den gleichen Positionen der Kamera um das Objekt erhaltenen opak ausgebildeten projizierten zweidimensionalen Bildern des Objekts; eine Phase der Ausarbeitung (32) einer dritten Folge von jeweils aus der ersten und zweiten Folge von Bildern erhaltenen subtrahierten projizierten zweidimensionalen Bildern; eine Rekonstruktion (33) eines subtrahierten dreidimensionalen Bilds aus der dritten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion; eine Rekonstruktion (34) eines dreidimensionalen Maskenbilds aus der ersten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion; eine Phase (35) der Identifizierung von Fehlern in dem dreidimensionalen Maskenbild und eine Entfernung (36) der entsprechenden Volumenelemente in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilds eines Objekts aus einem Satz von zweidimensionalen projizierten Bildern des Objekts, die für unterschiedliche Positionen einer Einrichtung zur Erfassung eines Bilds wie z. B. einer Kamera um das Objekt erhalten werden.

Die Erfindung ist für das Gebiet der medizinischen diagnostischen Abbildung von Interesse, bei der eine Rekonstruktion der inneren Strukturen eines untersuchten Objekts wie beispielsweise eines Patienten ausgeführt wird. Insbesondere ist die Erfindung auf die Rekonstruktion von Angiographiebildern anwendbar, d. h. ein Erhalten von Bildern von durch eine Injektion eines Kontrastmittels opak ausgebildeten Gefäßsystemen.

Auf dem Gebiet der medizinischen diagnostischen Abbildung werden zweidimensionale projizierte Bilder des Objekts wie z. B. des Unterleibs eines Patienten im allgemeinen durch eine Drehung einer Röntgenkamera um das Objekt erhalten. Es ist bekannt, daß bei einer Unterleibsabbildungsanwendung die Peristaltik Fehler in den rekonstruierten dreidimensionalen Bildern verursacht. Die Fehler sind der Verschiebung von Gasblasen zwischen der Erfassung von sogenannten Maskenbildern, d. h. bei denen kein Kontrastmittel injiziert worden ist, und der Erfassung von opak ausgebildeten Bildern zuzuschreiben. Mit anderen Worten erzeugt dies weiße und schwarze Bereiche in den subtrahierten Bildern. Dieses Phänomen ist für dreidimensionale Rekonstruktionen aus subtrahierten projizierten Bildern besonders störend, da sechs bis zehn Sekunden zwischen der Erfassung der Folge von Maskenbildern und der Erfassung der entsprechenden Folge von opak ausgebildeten Bildern verstreichen können. Die erste negative Wirkung der Fehler besteht darin, die Anzeige des rekonstruierten Bilds aufgrund ihrer Überlagerung über die Gefäße in dreidimensionalen Bildern zu stören. Folglich entfernt der Benutzer die Überlagerung manuell unter Verwendung z. B. eines elektronischen Skalpells. Eine weitere unerwünschte Wirkung wird erzeugt, wenn ein Mehrfachauflösungsansatz zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilds verwendet wird. In dem Fall umfaßt das Signal eine große Menge von Volumenelementen und kann zu der Unterdrückung einiger kleiner Gefäße des Bereichs führen, der mit einer hohen Auflösung rekonstruiert wird.

Die Erfindung ist auf eine vorzugsweise automatische Verringerung und selbst eine völlige Unterdrückung derartiger Fehler bei der dreidimensionalen Bildrekonstruktion gerichtet, insbesondere bei Unterleibsangiographiebildern.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Röntgenbilds eines Objekts, mit:

a) Erfassen einer ersten Folge von für unterschiedliche Positionen einer Einrichtung zur Bilderfassung wie z. B. einer Kamera um das Objekt erhaltenen projizierten zweidimensionalen Maskenbildern des Objekts;
b) Erfassen einer zweiten Folge von bei den gleichen Positionen der Kamera um das Objekt erhaltenen opak ausgebildeten projizierten zweidimensionalen Bildern des Objekts;
c) Ausarbeiten einer dritten Folge von jeweils aus der ersten und zweiten Folge von Bildern erhaltenen subtrahierten projizierten zweidimensionalen Bildern;
d) Rekonstruieren eines subtrahierten dreidimensionalen Bilds aus der dritten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion;
e) Rekonstruieren eines dreidimensionalen Maskenbilds aus einer ersten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion;
f) Identifizieren von Fehlern in dem dreidimensionalen Maskenbild; und
g) Entfernen der entsprechenden Volumenelemente in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bringt die Entfernung von Volumenelementen eine Rücksetzung des Intensitätswerts mit sich.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die zwei dreidimensionalen Bildrekonstruktionen mit einer ersten Auflösung ausgeführt, z. B. einer niedrigen Auflösung. Daraufhin wird ein Bereich von Interesse in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild ausgewählt, und es wird eine neue dreidimensionale Rekonstruktion allein des Bereichs von Interesse mit einer zweiten Auflösung ausgebildet, die höher als die erste Auflösung ist.

Die Erfindung ist auch auf eine Röntgenvorrichtung zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Röntgenbilds eines Objekts gerichtet, mit:

a) einer Einrichtung zur Erfassung von Bildern wie beispielsweise einer Kamera, die sich um das Objekt drehen kann;
b) einer Einrichtung zur Erfassung einer ersten Folge von für unterschiedliche Positionen der sich um das Objekt drehenden Kamera erhaltenen projizierten zweidimensionalen Maskenbildern des Objekts;
c) einer Einrichtung zur Erfassung einer zweiten Folge von bei den gleichen Positionen der Kamera um das Objekt erhaltenen opak ausgebildeten projizierten zweidimensionalen Bildern des Objekts;
d) einer Einrichtung zur Ausarbeitung einer dritten Folge von jeweils aus der ersten und zweiten Folge von Bildern erhaltenen subtrahierten projizierten zweidimensionalen Bildern;
e) einer Einrichtung zur Rekonstruktion eines subtrahierten dreidimensionalen Bilds aus der dritten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion;
f) einer Einrichtung zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Maskenbilds aus der ersten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion;
g) einer Einrichtung zur Identifizierung von Fehlern in dem dreidimensionalen Maskenbild; und
h) einer Einrichtung zur Nachbehandlung zur Entfernung der entsprechenden Volumenelemente in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sind aus einer ausführlichen Beschreibung eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels und beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen:

Fig. 1 einen Satz von zweidimensionalen projizierten Bildern um ein Objekt schematisch veranschaulicht;

Fig. 2 die Erfassung eines der zweidimensionalen projizierten Bilder ausführlicher veranschaulicht; und

Fig. 3 und 4 Flußdiagramme schematisch veranschaulichen, die sich auf eine Anwendung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens beziehen.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen eine Abbildungsvorrichtung zum Erhalten eines Satzes von zweidimensionalen erfaßten Bildern A1-An. Die erfaßten Bilder werden z. B. durch eine Drehung von 180° einer Einrichtung zur Bereitstellung von Strahlung wie z. B. einer Röntgenquelle 2 um ein Objekt wie z. B. den Unterleib eines Patienten 1 erzeugt. Wie es bei der Angiographie üblich ist, ist jedes erfaßte Bild Ai ein subtrahiertes Bild, das z. B. durch ein Standardverfahren zur logarithmischen Subtraktion von zwei bei dem gleichen Einfallswinkel vor und nach einer Injektion eines Kontrastmittels in das Gefäßsystem, dessen dreidimensionales Bild rekonstruiert werden soll, aufgenommenen Röntgenstrahlen erhalten wird.

Ein virtuelles Volumen VV, das den Unterleib des Patienten umfassen kann, ist in Volumenelemente Vi unterteilt. Jedes erfaßte Bild Ai wird von einer Einrichtung zur Erfassung erhalten, die typischerweise eine gegenüber der Röntgenquelle in einer als eine Projektionsebene PPi angegebenen Ebene plazierte zweidimensionale Strahlungserfassungseinrichtung z. B. des in der Radiologie verwendeten Luminanzverstärkertyps umfaßt. Die unterschiedlichen Projektionsebenen werden durch die unterschiedlichen Winkelpositionen der Erfassungseinrichtung bei der Drehung um das Objekt wie z. B. den Kopf oder den Unterleib des Patienten erhalten. Die Erfassungseinrichtung ist mit einer Einrichtung zur Verarbeitung 3 verbunden, die eine Einrichtung zur Abtastung umfaßt, die mit einem Mikroprozessor verbunden ist, der als Software in seinem zugehörigen Programmspeicher einen Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion und allgemein alle die Verwendung des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglichenden Funktionseinrichtungen aufweist.

Allgemein sind dann, wenn die Bewegung von Gasblasen lediglich zwischen dem Ende der Erfassung der Maskenbilder und dem Anfang der opak ausgebildeten Bilder auftritt, die Gasblasen in dem rekonstruierten Maskenbild und opak ausgebildeten Bild sichtbar. Da die Gasblasen aus Luft bestehen, sind sie durch eine schwächere Intensität als die Intensität aller anderen Strukturen gekennzeichnet. Das störende Signal in dem subtrahierten rekonstruierten Bild ist folglich der Subtraktion zwischen einem in einem Bild aus Geweben bestehenden und in dem anderen Bild aus Luft bestehenden Bereich zuzuschreiben. Das Signal umfaßt zwei Teile: (1) einen negativen Teil, der dem Vorhandensein von Geweben in dem Maskenbild und von Luft in dem opak ausgebildeten Bild entspricht. Der negative Teil stört in dem subtrahierten rekonstruierten Bild nicht, da das endgültige Volumen einem Schwellenwertvergleich unterzogen wird und lediglich die positiven Intensitäten erhalten bleiben; und (2) einen positiven Teil, der dem Vorhandensein von Luft in dem Maskenbild und von Geweben in dem opak ausgebildeten Bild entspricht. Der Teil stört, da die die Blase darstellende Intensität des subtrahierten Bilds mit der die Gefäße darstellenden Intensität des subtrahierten Signals vergleichbar ist. Auf der Grundlage der Beobachtung stellt sich das allgemeine Prinzip eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dar wie folgt:

1. Ausführen einer Standardrekonstruktion eines dreidimensionalen Bilds;
2. Ausführen einer ergänzenden Rekonstruktion eines dreidimensionalen Maskenbilds unter Verwendung allein der zweidimensionalen projizierten Maskenbilder;
3. Identifizieren der Fehler (z. B. Gasblasen) an dem rekonstruierten Maskenbild durch ein dem Experten bekanntes Verfahren, z. B. einen Schwellenwertvergleich oder ein anderes Segmentierungsverfahren; und
4. Entfernen der in dem Bereich des vorher identifizierten Fehlers enthaltenen Volumenelemente aus dem rekonstruierten subtrahierten dreidimensionalen Bild oder Rücksetzen ihrer Intensität.

Es ist daraufhin möglich, alle Fehler des dreidimensionalen rekonstruierten subtrahierten Bilds zu entfernen. In einigen tatsächlichen Fällen kann jedoch die Bewegung der Gasblasen auch während der Erfassung der Maskenbilder und während der Erfassung der opak ausgebildeten Bilder auftreten. Dies führt dann zu dem Vorhandensein einiger Fehler in dem rekonstruierten subtrahierten dreidimensionalen Bild. Es ist jedoch eine beträchtliche Verringerung der Anzahl der Fehler vorhanden.

Die Fig. 3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens, wobei in einem Abschnitt 30 eine Erfassung von zweidimensionalen projizierten Maskenbildern und in einem Abschnitt 31 eine Erfassung von zweidimensionalen projizierten opak ausgebildeten Bildern stattfindet.

In einem Abschnitt 32 werden subtrahierte Bilder aus Maskenbildern und aus opak ausgebildeten Bildern ausgearbeitet. Daraufhin wird eine Rekonstruktion der subtrahierten zweidimensionalen Bilder aus den in dem Abschnitt 32 ausgearbeiteten subtrahierten zweidimensionalen Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion ausgeführt (Abschnitt 33). Ein bekannter Algorithmus ist z. B. in "Practical cone-beam algorithm" von L. A. Feldkamp, L. C. Davis und J. W. Kress, Journal Optical Society of America, Jahrgang 1, Nr. 6, Juni 1984 beschrieben. Allgemein umfaßt der Analysealgorithmus von Feldkamp hauptsächlich einen Filterabschnitt und einen Rückprojektionsabschnitt. Desgleichen wird eine Rekonstruktion eines dreidimensionalen Maskenbilds aus den in dem Abschnitt 30 erfaßten zweidimensionalen Maskenbildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion, bei dem es sich ebenfalls um den Algorithmus von Feldkamp handeln kann, ausgeführt (Abschnitt 34).

Der Fehler, d. h. Gasblasen, wird z. B. unter Verwendung eines Schwellenwertvergleichs oder eines anderen Segmentierungsverfahrens in dem rekonstruierten. dreidimensionalen Bild identifiziert (Abschnitt 35). Der Schwellenwertvergleich kann adaptiv sein oder nicht.

Die den Fehlern entsprechenden Volumenelemente werden daraufhin in dem in dem Abschnitt 33 rekonstruierten subtrahierten dreidimensionalen Bild entfernt (Abschnitt 36), um ein berichtigtes subtrahiertes dreidimensionales Bild zu erhalten.

In der Praxis kann eine derartige Anwendung von dem Standpunkt der Rechenzeit her benachteiligend sein, da sie zwei Rekonstruktionen erfordert, von denen eine eine nichtsubtrahierte Rekonstruktion ist (Rekonstruktion des dreidimensionalen Maskenbilds).

Ferner ist es gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorzuziehen, einen Mehrfachauflösungsansatz wie beispielsweise den in der Fig. 4 kurz beschriebenen zu verwenden. Aus dem berichtigten dreidimensionalen Bild, das aus zwei Rekonstruktionen mit niedriger Auflösung erhalten worden ist, wird ein Bereich von Interesse ausgewählt (Abschnitt 40), z. B. ein ein Gefäß umgebender Bereich. Eine neue dreidimensionale Rekonstruktion des Bereichs von Interesse wird aus den subtrahierten zweidimensionalen Bildern ausgebildet, diesmal jedoch unter Verwendung einer hohen Auflösung. Mit einem derartigen Mehrfachauflösungsansatz wird der Aufwand hinsichtlich der Rechenzeit um annähernd 75% verringert, was ihn völlig mit einer Verwendung auf einem medizinischen Gebiet vereinbar werden läßt.

Verschiedene Modifikationen der Struktur und/oder Schritte und/oder Funktion können von einem Fachmann ausgeführt werden, ohne von dem Schutzbereich und Umfang der Erfindung gemäß den Patentansprüchen abzuweichen.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren umfassen eine Erfassung (30) einer ersten Folge von für unterschiedliche Positionen einer Kamera um das Objekt erhaltenen projizierten zweidimensionalen Maskenbildern des Objekts; eine Erfassung (31) einer zweiten Folge von bei den gleichen Positionen der Kamera um das Objekt erhaltenen opak ausgebildeten projizierten zweidimensionalen Bildern des Objekts; eine Phase der Ausarbeitung (32) einer dritten Folge von jeweils aus der ersten und zweiten Folge von Bildern erhaltenen subtrahierten projizierten zweidimensionalen Bildern; eine Rekonstruktion (33) eines subtrahierten dreidimensionalen Bilds aus der dritten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion; eine Rekonstruktion (34) eines dreidimensionalen Maskenbilds aus der ersten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion; eine Phase (35) der Identifizierung von Fehlern in dem dreidimensionalen Maskenbild; und eine Entfernung (36) der entsprechenden Volumenelemente in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild.

Claims

1. Verfahren zur Bereitstellung eines dreidimensionalen Röntgenbilds eines Objekts, mit:

a) Erfassen (30) einer ersten Folge von für unterschiedliche Positionen um das Objekt erhaltenen projizierten zweidimensionalen Maskenbildern des Objekts;
b) Erfassen (31) einer zweiten Folge von bei den gleichen Positionen um das Objekt erhaltenen opak ausgebildeten projizierten zweidimensionalen Bildern des Objekts;
c) Ausarbeiten (32) einer dritten Folge von jeweils aus der ersten und zweiten Folge von Bildern erhaltenen subtrahierten projizierten zweidimensionalen Bildern;
d) Rekonstruieren (33) eines subtrahierten dreidimensionalen Bilds aus der dritten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion;
e) Rekonstruieren (34) eines dreidimensionalen Maskenbilds aus einer ersten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion;
f) Identifizieren (35) von Fehlern in dem dreidimensionalen Maskenbild; und
g) Entfernen (36) von entsprechenden Volumenelementen in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen (36) von Volumenelementen ein Rücksetzen ihres Intensitätswerts mit sich bringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zwei dreidimensionalen Bildrekonstruktionen:
mit einer ersten Auflösung ausgeführt werden, in der ein Bereich von Interesse in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild ausgewählt wird (40); und
eine neue dreidimensionale Rekonstruktion (41) allein des Bereichs von Interesse mit einer zweiten Auflösung ausgebildet wird, die höher als die erste Auflösung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zwei dreidimensionalen Bildrekonstruktionen:
mit einer ersten Auflösung ausgeführt werden, in der ein Bereich von Interesse in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild ausgewählt wird (40); und
eine neue dreidimensionale Rekonstruktion (41) allein des Bereichs von Interesse mit einer zweiten Auflösung ausgebildet wird, die höher als die erste Auflösung ist.

5. Vorrichtung zur dreidimensionalen Röntgenabbildung eines Objekts, mit:

a) einer Einrichtung zur Bilderfassung (2), die sich um das Objekt dreht;
b) einer Einrichtung (PPi) zur Erfassung einer ersten Folge von für unterschiedliche Positionen um das Objekt erhaltenen projizierten zweidimensionalen Maskenbildern des Objekts und einer zweiten Folge von bei den gleichen Positionen um das Objekt erhaltenen opak ausgebildeten projizierten zweidimensionalen Bildern des Objekts;
c) einer Einrichtung (3) zur Ausarbeitung einer dritten Folge von jeweils aus der ersten und zweiten Folge von Bildern erhaltenen subtrahierten projizierten zweidimensionalen Bildern;
d) einer Einrichtung (3) zur Rekonstruktion eines subtrahierten dreidimensionalen Bilds aus der dritten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion und eines dreidimensionalen Maskenbilds aus der ersten Folge von Bildern und aus einem Analysealgorithmus der Bildrekonstruktion;
e) einer Einrichtung (3) zur Identifizierung von Fehlern in dem dreidimensionalen Maskenbild; und
f) einer Einrichtung (3) zur Entfernung der entsprechenden Volumenelemente in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung zur Entfernung eine Einrichtung zur Rücksetzung der Werte der zu entfernenden Volumenelemente umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die:

a) Einrichtung zur Rekonstruktion die zwei dreidimensionalen Bildrekonstruktionen mit einer ersten Auflösung ausführt; und
b) die Vorrichtung eine Einrichtung zur Auswahl eines Bereichs von Interesse in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild umfaßt, wodurch die Einrichtung zur Rekonstruktion eine neue dreidimensionale Rekonstruktion allein des Bereichs von Interesse mit einer zweiten Auflösung ausführt, die höher als die erste Auflösung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die:

9. Verfahren zur Bereitstellung eines Röntgenbilds, mit:

a) Ausführen einer bekannten Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilds;
b) Ausführen einer ergänzenden Rekonstruktion eines dreidimensionalen Maskenbilds durch eine Subtraktion unter Verwendung allein zweidimensionaler Maskenbilder;
c) Identifizieren von Fehlern in dem rekonstruierten Maskenbild; und
d) Entfernen von in einem Bereich des identifizierten Fehlers enthaltenen Volumenelementen aus dem rekonstruierten subtrahierten dreidimensionalen Bild oder Rücksetzen des Intensitätswerts der Volumenelemente.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zwei dreidimensionalen Bildrekonstruktionen:
mit einer ersten Auflösung ausgeführt werden, in der ein Bereich von Interesse in dem subtrahierten dreidimensionalen Bild ausgewählt wird (40); und
eine neue dreidimensionale Rekonstruktion (41) allein des Bereichs von Interesse mit einer zweiten Auflösung ausgebildet wird, die höher als die erste Auflösung ist.