DE10111827A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bildrekonstruktion eines Raumvolumens aus akquirierten Projektionen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildrekonstruktion eines Raumvolumens aus akquirierten Projektionen, bei welchem während eines Rekonstruktionsschrittes jede akquirierte Projektion bzw. jede Region einer akquirierten Projektion einmal einer Datenverarbeitung aus einem Speicher für die akquirierten Projektionen zugeführt und die Intensität eines Voxels des rekonstruierten Raumvolumenbildes während des Rekonstruktionsschrittes je für das Voxel relevanter Projektion bzw. Region aktualisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildrekon­ struktion eines Raumvolumens aus akquirierten Projektionen.

Die Generierung von dreidimensionalen Daten aus Projektionen ist für den medizinischen Bereich beispielsweise in Computertomographiesystemen (CTs) verwirklicht. Für die Bildkonstruktion aus den hierbei aufgenomme­ nen Projektionen werden in der Regel spezielle Multiprozessorsysteme ein­ gesetzt, um akzeptable Rekonstruktionszeiten von wenigen Sekunden pro rekonstruierter Schicht zu erzielen, wobei in konventionellen CT-Geräten eine Aufnahme Schicht für Schicht erfolgt, während neuere CT-Geräte durch mehrzeilige Detektoren in der Lage sind, bis zu vier Schichten gleichzeitig zu scannen.

Inzwischen besteht großes Interesse, auch konventionelle Röntgensysteme für die tomographische Bildgebung einzusetzen. Zum Einen kann aufgrund der Kegelstrahlgeometrie und der Verwendung ausgedehnter, zweidimensi­ onaler Detektoren ein ganzes Volumen auf einmal gescannt werden. Zum anderen sind die Kosten für konventionelle Röntgensysteme geringer, insbesondere da nicht extra ein CT angeschafft werden muss, und die hierbei er­ reichbaren Auflösungen in der Regel höher.

Für die Bildrekonstruktion aus hierbei akquirierten Projektionen wird in der Regel ein Rückprojektionsalgorithmus genutzt. Hierbei wird für jedes Pro­ jektionsbild die in den Projektionen enthaltene Grauwertinformationen gleichmäßig längst eines Strahl vom Projektionspixel zur Strahlenquelle ver­ teilt und mit einem geometrischen Abstandsfaktor gewichtet. Unter anderem finden derartige Rückprojektionen im Zusammenhang mit einer gefilterten Projektion Anwendung, bei welcher die Projektionsdaten zunächst ortsab­ hängig gewichtet und einer Filterung unterworfen und dann in einen mit Null initialisierten Volumendatensatz rückprojiziert werden. Darüber hinaus kann die Rückproduktion auch iterative Verfahren umfassen, bei welchen in je­ dem Schritt eine Projektion- sowie eine Rückprojektionsoperation enthalten sind. Nach Beendigung der Bildrekonstruktion können die Volumendaten aus einem Speicher für das rekonstruierte Raumvolumenbild ausgelesen und je nach Anwendung sofort zweidimensional in Form von Schnitten oder auch dreidimensional visualisiert werden.

Es hat sich herausgestellt, dass die hierbei benötigten Zeiten erheblich sind, beispielsweise kann ein Datenvolumen der Größe 2563 mittels eines Feld­ kamp-Algorithmusses in ungefähr 15 Minuten rekonstruiert werden. Bei ite­ rativen Rekonstruktionsverfahren verlängert sich diese Zeit ungefähr um die Anzahl der benötigten Iterationen, welche typischerweise in der Größenord­ nung einiger zehn Schritte liegt. Derartige Rechenzeiten sind jedoch von einer Echtzeit-Rekonstruktion weit entfernt und, insbesondere wenn die ent­ sprechenden Einrichtungen im Zusammenspiel mit einer Positionskontrolle bzw. -überwachung genutzt werden soll, nicht akzeptabel.

Es bestehen Ansätze, die benötigten Rechenzeiten zu verkürzen. Beispielsweise wird von T. Bortfeld in "optimized planning using physical objectives and constrains", Sem. In Rad. Onc., 9: 20-34 (1999) vorgeschla­ gen, bei einer Parallelstrahlgeometrie und einer gemeinsamen Drehachse, die Eigenschaft der Radontransformation auszunutzen, dass im Furierraum die Projektion eine Ebene der Furiertransformierten des Volumens darstellt, so dass man die Rücktransformation durch Neuabtasten im Furierraum und Rücktransformation (Furier-Slice-Theorem) erhält. Diese Möglichkeit ist jedoch auf lediglich die beschriebenen Geometrien beschränkt. Darüber hin­ aus besteht die Möglichkeit, die Rechengeschwindigkeit zu erhöhen, indem der Algorithmus parallelisiert wird. Nach Sasaki T, Fukuda Y. in "recon­ struction of 3-D X-ray computerized tomography images using a distributed memory multiprocessor system", transaction of the information processing society of Japan, vol. 38, no. 9, Sept. 1997, Seiten 1681 bis 1693, und nach Dehner G, Herbert M. in "vector computing in CT image reconstruction­ algorithm, data rate, compute power, parallel processing" in SPEEDUP, vol. 9, no. 2, Dec. 1995, Seiten 41 bis 47 (Schweiz) ist eine derartige Parallelis­ ierung ohne Probleme möglich. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einer derartigen Parallelisierung die Performance leider nahezu linear an­ wächst, da das Verfahren im Wesentlichen speicherbegrenzt ist. Die eigent­ liche Rechenoperation läuft in der Regel schneller als das Lesen der dafür notwendigen Daten. Da die Rechengeschwindigkeit der Prozessoren immer größer wird, die Speicherbandbreite (die Zahl der pro Zeit auslesbaren Da­ ten) aber nur langsam zunimmt, wird dieses Verhältnis ungünstiger. Insofern ist durch die Parallelisierung theoretisch eine beliebige Performancesteige­ rung möglich, was jedoch nur zu Lasten extremer Verteuerung der Hardware realisierbar ist. Eine Alternative besteht in der Nutzung spezieller Hardware für die Rekonstruktion. Beispielsweise konnte von Ajakuijala J, Jaske UM, Sallinen S. Hehminen H, Laitinen J in "reconstruction of digital radiographs by texture mapping, ray casting and splatting", proceedings of the 1 Bth An­ nual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Bi­ ology Society" "Bridging Disciplines for Biomedicine" Cat. No. 96CH36036) IEEE. Part vol. 2, 1997, Seiten 643 bis 645 vol. 2. New York, NY, USA dargelegt werden, dass mit Texture Mapping auf 3D- Graphikkarten (OpenGL-Implementierung) die CT-Rekonstruktion be­ schleunigt werden kann. Allerdings sind derartige Systeme nur bedingt zur Parallelverarbeitung geeignet und nicht zu skalieren. Weiterhin besteht nach Tresp V, Snell R, Gmitro AF in "videographic tomography II reconstruction with fan-beam projection data" IEEE transaction on medical imaging, vol. 13, no. 1, March 1994, Seiten 137 bis 143, USA die Möglichkeit, den re­ chenaufwendigen Teil optisch zu lösen, was sich jedoch in der Praxis nicht durchsetzt.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Bildrekonstruktion eines Raumvolumens aus akquirierten Projektionen bereit zu stellen, bei welchem unter minimalen Hardwareaufwand eine mög­ lichst hohe Verarbeitungsleistung erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe einerseits durch ein Verfahren zur Bildrekon­ struktion eines Raumvolumens aus akquirierten Projektionen, bei welchem während eines Rekonstruktionsschrittes jede akquirierte Projektion einmal einer Datenverarbeitung aus einem Speicher für die akquirierten Projektio­ nen zugeführt und die Intensität eines Voxels des rekonstruierten Raumvo­ lumenbildes während des Rekonstruktionsschrittes je für das Voxel relevan­ ter Projektion aktualisiert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Zahl der zu ladenden Projektionen zu minimieren und somit durch Reduktion der An­ zahl der zeitaufwendigsten Speicheraktionen, nämlich dem Einlesen von Projektionsdaten, die Gesamtzeit für die Verfahrensdurchführung auf ein Minimum zu reduzieren.

Je nach relativer Lage der Projektionsebenen zueinander kann es vorteilhaft sein, statt der jeweiligen Gesamtprojektionsebene lediglich Regionen einer Projektionsebene entsprechend zu behandeln. Dementsprechend wäre es dann erforderlich, bei Veränderung der Lage der Voxel andere Regionen aus den jeweiligen Projektionen zu wählen und für den jeweiligen Rekonstrukti­ onsschritt zu verwenden. Hierbei versteht es sich, dass je nach Lage dieser Regionen bestimmte Bereiche einer Projektionsebene mehrfach in dieser Weise behandelt werden, wobei erfindungsgemäß jede Region in seiner be­ sonderen Form nur einmal geladen werden soll. Insbesondere lässt sich hier­ durch der gesamte Hardwarebedarf reduzieren, da für die Speicherung der in den Projektionen enthaltenen relevanten Information nur der hierfür unbe­ dingt notwendige Speicherbedarf bereit gestellt werden muss. Insbesondere diese Vorgehensweise reduziert den Speicherbedarf für einen Zwischenspei­ cher bzw. einen Cache, in dem diese Informationen bereitgestellt werden können.

Andererseits wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bildrekonstruk­ tion eines Raumvolumens aus akquirierten Projektionen mit einem Speicher für die akquirierten Projektionen und einem Speicher für das rekonstruierte Raumvolumenbild gelöst, bei welcher diese Speicher durch eine Datenver­ arbeitung miteinander verknüpft sind und welche sich dadurch kennzeichnet, dass die Datenverarbeitung mindestens zwei Bearbeitungspipelines umfasst, die einerseits je mit mindestens einem Speicherbereich eines Projektionsca­ che für eine Projektion oder eine Region einer Projektion und andererseits mit mindestens einem Speicherbereich eines Voxelzwischenspeichers ver­ bunden sind, wobei der Voxelzwischenspeicher mit dem Speicher für das rekonstruierte Raumvolumenbild und der Projektionscache mit dem Speicher für die akquirierten Projektionen verknüpft ist.

Auf einer derartigen Vorrichtung ist das vorbeschriebene Verfahren bei­ spielsweise durchführbar, wobei die Verarbeitungsgeschwindigkeit schon deutlich über den Geschwindigkeiten herkömmlicher Systeme liegt. Ande­ rerseits ist unter Beibehaltung dieses Vorzuges auch eine andere Verfahrens­ führung auf einer derartigen Anlage denkbar.

Vorzugsweise werden somit mehrere Projektionen bzw. Regionen dieser Projektionen parallel verarbeitet, so dass diese lediglich einmal geladen werden müssen, wobei insbesondere bei einer derartigen Anordnung für eine einmal geladenen Projektion bzw. Region einer Projektion alle relevanten Voxel entsprechend der Rekonstruktionsvorgaben bearbeitet werden.

Insbesondere kann in einem Unterschritt der Rekonstruktion ein Subwürfel aus dem Voxelraum bearbeitet werden, wobei aus Effektivitäts- und somit Geschwindigkeitsgründen eine derartiger Subwürfel in dem Voxelzwi­ schenspeicher abgelegt wird. Durch die Ablage des Subwürfels in den Zwi­ schenspeicher stehen diese Intensitätsdaten für die Auswertung in dem Zwi­ schenspeicher zur Verfügung und es ist nicht nötig, die jeweiligen Daten aus dem eigentlichen Speicher für das rekonstruierte Raumvolumenbild zu ent­ nehmen, was wegen dessen Größe normalerweise sehr zeitaufwendig ist. Für das Füllen des Zwischenspeichers kann bei einem derartig geführten Verfahren ein gesonderter Algorithmus bzw. eine gesonderte Hardware­ struktur genutzt werden.

Insbesondere im Zusammenspiel mit mehreren Bearbeitungspipelines bzw. der vorbeschriebenen Parallelrechnerstruktur - aber auch unabhängig hiervon - kann eine Bearbeitung des gesamten Raumvolumenbildes in Form geeignet gewählter Subwürfel auch unabhängig von der übrigen Verfahrensführung vorteilhaft die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöhen. Dieses insbesondere dann, wenn der entsprechende Voxelzwischenspeicher als Schieberegister ausgebildet ist.

Wie bereits vorstehend angedeutet, kann es vorteilhaft sein, in einem Re­ konstruktionsunterschritt zunächst eine Auswahl von Voxeln zu Bearbeiten, deren Projektionen auf einer gleichen Region einer Projektionsebene abge­ bildet werden. Hierdurch lassen sich die in dieser Region vorhandenen Pro­ jektionsinformationen in einem verhältnismäßig kleinem Speicher, insbeson­ dere einem Cache zur Verfügung stellen, wobei durch einen Cache, unab­ hängig von der übrigen erfindungsgemäßen Verfahrensführung bzw. unab­ hängig von den übrigen Merkmalen der beschriebenen Vorrichtung, die Ver­ arbeitungszeit verringert wird, da ein derartiger Cache wesentlich geringere Zugriffzeiten für eine mit diesem verbundene Rechnereinheit aufweist.

Die entsprechende Region kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass die jeweiligen Voxel jeweils auf die Projektionsebene projiziert und die jeweilige, überdeckte Fläche genutzt wird.

Vorzugsweise ist diese Auswahl von Voxeln ein vorbeschriebener Subwür­ fel, wodurch sich die Vorteile der vorbeschriebenen Lösungsansätze sum­ mieren. Es versteht sich, dass die Subwürfel nicht zwingend eine Würfel­ form aufweisen müssen, vielmehr kann jede Voxelmenge, vorzugsweise jede einfach zusammenhängende Voxelmenge zur Anwendung kommen, wenn hierdurch die Zahl der Projektionen bzw. Regionen, die hintereinander für eine Folge bestimmter Rekonstruktionsschritte benötigt wird, reduziert wer­ den kann.

Die Verwendung eines Voxelzwischenspeichers ist auch unabhängig von einem Projektionscache bzw. einer Parallelrechnerstruktur vorteilhaft, da sich durch einen derartigen Zwischenspeicher die Zugriffszeiten der Re­ cheneinheit verkürzen lassen, da ein großer Hauptspeicher, wie er für die Aufnahme der gesamten, rekonstruierten Bildinformation benötigt wird, we­ sentlich langsamere Zugriffsgeschwindigkeiten aufweist.

Um die Bearbeitungszeit weiter zu reduzieren, kann ein zweiter Voxelzwi­ schenspeicher vorgesehen sein, der alternativ zu dem ersten Voxelzwi­ schenspeicher mit der Bearbeitungspipeline verbunden werden und unab­ hängig von dem ersten Voxelzwischenspeicher mit dem Speicher für das rekonstruierte Raumvolumenbild Daten austauschen kann. Insofern kann einer der beiden Voxelzwischenspeicher mit dem Speicher für das rekon­ struierte Raumvolumenbild Daten austauschen, während der andere Vo­ xelzwischenspeicher für die Rechenoperationen genutzt wird. Ist der Re­ chenvorgang beendet, so können durch einen einfachen Umschalter diese Verbindungen getauscht werden. Auf diese Weise werden Totzeiten durch den Datenaustausch zwischen Voxelzwischenspeicher und Speicher für das rekonstruierte Raumvolumenbild vermieden.

Des weiteren schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Bildrekonstruktion eines Raumvolumens aus akquirierten Projektionen mit einem Speicher für die akquirierten Projektionen und einem Speicher für das rekonstruierte Raumvolumenbild, die über eine Datenverarbeitung miteinander verknüpft sind, vor, bei welcher die Speicherbandbreite unter der Verarbeitungsleis­ tung des Gesamtsystems liegt. Eine derartig ausgerichtete Vorrichtung ist in der Lage, schneller zu arbeiten, als dieses die Speicher ermöglichen und bedingt somit, dass die Hardware optimal genutzt wird. Vorzugswiese werden Speicherbandbreite und Verarbeitungsleistung in Voxel/Sekunde verglichen, wobei hier auch andere Kriterien, die einen Vergleich zwischen der Leistung der Speicher für das rekonstruierte Raumvolumenbild und für die akquirier­ ten Projektionen mit der Verarbeitungsleistungen erlauben, möglich sind.

Es versteht sich, dass in vorliegendem Zusammenhand der Begriff "Raumvo­ lumenbild" jede Darstellung umfasst, in der in den Projektionen enthaltene Information dreidimensional rückermittelt und gespeichert ist. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Intensitätsverteilung in einem Voxelraum han­ deln. Selbiges gilt auch für die "Projektionen".

Weitere Eigenschaften, Ziele und Vorteile der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft erfindungsgemäße Verfahrensschritte sowie eine Rechnerarchi­ tektur erläutert ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Röntgenanlage;

Fig. 2 die Röntgenanlage nach Fig. 2 im Schnitt;

Fig. 3 eine schematische Rechnerarchitektur für die Rückprojektion;

Fig. 4 eine weitere Rechnerarchitektur für die Rückprojektion;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Rechnerstruktur nach Fig. 3 mit der Verknüpfung zwischen Volumen und Projektion;

Fig. 6 einen Verfahrensablauf mit der Rechnerarchitektur nach den Fig. 3 bis 5;

Fig. 7 die Auswahl eines Subwürfels;

Fig. 8 die Auswahl geeigneter Regionen für eine Anzahl mehrere Subwürfel bzw. Voxel;

Fig. 9 mehrere Projektionsebenen für einen Subwürfel;

Fig. 10 eine Rechnerstruktur nach dem Stand der Technik mit mehreren parallelen Projektionsspeichern; und

Fig. 11 eine Rechnerstruktur nach dem Stand der Technik mit mehreren parallelen Speichern für die Intensitätsinformationen.

Bei der in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Röntgenanlage wird eine Person 1 mittels einer Strahlenquelle 2 durchstrahlt. Hierdurch können mit einem entsprechenden Detektor Projektionen 3 aufgenommen werden, die letztlich die Wechselwirkung des entsprechenden Strahlenkegels 4 mit dem Körper der durchstrahlten Person widerspiegeln. Die Strahlenquelle 2 und der entsprechende Detektor sind um die Person rotierbar angeordnet, so dass verschiedene Projektionsrichtungen aufgenommen werden können. Es ver­ steht sich, dass statt einer derartigen Einrichtung auch andere Einrichtungen, bei denen eine Rückprojektion notwendig ist, zur Anwendung kommen kön­ nen. Insbesondere können auch Gegenstände entsprechend untersucht wer­ den.

Die ermittelten Projektionen 5 werden in einem entsprechenden Speicher 6 für die akquirierten Projektionen abgelegt. Aus diesen soll ein Raumvolu­ menbild ermittelt werden, welches in einem Speicher 7 für das rekonstruierte Raumvolumenbild abgelegt wird (siehe Fig. 1 bis 5).

Die beiden Speicher 6 und 7 sind über eine Datenverarbeitung 8 miteinander verknüpft, wobei bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen die Datenverarbeitung 8 einen Projektionscache 9 umfasst. In diesen Projektionscache 9 können nach Bedarf Daten aus dem Projektionsspeicher 6 abgelegt werden. Der Projektionscache 9 weist ein­ zelne Speichersegmente 10 auf, in welche jeweils übermittelte Pixeldaten einer Projektionsebene abgelegt werden. Je Speichereinheit 10 ist eine Hardware- beziehungsweise Bearbeitungspipeline 11 vorgesehen, welche einer Zelle 12 eines als Schieberegister ausgebildeten Voxelzwischenspei­ cher 13 zugeordnet ist. Die Hardwarepipeline 11 liest für das in dem Speicher 12 abgelegte Volumenelement die notwendigen Projektionspixel aus dem Projektionsspeicher 9. Dann berechnet sie den Beitrag für das Volumenelement, der zu dem bisherigen Beitrag des Volumenelementes zuaddiert wird. Hierbei werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Rückprojektion die Intensitäten längs der Strahlen "Quelle-Projektionspixel" gleichmäßig über die betreffenden Voxel verteilt, wobei - je nach konkreter Ausführungsform - noch eine Funktion vorgesehen sein kann, welche eine geometrische Abschwächung berücksichtig.

Hierbei muss für jedes Voxel ausgehend von jeder Projektion berechnet werden, auf welchen Punkt das Zentrum des Voxels abgebildet wird. Die Intensität des Punktes in der Projektionsebene 5 wird in der Regel durch bi­ lineare Interpolation der benachbarten Pixelintensitäten berechnet. Der er­ mittelte Wert wird dann mit dem inversen Quadrat des Abstandes "Quelle- Voxel" multipliziert und zum bisherigen Beitrag im Voxel addiert.

Da alle Hardwarepipelines 11 synchron arbeiten, werden sie zur gleichen Zeit fertig. Daraufhin werden die Ergebnisse in dem Schieberegister 13 ein Speicherelement 12 weiter geschoben, sodass für jedes Volumenelement der Beitrag der nächsten Projektionsebene bestimmt wird.

Sind die Beiträge aller Projektionsebenen berechnet und akummuliert wor­ den, so werden die jeweiligen Daten wieder in den Speicher 7 zurückge­ schrieben.

Um die Zeit für das Rückspeichern sowie das neue Abspeichern der jeweili­ gen Daten von dem Voxelzwischenspeicher 13 zu dem Speicher 7 nicht un­ genutzt verstreichen zu lassen, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ein zweiter Voxelzwischenspeicher 14 vorgesehen, der während der Umspei­ chervorgänge des ersten Voxelzwischenspeichers 13 mit den Hardwarepipe­ lines 11 verbunden wird. Auf diese Weise werden die Parallelprozessoren der Hardwarepipelines 11 optimal genutzt. Während der Berechnung der in dem Zwischenspeicher 14 gespeicherten Voxel wird der Voxelzwi­ schenspeicher 13 entsprechend geleert und neu geladen, sodass er dann für weitere Berechnungen zur Verfügung steht, sowie die Berechnungen für die Daten in dem Voxelspeicher 14 abgeschlossen werden. Daraufhin wird der Voxelspeicher 13 wieder mit den Hardwarepipelines 11 verbunden, während für den Voxelspeicher 14 der Datenaustausch mit dem Speicher 7 vorge­ nommen wird.

Zwar ist es denkbar, dass jeweils sämtliche Daten einer Projektionsebene 5 in den Projektionscache 9 eingelesen werden. Da jedoch das Volumen des Voxelzwischenspeichers 13 begrenzt ist, würde eine große Zahl redundanter Daten geladen werden, weil je Projektion für ein bestimmtes Voxel nur sehr kleine Regionen relevant werden können. Insofern ist es vorteilhaft, nur der­ artige Regionen, wie sie beispielsweise in Fig. 5 mit der Ziffer 15 bezeich­ net sind, zu laden. In vorliegendem Zusammenhang wird unter dem Begriff "Region" eine verhältnismäßig geringe Menge an, vorzugsweise einfach zu­ sammenhängenden, Pixeln verstanden, wobei die Größe der Menge derart gewählt ist, dass diese Pixelmenge ohne weiteres in den Projektionscache 9 geladen werden kann.

Prinzipiell können in den Projektionscache 9 und in dem Voxelzwi­ schenspeicher 13 bzw. 14 beliebige Voxel bzw. Projektionen 5 oder Regio­ nen 15 geladen werden. Vorzugsweise werden jedoch die in den Projekti­ onscache 9 eingelesenen Regionen 15 miteinander korreliert. Die Korrelati­ on kann derart gewählt werden, dass aus dem zu rekonstruierenden Bild­ raum 16 ein Subwürfel 17 gewählt wird, dessen Zahl an Voxeln vorzugswei­ se der Zahl der Speicherelemente 12 in dem Voxelzwischenspeicher 13 bzw. 14 entspricht. Bespielhaft ist in Fig. 7 ein Subwürfel 17 mit vier Voxeln Kantenlänge dargestellt, der in einem Voxelzwischenspeicher 13 mit 64 Speicherelementen abgelegt werden kann.

In den Projektionscache 9 werden dann alle die Regionen 15 geladen, wel­ che die jeweiligen relevanten Bilddaten korrespondierend zu der jeweiligen Projektionsrichtung enthalten, wie dieses beispielhaft in Fig. 5 und 9 dargestellt ist. Sowie die entsprechenden Projektionsdaten geladen sind, können die jeweiligen Berechnungen durchgeführt werden, wobei durch das Schieberegister parallel sämtliche Voxel des Subwürfels 17 für die jeweilige in dem Projektionscache 10 geladenen Regionen 15 berechnet werden. Zwar sind idealer Weise in dem Projektionscache 9 sämtliche Projektionsrichtun­ gen abgelegt. Es kann jedoch eine Kosten-Nutzen-Abwägung vorgenommen werden, nachdem lediglich ein Teil der notwendigen Projektionen 5 in dem Projektionscache 9 abgelegt ist und zwischenzeitlich ein entsprechender Da­ tenaustausch vorgesehen ist.

Der somit durchgeführte Verfahrensablauf ist in Fig. 6 dargestellt. Zu­ nächst wird ermittelt, welche Regionen 15 der Projektionsebene 5 zu einem entsprechenden Subwürfel 17 beitragen. Dieses kann bei der Programmin­ stallation bzw. bei der Konzipierung der Hardwarestruktur bereits erfolgen. Anschließend werden jeweils für einen Subwürfel in einer inneren Schleife sämtliche Beiträge der Projektionen für ein entsprechendes Voxel ermittelt, wobei der Subwürfel 17 mittels des Schieberegisters 13 abgearbeitet wird. Anschließend wird ein weiterer Subwürfel 17 gewählt, wobei nach Mög­ lichkeit die hierbei berücksichtigten Regionen beibehalten werden und nur selektiv einzelne Regionen 15 ausgetauscht werden brauchen. Gegebenfalls wird allerdings der Satz an Regionen 15 komplett ausgetauscht.

Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel davon ausgegangen wird, dass die Zahl der Projektionen 5 die Zahl der Speicher 10 des Projektions­ cache 9 übersteigt, wird, wenn sämtliche Subwürfel 17 des Volumens 16 abgearbeitet sind, ein kompletter neuer Satz Projektionsrichtungen bzw. Pro­ jektionen 5 gewählt, und es werden die Beiträge dieser Projektionen ent­ sprechend bestimmt.

Beispielhaft sind in den Fig. 10 und 11 Ausführungsbeispiele nach dem Stand der Technik dargestellt, wobei diese jeweils parallele Strukturen 108 bzw. 208 aufweisen, jedoch entweder die Projektionsebenen 105 in mehre­ ren Speichern 106 oder aber die Voxelräume 207 in Parallelspeichern abge­ legt sind, wodurch die Kosten erheblich steigen.

Vorliegende Erfindung kann beispielsweise in einer C-Arm- Angiographieanlage oder an eine Linearbeschleunigung in Verbindung mit electronic portal imagine device (EPID) umgesetzt werden. Die Rekonstruk­ tion kann beispielsweise durch eine gefilterte Rückprojektion bzw. durch imperative Verfahren erfolgen. Für die gefilterte Rückprojektion werden die Projektionsdaten zunächst ortsabhängig gewichtet und einer Filterung un­ terworfen. Bei einer Implementierung der Filterung im Frequenzraum unter Anwendung einer gut optimierten Software zur Fouriertransformation kann der Schritt als relativ zeitunkritisch angesehen werden. Zur Rückprojektion der gefilterten Profile werden diese sowie ein mit null initialisierter Volumendatensatz zunächst in den Speicher der entsprechenden Anlagenkarte geladen. Die Rückprojektion erfolgt wie vorstehend beschrieben. Bei dem interativen Verfahren zur Bildrekonstruktion ist in jedem Schritt eine Projek­ tions- sowie eine Rückprojektionsoperation enthalten. Zur Realisierung einer effizienten Projektionsoperation (raytracing) sind bereits spezielle Verfahren und Architekturen bekannt. Für eine voxelbasierte Rückposition kann das vorstehende beschriebene Verfahren sowie die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Einsatz kommen.

Durch die Verwendung der vorgeschriebenen Architektur sowie des vorge­ schriebenen Verfahrens können große Datenmengen rechtzeitig verarbeitet und rekonstruiert werden, sodass mit dem beschriebenen System mittels Hochenergie-CT beispielsweise online die Positionierung eines Patienten in einem Linearbeschleuniger verifiziert werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zur Bildrekonstruktion eines Raumvolumens aus akquirier­ ten Projektionen, bei welchem während eines Rekonstruktionsschrit­ tes jede akquirierte Projektion bzw. jede Region einer akquirierten Projektion einmal einer Datenverarbeitung (8) aus einem Speicher (6) für die akquirierten Projektionen zugeführt und die Intensität eines Voxels des rekonstruierten Raumvolumenbildes während des Rekon­ struktionsschrittes je für das Voxel relevanter Projektion bzw. Region aktualisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Projektionen bzw. Regionen von Projektionen parallel verarbeitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionen bzw. Regionen von Projektionen zur Verarbeitung in ei­ nen Projektionscache (9) geladen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, dass in einem Unterschritt der Bildrekonstruktion ein Subwürfel (17) bearbeitet wird, dessen Intensitätsinformation in einem Vo­ xelzwischenspeicher (13) abgelegt und während der Bearbeitung an­ hand von Daten der Projektionen aktualisiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, dass in einem Unterschritt der Bildrekonstruktion eine Auswahl (17) von Voxeln bearbeitet wird, deren Projektion auf einer gleichen Region (15) einer Projektionsebene abgebildet werden.

6. Vorrichtung zur Bildrekonstruktion eines Raumvolumens (7) aus ak­ quirierten Projektionen (5) mit einem Speicher (6) für die akquirierten Projektionen und einem Speicher (7) für das rekonstruierte Raumvo­ lumenbild, die über eine Datenverarbeitung (8) miteinander verknüpft sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitung (8) mindes­ tens zwei Bearbeitungspipelines (11) umfasst, die einerseits je mit mindestens einem Speicherbereich (10) eines Projektionscache (9) und andererseits je mit mindestens einem Speicherbereich (12) eines Voxelzwischenspeichers (13) verbunden ist, wobei der Voxelzwi­ schenspeicher (13) mit dem Speicher (7) für das rekonstruierte Raum­ volumenbild und der Projektionscache (9) mit dem Speicher (6) für die akquirierten Projektionen verknüpft ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vo­ xelzwischenspeicher (13) als Schieberegister ausgestaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch wenigs­ tens einen zweiten Voxelzwischenspeicher (14) der alternativ zu dem ersten Voxelzwischenspeicher (13) mit den Bearbeitungspipelines (11) verbunden werden und unabhängig von dem ersten Voxelzwi­ schenspeicher (13) mit dem Speicher (7) für das rekonstruierte Raum­ volumenbild Daten austauschen kann.

9. Vorrichtung zur Bildrekonstruktion eines Raumvolumens (7) aus ak­ quirierten Projektionen (5) mit einem Speicher (6) für die akquirierten Projektionen und einem Speicher (7) für das rekonstruierte Raumvo­ lumenbild, die über eine Datenverarbeitung (8) miteinander verknüpft sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbandbreite unter der Verarbeitungsleistung liegt.