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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bewegungskompensierten Rekonstruktion eines wenigstens eine Hochkontraststruktur umfassenden dreidimensionalen Bilddatensatzes aus zweidimensionalen, die Hochkontraststruktur und wenigstens eine Niedrigkontraststruktur zeigenden Rohbildern, wobei zur Bewegungskompensation wenigstens ein die Verschiebung von Punkten der Hochkontraststruktur zwischen zwei Zeitpunkten eines sich zyklisch wiederholenden Bewegungsablaufs beschreibendes Bewegungsfeld verwendet wird, wobei zur korrekten Rekonstruktion der Niedrigkontraststruktur in dem dreidimensionalen Bilddatensatz nach Ermittlung eines Bewegungsfeldes dieses insbesondere durch automatische Interpolation und/oder Dilatation auf einen die Niedrigkontraststruktur wenigstens teilweise umfassenden Rekonstruktionsbereich erweitert wird, sowie eine zugehörige Röntgeneinrichtung.
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Im Bereich der Computertomographie ist es seit langem bekannt, zweidimensionale Röntgenbilder (Rohbilder) aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufzunehmen und daraus einen dreidimensionalen Bilddatensatz zu rekonstruieren. Aufnahmen mit CT-Einrichtungen sind schnell getätigt, jedoch sind CT-Einrichtungen nicht an jedem Ort vorhanden und ein interventioneller Eingriff, beispielsweise ein minimalinvasiver Eingriff, ist bei einem in einer CT-Einrichtung befindlichen Patienten meist nicht durchführbar. Doch auch andere Röntgeneinrichtungen, insbesondere so genannte C-Arm-Röntgeneinrichtungen, die einen C-Arm umfassen, an dem sich gegenüberliegend eine Strahlungsquelle und ein Strahlungsdetektor angeordnet sind, werden aus verschiedenen Gründen heutzutage genutzt, um dreidimensionale Bilddatensätze aufnehmen zu können. Auch dabei werden, insbesondere in verschiedenen Stellungen des C-Arms, eine Vielzahl von zweidimensionalen Röntgenbildern (Rohbildern) aufgenommen, aus denen dann mittels der auch in der Computertomographie bekannten Verfahren, beispielsweise der gefilterten Rückprojektion, dreidimensionale Bilddatensätze rekonstruiert werden können.
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Ein Anwendungsgebiet ist insbesondere die Angiographie (die Darstellung der Blutgefäße, insbesondere der Arterien, Venen und Herzkammern des Körpers mittels bildgebender Röntgenverfahren), im Vorliegenden also hauptsächlich die so genannte 3D-Rotationsagiographie. Insbesondere bei der Untersuchung des Herzens und der dieses umgebenden Koronargefäße – wobei häufig ein Kontrastmittel gegeben wird – besteht das aufnahmetechnische Problem, dass diese Blutgefäße infolge des Herzschlags einer ständigen, zyklischen Bewegung ausgesetzt sind. Diese Bewegung ist bei der Aufnahme von Rohbildern mit einer C-Arm-Röntgeneinrichtung besonders relevant, da die Aufnahmezeiten aufgrund des eher langsam verfahrbaren C-Arms nennenswert länger sind als beispielsweise bei der Computertomographie (5 Sekunden–10 Sekunden im Gegensatz zu etwa 1 Sekunde). Die Bewegung führt daher herkömmlicherweise zu starken Bildartefakten bei der Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes, die die Bildqualität mitunter erheblich verschlechtern. Dies gilt ähnlich in anderen Bereichen, beispielsweise bei Lungenaufnahmen aufgrund der Atembewegung, insbesondere auch bei lang andauernden Aufnahmen.
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Zur Lösung dieses Problem wird beispielsweise durch die
DE 10 2004 048 209 B3 , deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hiermit vollständig in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung aufgenommen ist, vorgeschlagen, Bewegungsfelder zu ermitteln, die die Verschiebung von Punkten zwischen zwei Zeitpunkten des sich zyklisch wiederholenden Bewegungsablaufs, insbesondere des Herzzyklus, beschreiben. Dazu ist dort konkret vorgesehen, zunächst alle Rohbilder nach Maßgabe einer zyklischen Relativzeit zu synchronisieren, also in Gruppen mit vergleichbarer Relativzeit aufzuteilen. Dabei können beispielsweise bestimmte Abschnitte des Herzzyklus betrachtet werden. Die gleichen Zeitpunkten/Zeitbereichen im Herzzyklus zugeordneten Rohbilder werden dann zumindest teilweise genutzt, um einen zugehörigen vorläufigen dreidimensionalen Bilddatensatz zu rekonstruieren, wofür übliche Rekonstruktionsverfahren, beispielsweise die gefilterte Rückprojektion, eingesetzt werden können. Es werden also feste Bewegungszustände des aufgenommenen Bereichs betrachtet und vorläufige Bilddatensätze erzeugt, in dem lediglich zu diesen Bewegungszeitpunkten aufgenommene Rohbilder betrachtet werden. Dadurch wird ein Bilddatensatz geringer Qualität erzeugt, in dem nur Hochkontraststrukturen, beispielsweise kontrastmittelgefüllte Blutgefäße und/oder Marker, hinreichend deutlich zu erkennen sind, um die es aber in den meisten dieser Bilder gerade geht.
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Durch Vergleich zweier solcher vorläufiger dreidimensionaler Bilddatensätze kann nun ein zugehöriges Bewegungsfeld abgeleitet werden. Das Bewegungsfeld ist ein dreidimensionales Vektorfeld, durch welches Voxel oder Voxelgruppen des einen vorläufigen Bilddatensatzes mit Voxeln oder Voxelgruppen des anderen vorläufigen Bilddatensatzes verknüpft werden. Das Bewegungsfeld kennzeichnet hierbei eine Bewegung, d. h., eine räumliche Veränderung einander entsprechender Hochkontraststrukturen zwischen dem als Ausgangspunkt herangezogenen ersten Bilddatensatz und dem zeitlich späteren oder früheren zweiten Bilddatensatz. Dabei kann beispielsweise eine Korrelationsmethode verwendet werden, insbesondere Block-Merging oder eine auf optischem Fluss basierende Methode.
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Durch das Bewegungsfeld kann folglich jeder der vorläufigen Bilddatensätze an einen bestimmten Referenzzeitpunkt zurückgerechnet werden, folglich zur Bewegungskompensation genutzt werden. Der endgültige dreidimensionale Bilddatensatz kann beispielsweise letztendlich durch Aufsummierung sämtlicher bewegungskompensierter vorläufiger Bilddatensätze erhalten werden.
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Da den vorläufigen Bilddatensätzen nur wenige der zweidimensionalen Röntgenbilder (Rohbilder) zugrunde liegen, sind zwar die Hochkontraststrukturen, beispielsweise kontrastmittelgefüllte Blutgefäße, gut zu erkennen, gegebenenfalls jedoch auch in dem Bild enthaltene Niedrigkontraststrukturen werden nicht hinreichend erkennbar abgebildet. Das Bewegungsfeld bezieht sich folglich auf die (im Allgemeinen auch im Mittelpunkt des Interesses stehenden) Hochkontraststrukturen, welche korrekt bewegungskompensiert im endgültigen dreidimensionalen Bilddatensatz enthalten sind. Es treten jedoch Fälle auf, in denen auch Niedrigkontraststrukturen von Interesse sein können.
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Als Beispiel seinen vorliegend Gefäßverschlüsse, insbesondere chronische komplette Gefäßverschlüsse (chronic total occlusion, CTO), genannt. Bei dieser Erkrankung ist ein Abschnitt eines Koronargefäßes durch einen Thrombus komplett verschlossen. Das bedeutet folglich, dass das Kontrastmittel nicht in diese Gefäße vordringen kann, wobei jedoch der Berechnung des Bewegungsfeldes die kontrastmittelgefüllten Gefäße als Hochkontraststrukturen zugrunde liegen. Gefäßverschlüsse, insbesondere CTOs, können also mit C-Arm-Röntgeneinrichtungen bislang nicht dargestellt werden, trotzdem sie als Niedrigkontraststrukturen in den zugrunde liegenden Rohbildern enthalten sind. Zwar ist es möglich, CTOs mittels der Computertomographie darzustellen, welche allerdings ein diagnostisches Verfahren darstellt, das lediglich vor einem Eingriff angewendet werden kann. Dies ist mit zusätzlichem logistischem Aufwand verbunden und kann wegen der Zeitdifferenz zwischen Bildgebung und Eingriff dazu führen, dass die Bilddaten nicht perfekt zur Situation während des Eingriffs passen.
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WO 2007/060572 A2 betrifft die bewegungskompensierte CT-Rekonstruktion von Hochkontrastobjekten. Dabei werden im Wesentlichen zwei Varianten vorgeschlagen, nämlich zum einen, nur ein Untervolumen zu rekontruieren, welches dem betrachteten Hochkontrastobjekt entspricht, oder aber, das gesamte Rekonstruktionsvolumen bezüglich der Bewegung zu kompensieren, wobei räumliche Extrapolation und/oder räumliche Interpolation der Bewegungsvektoren vorgeschlagen wird.
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Ein Verfahren zur Reduktion von Stufenartefakten in einer Kardio-CT-Darstellung sowie ein zugehöriges Speichermedium wird durch
DE 10 2006 014 625 B3 offenbart. Darin geht es um eine Verschiebung des Herzens zwischen unterschiedlichen Ruhephasen, also eine nicht von der zyklischen Bewegung abhängige Bewegung bei der Aufnahme benachbarter, später zusammenzusetzender Schichten. Hierbei wird auch vorgeschlagen, anstelle eines einzigen Verschiebungsvektors ein Feld von Verschiebungsvektoren über den gesamten Überlappungsbereich der benachbarten Schichten zu bestimmen, wozu Interpolationsrechnung zwischen Stellen mit hohen Kontrastspringen verwendet werden soll.
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DE 60 2004 009 826 T2 betrifft die dreidimensionale Rekonstruktion eines Objekts aus Projektionsfotographien, wobei die Projektionsaufnahmen in Klassen, die einer Phase der zyklischen Eigenbewegung zugeordnet sind, aufgeteilt werden sollen, und wenigstens ein Merkmalspunkt dreidimensional für jede der Klassen lokalisiert werden soll, wonach dreidimensionale Transformationen der Punkte bestimmt werden und eine Bewegungskompensation mit Hilfe der Transformationen erfolgt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur bewegungskompensierten Rekonstruktion von dreidimensionalen Bilddatensätzen, die insbesondere mit einer C-Arm-Röntgeneinrichtung aufgenommen wurden, so auszugestalten, dass auch Niedrigkontraststrukturen bewegungskompensiert rekonstruiert werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zunächst manuell und/oder automatisch wenigstens ein Rekonstruktionsbereich bestimmt wird, auf den das Bewegungsfeld erweitert werden soll, wobei die Bestimmung der Rekonstruktionsbereiche insbesondere vollautomatisch anhand eines anatomischen Atlasses und/oder insbesondere bei der Betrachtung von Blutgefäßen anhand eines geometrischen Bildverarbeitungsalgorithmus zur Verbindung disjunkter Strukturen erfolgt.
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Die Ermittlung des wenigstens einen Bewegungsfelds kann dabei vorteilhafterweise wie in der bereits zitierten
DE 10 2004 048 209 B3 beschrieben durchgeführt werden, wobei durch Zuordnung wenigstens eines Teils der Rohbilder zu Rekonstruktionsgruppen unter Berücksichtigung einer zyklischen Relativzeit und Erstellung von vorläufigen dreidimensionalen Bilddatensätzen wenigstens ein Bewegungsfeld durch Vergleich der Hochkontraststrukturen in zwei vorläufigen Bilddatensätzen ermittelt wird und die Rekonstruktion des endgültigen Bilddatensatzes unter Berücksichtigung des wenigstens einen Bewegungsfeldes erfolgt. Allgemein werden üblicherweise mehr als ein Bewegungsfeld ermittelt, beispielsweise zehn Bewegungsfelder, die sich auf eine Referenzrelativzeit beziehen können oder auch auf die Bewegung zwischen zwei vorläufigen Bilddatensätzen abzielen können.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist es also, die aus den Hochkontraststrukturen erhaltenen Bewegungsinformationen zu nutzen, um auch Bewegungsinformationen für die Niedrigkontraststrukturen zu erhalten, so dass auch diese letztlich korrekt und bewegungskompensiert rekonstruiert werden können. Das Bewegungsfeld soll also in Bereichen, in denen es aufgrund des niedrigen Kontrastes im Bild nicht ermittelt werden kann, bevorzugt automatisch, möglicherweise aber auch unter Rückgriff auf Benutzer-Interaktion, aus den vorhandenen Bewegungsfeld-Daten insbesondere interpoliert und/oder anderweitig ermittelt werden, so dass eine erweiterte bewegungskompensierte dreidimensionale Rekonstruktion folgen kann. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass die interessierenden Niedrigkontraststrukturen sich, selbst wenn sie nur schlecht in den Rohbildern zu erkennen sind, ähnlich wie benachbarte (Hochkontraststruktur-)Bereiche bewegen.
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In besonders vorteilhafter Ausführung wird das erfindungsgemäße Verfahren vollautomatisch durchgeführt. Nachdem also die zugrunde liegenden zweidimensionalen Röntgenbilder als Rohbilder aufgenommen worden sind, werden vollautomatisch die Bewegungsfelder ermittelt und erweitert, woraufhin die Rekonstruktion des endgültigen dreidimensionalen Bilddatensatzes unter Berücksichtigung der erweiterten Bewegungsfelder erfolgt.
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Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden, wenn als Hochkontraststruktur insbesondere kontrastmittelgefüllte Blutgefäße und als Niedrigkontraststruktur ein Gefäßverschluss, insbesondere ein CTO, betrachtet werden. Dann kann durch eine bewegungskompensierte Rekonstruktion auch eine Sichtbarmachung weniger stark kontrastierter Bereiche eines Thrombus ermöglicht werden. Auf diese Weise können dreidimensionale Bilddatensätze von CTOs auch am Ort des Eingriffs, an dem beispielsweise nur eine C-Arm-Röntgeneinrichtung vorliegt, erzeugt werden, welche für die Planung und die Navigation während des Eingriffs nützlich sind. Obwohl ähnliche Daten auch vorher durch Computertomographie gewonnen werden könnten, haben die mit einer vor Ort befindlichen Röntgeneinrichtung, insbesondere einem Angiographiesystem, erzeugten 3D-Rekonstruktionen den Vorteil, dass sie automatisch im richtigen Koordinatensystem aufgenommen sind, d. h., ein aufwendiger Registrierprozess entfällt.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren über die Anwendung bei Gefäßverschlüssen im Herzbereich hinaus auch anderweitig vorteilhaft Anwendung finden kann, beispielsweise, wenn Marker oder dergleichen als Hochkontraststrukturen genutzt werden können, um aus deren Bewegungsdaten – das Bewegungsfeld kann beispielsweise auch durch Triangulation oder dergleichen ermittelt werden – Schlussfolgerungen auf die Bewegung umgebender Niedrigkontraststrukturen gezogen werden können.
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In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann zur Erweiterung des Bewegungsfeldes insbesondere auf den gesamten Rekonstruktionsbereich ein Dilatationsalgorithmus verwendet werden. Solche Algorithmen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und werden genutzt, um von nur auf bestimmten Bereichen bekannten Informationen, insbesondere auch vektorwertigen Informationen, auf umgebende Bereiche, zu schließen. Ein solcher Dilatationsalgorithmus kann letztlich beliebig komplex ausgeführt werden, beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Dilatationsalgorithmus auf dem nächstliegenden Punkt des bekannten Bewegungsfeldes basiert, bevorzugt werden jedoch wenigstens zwei nächstliegende Punkte des Bewegungsfeldes gewichtet betrachtet. Auch Entwicklungen in bekannten Bereichen können berücksichtigt werden, beispielsweise Gradienten oder dergleichen. Ein solcher Dilatationsalgorithmus ermöglicht es also, ausgehend von Teilbereichen des gesamten Rekonstruktionsbereichs in deren Umgebung auch die Bewegung kennzeichnende Daten zu erhalten, insbesondere im gesamten vorgesehenen Rekonstruktionsbereich.
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In der vorliegenden Erfindung geht es um Fälle, in denen nur in bestimmten, schlussfolgerbaren Rekonstruktionsbereichen die Niedrigkontraststrukturen vorliegen. Daher ist vorgesehen, dass zunächst manuell und/oder automatisch wenigstens ein Rekonstruktionsbereich bestimmt wird, auf den das Bewegungsfeld erweitert werden soll. Die Erweiterung des Bewegungsfeldes wird also – so dass sie insbesondere schneller und/oder genauer durchführbar ist – auf bestimmte definierbare Rekonstruktionsbereiche beschränkt, die zumindest teilweise manuell, aber auch automatisch gewählt werden können. Erfolgt die Bestimmung der Rekonstruktionsbereiche semiautomatisch, kann vorgesehen sein, dass sie anhand einer Darstellung des Bewegungsfeldes und/oder eines vorläufigen Bilddatensatzes erfolgt. Auch semiautomatische Ausgestaltungen sind hier denkbar, indem beispielsweise durch einen Benutzer lediglich ein Punkt zwischen zwei Bereichen, in denen das Bewegungsfeld bekannt ist, markiert ist, und dann, beispielsweise elliptisch, automatisch der Rekonstruktionsbereich hieraus ermittelt wird.
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Die Bestimmung der Rekonstruktionsbereiche erfolgt insbesondere vollautomatisch anhand eines anatomischen Atlasses, insbesondere im Fall von Blutgefäßen als Hochkontraststrukturen und Gefäßverschlüssen als Niedrigkontraststrukturen im Bereich des Herzens anhand eines Modells des Koronarbaums. Sind es bestimmte Strukturen des menschlichen Körpers, die als Hochkontraststrukturen besonders deutlich sichtbar sind, und sind Teile dieser Strukturen und/oder benachbarte Strukturen als Niedrigkontraststrukturen grundsätzlich nur schlecht in den Bildern sichtbar, kann ein anatomischer Atlas genutzt werden, um die Lage der interessierenden Niedrigkontraststrukturen anhand der bekannten Lage von Hochkontraststrukturen schlusszufolgern und dementsprechend die Rekonstruktionsbereiche zu wählen. Dies ist insbesondere im angesprochenen Fall von Gefäßverschlüssen interessant, worin letztlich ein Teil des Koronarbaums „fehlt”. Dieser Teil kann dann anhand dieser Prüfung gegenüber einem Modell des Koronarbaums aufgefunden und als Rekonstruktionsbereich, in dem das Bewegungsfeld erweitert wird, definiert werden. Dabei kann beispielsweise ein elliptischer Bereich zwischen zwei grundsätzlich zu verbindenden „Enden” der Hochkontraststruktur gewählt werden, der einen dazwischen liegenden Thrombus einschließen dürfte.
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Es ist jedoch auch – wiederum insbesondere im Fall von Blutgefäßen als Hochkontraststrukturen und Gefäßverschlüssen als Niedrigkontraststrukturen im Bereich des Herzens – denkbar, dass die Bestimmung der Rekonstruktionsbereiche insbesondere vollautomatisch anhand eines geometrischen Bildbearbeitungsalgorithmus zur Verbindung disjunkter Strukturen erfolgt. Solche Algorithmen sind bekannt und können – gegebenenfalls auch gänzlich ohne Vorwissen – genutzt werden, um beispiels weise durch Gefäßverschlüsse ausgelöste fehlende Verbindungen im Koronarbaum aufzufinden, welche dann als Rekonstruktionsbereiche zur Erweiterung des Bewegungsfeldes markiert werden können, gegebenenfalls wiederum mit einem Zusatzabstand. Solcherlei Algorithmen lassen sich jedoch auch gut in einem semiautomatischen Verfahren oder in Verbindung mit einem anatomischen Atlas einsetzen.
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Sind Rekonstruktionsbereiche definiert, so kann die Erweiterung des Bewegungsfeldes in den Rekonstruktionsbereichen durch Interpolation erfolgen. Dies ist insbesondere dann wieder vorteilhaft einsetzbar, wenn es um Gefäßverschlüsse geht, bei denen letztlich ermittelbar ist, wo die dem Thrombus benachbarten „Enden” der Hochkontraststruktur liegen. Die Interpolation kann dabei linear erfolgen, wobei beispielsweise geeignete Stützpunkte an den bereits erwähnten „Enden” der Hochkontraststrukturen gewählt werden. Bevorzugt ist es jedoch denkbar, bei der Betrachtung von Blutgefäßen im Bereich des Herzens einen Fit an ein vierdimensionales Herzmodell, welches also auch die Herzbewegungen enthält, vorzunehmen. Das vierdimensionale Herzmodell kann im Übrigen auch dem schon erwähnten Modell des Koronarbaums entsprechen, so dass in verschiedenen Stadien des Verfahrens ein- und dasselbe Modell Verwendung finden kann.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Röntgeneinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise eine C-Arm-Röntgeneinrichtung sein, welche einen C-Arm mit einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsdetektor umfasst. Dieser ist insbesondere drehbar bevorzugt um eine isozentrische Achse gelagert, so dass mittels der Strahlungsquelle und des Strahlungsdetektors Rohbilder eines etwa im Isozentrum gelagerten Objekts unter verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommen werden können. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die zur Erzeugung des bewegungskompensierten dreidimensionalen Bilddatensatzes des Objekts anhand der aufgenommenen Rohbilder ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung kann dabei zusätzlich noch eine Messvorrichtung umfassen, mit der der Herzzyklus und/oder der Atmenzyklus, je nachdem, was benötigt wird, gemessen werden kann. Dabei kann ein Zeitpunkt innerhalb des Herz- bzw. Atemzyklus immer den Rohbildern zugeordnet werden, um im Sinne des eingangs genannten Verfahrens eine Zuordnung zu Rekonstruktionsgruppen und die Erzeugung von vorläufigen Bilddatensätzen zu bestimmten Zeitpunkten des Bewegungszyklus zu ermöglichen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung, und
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2 bis 5 Illustrationen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 1, hier eine 3D-Rotationsangiographieeinrichtung, mit der ein zu untersuchendes Objekt, hier ein Patient 2, aufgenommen werden soll. Die Röntgeneinrichtung 1 umfasst eine Aufnahmeeinheit 3 mit einer Strahlungsquelle 4 und einem Strahlungsdetektor 5, die sich gegenüberliegend an den Enden eines C-Arms 6 angeordnet sind. Der C-Arm 6 ist wiederum etwa mittig an einem Stativ 7 um eine isozentrische Achse 8 drehbar gelagert, wobei selbstverständlich auch andere Bewegungsmöglichkeiten des C-Arms 6 möglich sind, um die isozentrische Achse anders zu definieren. Durch Drehung des C-Arms 6 ändert sich die Richtung eines von der Strahlungsquelle 4 ausgesandten Zentralstrahls 9, also die Projektionsrichtung, so dass zweidimensionale Röntgenbilder, im Folgenden Rohbilder, unter verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommen werden. Auf diese Weise wird ein interessierender Bereich des Patienten 2, vorliegend der Bereich des Herzens, aufgenommen.
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Die Röntgeneinrichtung 1 umfasst ferner einen Patiententisch 10 mit einer Patientenlagerungsplatte 11, auf welcher der Patient 2 während einer Untersuchung gelagert werden kann. Ferner ist eine EKG-Einheit 12 mit einer Anzahl von EKG-Sensoren 13 zur Aufnahme eines Elektrokardiogramms (EKG) vorgesehen. Es wird also der Herzzyklus des Patienten 2 gemessen.
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Schließlich umfasst die Röntgeneinrichtung 1 eine Steuereinrichtung 14, welche eine Recheneinrichtung 15 mit einer Auswerteeinheit 16 zur Auswertung der Rohbilder und zur insbesondere bewegungskompensierten Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes umfasst. Weiterhin sind Ein-/Ausgabemittel 17 vorgesehen.
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Die Steuereinrichtung 14 ist nun zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, das bedeutet, es ist mit ihr eine bewegungskompensierte Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus Rohbildern möglich, die eine Bewegungskorrektur auch für Niedrigkontraststrukturen erlaubt, indem ein die Verschiebung von Punkten der Hochkontraststruktur zwischen zwei Zeitpunkten des Herzzyklus beschreibendes Bewegungsfeld auf einen die Niedrigkontraststruktur umfassenden Rekonstruktionsbereich erweitert wird.
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Die Bewegungsfelder – im Allgemeinen werden es mehrere sein – können dabei beispielsweise mit dem in der Eingangs bereits zitierten
DE 10 2004 048 209 B3 beschriebenen Verfahren ermittelt werden, dementsprechend sei diesbezüglich auf die dortigen Ausführungen verwiesen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren setzt an, wenn die Bewegungsfelder bereits ermittelt sind. Dies soll am Beispiel eines chronischen totalen Gefäßverschlusses (CTO) im Koronarbaum des Herzens anhand der 2–5 näher erläutert werden. Dabei zeigt 2 schematisch kontrastmittelgefüllte Blutgefäße 18 des koronaren Gefäßbaums 19, die eine Hochkontraststruktur darstellen, in den Rohbildern und den vorläufigen dreidimensionalen Bilddatensätzen also deutlich zu erkennen sind. Der bei 20 angedeutete CTO ist jedoch eine Niedrigkontraststruktur, so dass an diesen Stellen kein Bewegungsfeld ermittelt werden kann.
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3 zeigt nun den Fall, dass für die Hochkontraststruktur bereits ein durch die Pfeile 21 symbolisiertes Bewegungsfeld ermittelt wurde. Ersichtlich weist dieses an der Stelle des CTO 20 eine Lücke auf. Das erfindungsgemäße Verfahren zielt nun dahin, dass die dort befindlichen Niedrigkontraststrukturen dennoch bewegungskompensiert rekonstruiert werden können, indem das Bewegungsfeld wenigstens dorthin erweitert wird.
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Dazu ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, zunächst einen Rekonstruktionsbereich 22 zu definieren, in dem diese Erweiterung erfolgen soll. Der Rekonstruktionsbereich 20 umfasst demnach die Niedrigkontraststruktur, den CTO 20. Während es grundsätzlich auch möglich ist, diese Bestimmung manuell oder semiautomatisch durch Darstellung des Bewegungsfeldes und/der eines Bildes bzw. Bilddatensatzes unter Mitwirkung des Benutzers festzulegen, geschieht dies im vorliegenden Ausführungsbeispiel automatisch unter Hinzunahme eines Modells des Koronarbaums. Durch Vergleich mit diesem Modell ist es möglich, vollkommen automatisch die durch den CTO 20 in den Bildern entstandene Lücke festzustellen und einen entsprechenden Rekonstruktionsbereich 22 festzulegen, was hier in Form eines Ellipsoiden geschehen ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche automatische Bestimmung der Rekonstruktionsbereiche auch mittels eines geometrischen Bildverarbeitungsalgorithmus zur Verbindung disjunkter Strukturen realisiert werden kann.
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Die Erweiterung des Bewegungsfeldes erfolgt vorliegend, wie durch 4 angedeutet, durch Interpolation. Die Erweiterung des Bewegungsfeldes wird dabei durch die Pfeile 23 angedeutet. Die Interpolation kann zwar grundsätzlich linear erfolgen, vorliegend ist jedoch vorgesehen, dass ein Fit an ein vierdimensionales Herzmodell, welches folglich auch die Bewegungsabläufe beschreibt, erfolgt.
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Ergebnis ist, vgl. 5, ein erweitertes Bewegungsfeld, das auch die Bereiche der Niedrigkontraststruktur, also des CTO 20, abdeckt. Dieses erweiterte Bewegungsfeld wird nun zur Rekonstruktion des endgültigen dreidimensionalen Bilddatensatzes genutzt, so dass auch die Niedrigkontraststruktur in hervorragender Qualität dargestellt werden kann.
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Es sei schließlich noch darauf hingewiesen, dass – insbesondere, wenn das Bewegungsfeld auf das gesamte Rekonstruktionsgebiet erweitert werden soll, auch Dilatationsalgorithmen im erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden können. Dabei werden häufig wenigstens zwei, aber auch mehr Punkte betrachtet, die dem aufzufüllenden Voxel benachbart sind und ein Bewegungsfeld beinhalten. Diese Punkte können dann gegebenenfalls nach ihrem Abstand gewichtet berücksichtigt werden, um das Bewegungsfeld zu erweitern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgeneinrichtung
- 2
- Patient
- 3
- Aufnahmeeinheit
- 4
- Strahlungsquelle
- 5
- Strahlungsdetektor
- 6
- C-Arm
- 7
- Stativ
- 8
- Achse
- 9
- Zentralstrahl
- 10
- Patiententisch
- 11
- Patientenlagerungsplatte
- 12
- EKG-Einheit
- 13
- EKG-Sensor
- 14
- Steuereinrichtung
- 15
- Recheneinrichtung
- 16
- Auswerteeinheit
- 17
- Ein-/Ausgabemittel
- 18
- Blutgefäß
- 19
- Gefäßbaum
- 20
- CTO
- 21
- Pfeil
- 22
- Rekonstruktionsbereich
- 23
- Pfeil