DE102010013498B4 - Verfahren zum Ermitteln von dreidimensionalen Volumendaten, Bildgebungsvorrichtung und Datenträger - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Ermitteln von 3D-Volumendaten (61) eines Untersuchungsobjekts (P) aus einer Mehrzahl von Sätzen von 1D- oder 2D-Bilddaten des Untersuchungsobjektes, umfassend: – Rekonstruieren der 3D-Volumendaten (61) aus der Mehrzahl von Sätzen von 1D- oder 2D-Bilddaten, wobei die 3D-Volumendaten (61) abhängig von einer Mehrzahl von Projektionsparametersätzen rekonstruiert werden, wobei jeder Projektionsparametersatz einem Satz von Bilddaten zugeordnet ist und angibt, in welche Pixel-Koordinaten des Satzes von Bilddaten Voxel-Koordinaten von Voxeln eines Messraums abgebildet werden, wobei für wenigstens einen sich bewegenden Abschnitt (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) Lagedaten, die für eine Mehrzahl von Erfassungszeiten der Bilddaten eine Position und/oder eine Orientierung des wenigstens einen Abschnitts (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) angeben, bestimmt werden, und das Rekonstruieren der 3D-Volumendaten (61) aus der Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten in Abhängigkeit von sowohl der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen als auch den Lagedaten durchgeführt wird, wobei abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und den Lagedaten eine Mehrzahl von modifizierten Projektionsparametersätzen ermittelt wird, wobei das Rekonstruieren der 3D-Volumendaten (61) abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen durchgeführt wird dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil (62) der Voxel der 3D-Volumendaten (61) abhängig von den ermittelten modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert wird, wobei dieser Teil (62) der Voxel abhängig davon festgelegt wird, in welchem Raumbereich sich der sich bewegende Abschnitt (63) des Untersuchungsobjekts bewegt, und dass ein weiterer Teil (64) der Voxel der 3D-Volumendaten (61) abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten rekonstruiert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von 3D-Volumendaten und eine Bildgebungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung, bei dem bzw. bei der dreidimensionale (3D) Volumendaten aus einer Mehrzahl von Sätzen von 1D-Bilddaten oder 2D-Bilddaten rekonstruiert werden.
• Derartige Verfahren und Vorrichtungen finden beispielsweise in der medizinischen Bildgebung Anwendung. Die dreidimensionale Bildgebung ist in den letzten Jahrzehnten zu einem wichtigen Instrument in der medizinischen Anwendung geworden. Dreidimensionale Bildgebung, die vor oder während einer Therapie durchgeführt wird, kann die Durchführung einer Therapie erleichtern. So können beispielsweise während einer Behandlung mit einem Therapieinstrument, z. B. einem Endoskop oder Arthroskop, mit einer Aufnahmemodalität wie 3D-Röntgen, 3D-Computertomographie (CT), Magnetresonanz oder Ultraschall, 3D-Volumendaten gewonnen werden, um eine Position und Orientierung eines schneidenden bzw. resezierenden Instruments in einer Therapiesitzung relativ zu einem Organ oder Gefäß zu ermitteln.
• Zur Erzeugung von 3D-Datensätzen werden häufig mehrere Sätze von 1D-Bilddaten von einer Detektorzeile oder mehrere Sätze von 2D-Bilddaten mit einem flächenhaften Detektor erfasst. Aus den Sätzen von Bilddaten werden 3D-Volumendaten des Untersuchungsobjekts rekonstruiert. Die mehreren Sätze von Bilddaten werden typischerweise zeitsequentiell erfasst, wobei die Detektoren und/oder Quelle der Strahlung, beispielsweise eine Röntgenquelle, im Raum bewegt werden. Beispiele für eine derartige Datenerfassung beinhalten so genannte C-Arm-Systeme, bei denen die Röntgenquelle und eine flächenhafte Detektoranordnung entlang eines Kreisbogens um das Untersuchungsobjekt bewegt werden. Andere Beispiele beinhalten Systeme, bei denen komplexere Bewegungsbahnen der Detektoranordnung und/oder der Röntgenquelle vorgesehen sind, beispielsweise spiralförmige Bewegungsbahnen. Häufig werden mehrere zehn, beispielsweise zwischen 40 und 1000 Sätze von 2D-Bilddaten erfasst, aus denen 3D-Volumendaten rekonstruiert werden. Verschiedene Methoden zur Rekonstruktion sind in der Technik bekannt. Beispiele beinhalten die so genannte gefilterte Rückprojektion („Filtered Backprojection”, FBP), und die iterative oder algebraische Rekonstruktion („Algebraic Reconstruction Technique”, ART). Bei diesen Methoden erfolgt eine 3D-Rekonstruktion des Untersuchungsobjekts basierend auf Kenntnissen darüber, in welches Pixel eines Satzes von 2D-Bilddaten ein gegebenes Volumenelement bzw. Voxel abgebildet wird. Bei zahlreichen Aufnahmeverfahren, beispielsweise bei 3D-Röntgenverfahren, können derartige Abbildungsverhältnisse effizient durch Projektionsmatrizen beschrieben werden. Aus den Projektionsmatrizen kann ermittelt werden, wie sich die Koordinaten jedes Voxels im Volumen in 2D-Bildkoordinaten ausdrücken. Die Projektionsmatrizen können durch Kalibrierung oder rechnerisch ermittelt und fest in der Bildgebungsvorrichtung implementiert sein. Details zur Rekonstruktion von 3D-Volumendaten sind beispielsweise in der DE 198 58 306 A1 beschrieben.
• Bei den oben beschriebenen Verfahren zur 3D-Rekonstruktion erfolgt die Rekonstruktion aus mehreren zeitsequentiell erfassten Sätzen von Bilddaten. Falls sich das Untersuchungsobjekt oder ein Abschnitt des Untersuchungsobjekts in einem Laborsystem zwischen den Erfassungszeiten, zu denen die unterschiedlichen Sätze von Bilddaten erfasst werden, bewegt, kann dies zu Artefakten oder Unschärfen in den rekonstruierten 3D-Volumendaten führen. Derartige Bewegungen von Abschnitten des Untersuchungsobjekts können beispielsweise bei Weichteilaufnahmen im Brust- oder Bauchraum auftreten. Ursachen für die Bewegung eines Abschnitts des Untersuchungsobjekts, beispielsweise eines Organs, können Atemverschiebung, Herzbewegung, Peristaltik oder die Verschiebung des Abschnitts durch ein therapeutisches oder diagnostisches Instrument sein.
• Die DE 10 2004 004 603 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Bildgebungseinrichtung zur Kompensation von Patientenbewegungen. Dabei werden anhand eines Vergleichs von 2D-Bilddaten mit einer 3D-Rekonstruktion Patientenbewegungen erfasst, und Verhältnisse des Bildgebungssystems werden abhängig von den Patientenbewegungen beeinflusst. Dadurch können Sätze von Bilddaten erzeugt werden, bei denen die Position des Patienten relativ zu dem Bildgebungssystem wenigstens näherungsweise vorgegebenen Relativpositionen entspricht und Artefakte entsprechend verringert werden.
• Die DE 102 06 190 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Volumendatensatzes. Dabei wird eine Referenzierungsbasis an dem Objekt angeordnet, deren Position und Orientierung mit einem Positionserfassungssystem erfasst werden. Dadurch wird eine Lage des Objekts als Ganzes verfolgt. Ein Volumendatensatz wird unter Berücksichtigung von ermittelten Abweichungen der Referenzierungsbasis erzeugt, wobei jeweils die ermittelte Lage des Objekts berücksichtigt wird.
• Die DE 10 2005 027 963 B3 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem mit lokaler Tomographie unvollständige 3D-Bilder rekonstruiert werden, um Bewegungsfelder zu ermitteln. Dabei kann die lokale Tomographie beispielsweise EKG-getriggert vorgenommen werden. Die ermittelten Bewegungsfelder werden für eine Bewegungskorrektur bei einer Rekonstruktion des 3D-Bilddatensatzes verwendet.
• Ein weiterer Ansatz zur Bewegungskompensation kann auf einer Prädiktion von Bewegungen, beispielsweise durch Extrapolation bereits erfasster Daten, beruhen. In manchen Fällen, beispielsweise bei der Verschiebung eines Organs durch ein diagnostisches oder therapeutisches Instrument, kann eine derartige prädiktive Aussage nur schwer oder unmöglich zu erhalten sein.
• Ein weiterer Ansatz zur Bewegungskompensation kann auf der bewegungsabhängigen Manipulation der erfassten 1D- oder 2D-Bilddaten beruhen. Beispielsweise können die erfassten Bilddaten einer Transformation, z. B. einer Translation oder Rotation unterzogen werden, bevor eine Rekonstruktion von 3D-Volumendaten aus den transformierten Bilddaten durchgeführt wird. Die Ermittlung der korrekten Transformationen, denen die Bilddaten zunächst unterzogen werden, kann jedoch eine Herausforderung darstellen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der Artefakte in rekonstruierten 3D-Volumendaten verringert werden können. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das bzw. die eine zuverlässige Rekonstruktion der 3D-Volumendaten auch dann erlaubt, wenn keine Apriori-Kenntnisse über die Bewegung des Untersuchungsobjekts oder eines Abschnitts des Untersuchungsobjekts vorliegen.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren, ein Datenträger und eine Bildgebungsvorrichtung angegeben, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
• Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln von 3D-Volumendaten eines Untersuchungsobjekts werden 3D-Volumendaten aus einer Mehrzahl von Sätzen von 1D- oder 2D-Bilddaten abhängig von einer Mehrzahl von Projektionsparametersätzen rekonstruiert. Jeder Projektionsparametersatz ist einem Satz von Bilddaten zugeordnet und gibt an, in welche Pixel-Koordinaten des Satzes von Bilddaten Voxel-Koordinaten von Voxeln eines Messraums abgebildet werden. Für wenigstens einen sich bewegenden Abschnitt des Untersuchungsobjekts werden Lagedaten bestimmt, die für eine Mehrzahl von Erfassungszeiten der Bilddaten eine Position und/oder eine Orientierung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts angeben. Das Rekonstruieren der 3D-Volumendaten aus der Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten wird in Abhängigkeit von sowohl der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen als auch den Lagedaten durchgeführt.
• Bei dem Verfahren beruht die Rekonstruktion neben den Projektionsparametersätzen auch auf den bestimmten Lagedaten. Dadurch kann eine Änderung der Position und/oder Orientierung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden. Unschärfen oder Artefakte, die durch die Bewegung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts verursacht werden, können so in den rekonstruierten 3D-Volumendaten verringert werden.
• Bei dem sich bewegenden Abschnitt des Untersuchungsobjekts kann es sich beispielsweise um ein Organ handeln, dessen Position und/oder Orientierung sich aufgrund von Atembewegungen, Herzschlag, einer Manipulation durch ein Diagnose- oder Therapiegerät oder dergleichen ändert. Der Abschnitt kann auch das gesamte Untersuchungsobjekt sein. Eine Änderung des gesamten Untersuchungsobjekts im Messraum kann beispielsweise durch ein gezieltes oder versehentliches Verstellen eines Patiententisches hervorgerufen werden.
• Wenn der Abschnitt des Untersuchungsobjekts eine räumliche Ausdehnung hat, wird unter einer Änderung der Position eine Änderung der räumlichen Koordinaten eines vorgegebenen Punktes, beispielsweise des Volumenmittelpunktes, des Abschnitts verstanden. Unter einer Änderung der Orientierung wird eine Drehung des Richtungsvektors von einem ersten Punkt des Abschnitts zu einem zweiten Punkt des Abschnitts, die während der Bewegung des Abschnitts einen im Wesentlichen konstanten Abstand voneinander aufweisen, verstanden.
• Bei dem Verfahren können die Sätze von Bilddaten, aus denen die 3D-Volumendaten rekonstruiert werden, unverändert bleiben. Die Bewegung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts kann durch die Verwendung der Lagedaten im Rekonstruktionsvorgang selbst berücksichtigt werden.
• Bei dem Verfahren wird abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und den Lagedaten eine Mehrzahl von modifizierten Projektionsparametersätzen ermittelt werden. Das Rekonstruieren der 3D-Volumendaten wird dann abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen durchgeführt. Dadurch lassen sich die Lagedaten einfach in bestehende Rekonstruktionsalgorithmen integrieren. Die Rekonstruktion kann abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen erfolgen, die basierend auf den Lagedaten erzeugt wurden, wobei auf die bekannten Rekonstruktionsmethoden zurückgegriffen werden kann. Beispielsweise kann die Rekonstruktion durch eine gefilterte Rückprojektion („Filtered Backprojection”, FBP), z. B. mit einem Shepp-Logan-Filter, oder mit einem anderen Rekonstruktionsverfahren, z. B. der iterativen oder algebraischen Rekonstruktion, durchgeführt werden.
• Bei dem Verfahren können die modifizierten Projektionsparametersätze so erzeugt werden, dass für wenigstens einen Satz von Bilddaten, insbesondere für jeden Satz von Bilddaten, der modifizierte Projektionsparametersatz angibt, in welche Pixelkoordinaten des Satzes von Bilddaten die Voxel des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts abgebildet werden. Während die nicht modifizierten Projektionsparametersätze die Abbildung von Voxel-Koordinaten eines ortsfesten Voxels im Messraum in Pixelkoordinaten der Bilddaten angeben, berücksichtigen die so modifizierten Projektionsparametersätze die zum Zeitpunkt der jeweiligen Datenerfassung bestehende Verschiebung und/oder Drehung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts gegenüber einer Referenzlage.
• Bei dem Verfahren können für wenigstens einen Satz von Bilddaten, insbesondere für jeden Satz von Bilddaten, die Projektionsparameter Matrixelemente einer Projektionsmatrix repräsentieren. Zum Ermitteln des dem Satz von Bilddaten zugeordneten modifizierten Projektionsparametersatzes können Matrixelemente eines Matrixprodukts der Projektionsmatrix und einer weiteren Matrix, die eine Verschiebung und/oder Rotation des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts relativ zu einer Referenzlage des wenigstens einen Abschnitts definiert, bestimmt werden. Die so bestimmten modifizierten Projektionsparametersätze berücksichtigen die zum Zeitpunkt der jeweiligen Datenerfassung bestehende Verschiebung und/oder Drehung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts gegenüber der Referenzlage. Unschärfen oder Artefakte bei der 3D-Rekonstruktion werden so verringert. Die modifizierten Projektionsparametersätze können in herkömmlichen Rekonstruktionsalgorithmen verwendet werden.
• Wenn die einem Satz i von Bilddaten zugeordneten Projektionsparameter Elemente einer Projektionsmatrix M_i sind, können die modifizierten Projektionsparameter für den Satz i von Bilddaten als Matrixelemente von M_i = M_i·K_i (1) bestimmt werden. Dabei bezeichnet K_i die weitere Matrix, die eine Verschiebung und/oder Rotation des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts relativ zu der Referenzlage des wenigstens einen Abschnitts definiert. Die weitere Matrix K_i kann so definiert sein, dass das Produkt von K_i mit dem Ortsvektor eines Punkts des Abschnitts in der Referenzlage des Untersuchungsobjekts gleich dem Ortsvektor dieses Punkts zum Zeitpunkt der Datenerfassung für den Satz i von Bilddaten ist. Bei Verwendung homogener Koordinaten kann K_i als 4×4-Matrix dargestellt werden. Die Matrix K_i kann in homogenen Koordinaten die Form

  

  aufweisen. In den Matrixelementen R1_i–R9_i und T1_i–T3_i können eine Rotation bzw. Verschiebung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts berücksichtigt werden. Darüber hinaus können auch Verformungen, beispielsweise Scherungen, oder Kontraktionen bzw. Ausdehnungen des Abschnitts, die einer Skalierung entlang den Raumrichtungen entsprechen, mit der weiteren Matrix K_i berücksichtigt werden.
• Bei dem Verfahren wird nur ein Teil der Voxel der 3D-Volumendaten abhängig von den ermittelten modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert. Dieser Teil der Voxel wird abhängig davon festgelegt, in welchem Raumbereich sich der sich bewegende Abschnitt des Untersuchungsobjekts bewegt. Dies erlaubt es, die Rekonstruktion für bewegte und nicht bewegte Abschnitte des Untersuchungsobjekts unterschiedlich durchzuführen und Unschärfen bei der Rekonstruktion von nicht bewegten Abschnitten des Untersuchungsobjekts zu vermeiden.
• Der Teil der Voxel, der abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert wird, kann abhängig von wenigstens einer Lage des Abschnitts des Untersuchungsobjekts bestimmt werden. Der Teil der Voxel kann beispielsweise so gewählt werden, dass bei einer Rekonstruktion der 3D-Volumendaten abhängig von den nicht modifizierten Projektionsparametersätzen der sich bewegende Abschnitt des Untersuchungsobjekts in dem Teilvolumen angeordnet ist, das abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert wird. Ein geometrischer Körper, beispielsweise ein Quader oder ein Ellipsoid, kann den Teil der Voxel der 3D-Volumendaten definieren, der abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert wird. Dadurch kann eine Bewegungsunschärfe selektiv in dem Bereich der 3D-Volumendaten verringert werden, in dem die Bewegungsunschärfe normalerweise auftreten würde.
• Bei dem Verfahren kann eine erste Rekonstruktion der 3D-Volumendaten abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten durchgeführt werden. Abhängig von den dabei ermittelten 3D-Volumendaten kann der Teil der Voxel ermittelt werden, für den die Rekonstruktion anschließend abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen erfolgt. Bei einer Ausführungsform kann eine Objektsegmentierung in den zunächst rekonstruierten 3D-Volumendaten durchgeführt werden, um den Teil der Voxel zu bestimmen, für den die Rekonstruktion anschließend abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen erfolgt. Die erste 3D-Rekonstruktion liefert eine zuverlässige Abschätzung dafür, in welchem Bereich der 3D-Volumendaten die Bewegungsunschärfe verringert werden soll.
• Ein weiterer Teil der Voxel der 3D-Volumendaten wird abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten rekonstruiert. Insbesondere für unbewegte Abschnitte des Untersuchungsobjekts kann die Rekonstruktion abhängig von den nicht modifizierten Projektionsparametersätzen erfolgen.
• Eine Messeinrichtung kann die Lagedaten während einer Erfassung der Bilddaten erfassen. Die Messeinrichtung kann separat von einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Bilddaten vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Messeinrichtung die Lagedaten unabhängig von der Erfassung der Bilddaten ermitteln.
• Die Messeinrichtung kann die Lagedaten unter Verwendung von Wellen, insbesondere elektromagnetischen, optischen oder akustischen Wellen, erfassen. Beispielsweise kann die Messeinrichtung eine Ultraschalleinrichtung umfassen, mit der die Lage eines Organs überwacht wird. Die Messeinrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Sender und/oder einen oder mehrere Mikrosensoren für elektromagnetische Felder umfassen, mit denen die Position und/oder Orientierung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts erfasst wird. Die Messeinrichtung kann auch ein oder mehrere Kameras umfassen, mit denen die Position eines nach außen sichtbar am Untersuchungsobjekt angebrachten Elements überwacht wird.
• Die Messeinrichtung kann eine Position wenigstens eines anatomischen Markers an dem wenigstens einen Abschnitt des Untersuchungsobjekts als Funktion der Zeit erfassen, um die Lagedaten zu ermitteln. Beispiele für derartige anatomische Marker sind Gefäßverzweigungen.
• Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung eine Position wenigstens eines nicht-anatomischen Elements in oder an dem Abschnitt des Untersuchungsobjekts als Funktion der Zeit erfassen, um die Lagedaten zu ermitteln. Beispiele für derartige nicht-anatomische Elemente beinhalten Elemente, die nicht-invasiv an dem Abschnitt des Untersuchungsobjekts platziert werden können. Hierzu gehören beispielsweise Mikrosensoren und Sonden, die von einem Patienten geschluckt werden können.
• Weitere Beispiele für derartige nicht-anatomische Elemente beinhalten Implantate, Stents oder Clips, die im Körper eines Patienten vorhanden sind. Noch weitere Beispiele für nicht-anatomische Elemente, deren Position von der Messeinrichtung überwacht werden kann, beinhalten Mikrosensoren oder Mikrosender, die an dem Abschnitt des Untersuchungsobjekts vorgesehen sind. Das Einbringen des nicht-anatomischen Elements in den Körper stellt keinen Verfahrensschritt des Verfahrens nach den Ausführungsformen der Erfindung dar.
• Weitere Beispiele für derartige nicht-anatomische Elemente beinhalten Sensoren oder Sender, die an einem therapeutischen oder diagnostischen Gerät, beispielsweise einem Katheter oder Endoskop, angebracht sind. Das Einbringen des therapeutischen oder diagnostischen Geräts in den Körper stellt keinen Verfahrensschritt des Verfahrens nach den Ausführungsformen der Erfindung dar.
• Bei dem Verfahren können die Lagedaten auch rechnerisch abhängig von den Bilddaten ermittelt werden. Beispielsweise können mehrere Untergruppen der Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten gebildet werden, die ausgewertet werden, um die Position und/oder Orientierung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts für mehrere Zeiten zu ermitteln. Die Positionsänderung eines Markers, beispielsweise eines anatomischen Markers oder eines Stents, Clips oder Implantats, kann anhand der Signatur in den Sätzen von Bilddaten verfolgt werden. Eine oder mehrere erste 3D-Rekonstruktionen, die basierend auf den Projektionsparametersätzen und unabhängig von Lagedaten durchgeführt werden, können zum Ermitteln der Lagedaten eingesetzt werden. Dies erlaubt eine Verbesserung der anschließend abhängig von den Lagedaten durchgeführten 3D-Rekonstruktion, ohne dass eine separate Messeinrichtung zum Ermitteln der Lagedaten vorgesehen werden muss.
• Das Untersuchungsobjekt kann in einem Laborsystem zwischen der Erfassung von wenigstens zwei Sätzen von Bilddaten bewegt werden. Dies erlaubt eine größere Flexibilität bei der Datenerfassung. Die aus der Verschiebung des gesamten Untersuchungsobjekts resultierende Verschiebung in den Sätzen von Bilddaten kann durch die 3D-Rekonstruktion abhängig von den Lagedaten wenigstens teilweise kompensiert werden.
• Eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten kann in dem Laborsystem zwischen einer Mehrzahl von Stellungen verstellt werden. Das Untersuchungsobjekt kann abhängig von der Stellung der Erfassungseinrichtung in dem Laborsystem bewegt werden. Durch eine gezielte Bewegung des Untersuchungsobjekts kann die Erfassung der Bilddaten so erfolgen, dass im Vergleich zu einem ruhenden Untersuchungsobjekt ein größerer Anteil von Pixel der Bilddaten Strahlen erfassen, die durch das Untersuchungsobjekt propagieren. Falls für eine erste Stellung der Erfassungseinrichtung eine Abmessung des Patienten in einer Richtung senkrecht zu einer Strahlrichtung bzw. senkrecht zu einem Mittelstrahl eines Strahlenkegels einen ersten Wert aufweist, und für eine zweite Stellung der Erfassungseinrichtung eine Abmessung des Patienten in einer Richtung senkrecht zu einer Strahlrichtung bzw. senkrecht zu einem Mittelstrahl eines Strahlenkegels einen zweiten Wert aufweist, der kleiner als der erste Wert ist, kann das Untersuchungsobjekt derart bewegt werden, dass es für die erste Stellung der Erfassungseinrichtung einen größeren Abstand zu einer Strahlungsquelle aufweist als für die zweite Stellung der Erfassungseinrichtung. Auf diese Weise kann der Anteil von für die 3D-Rekonstruktion nutzbaren Pixeln der Bilddaten erhöht werden.
• Die Bilddaten können mit einem Röntgen-Flächendetektor erfasst werden. Auf diese Weise können Bewegungsunschärfen bei 3D-Räntgenbildgebung verringert werden.
• Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Datenträger angegeben, auf dem ein eine Befehlsfolge umfassendes Computerprogramm gespeichert ist, das bei Ausführung durch einen Prozessor einer Bildgebungsvorrichtung die Bildgebungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel der Erfindung veranlasst. Der Datenträger kann beispielsweise eine CD-ROM, eine DVD, ein Magnetband, ein Flash-Speicher oder ein USB-Stick sein, auf welchem das Computerprogramm als elektronisch lesbare Steuerinformationen gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und von einer Recheneinrichtung einer Bildgebungsvorrichtung ausgeführt werden, kann das Verfahren nach den verschiedenen Aspekten oder Ausführungsformen von der Bildgebungsvorrichtung automatisch durchgeführt werden.
• Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Bildgebungsvorrichtung angegeben, die eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Mehrzahl von Sätzen von 1D- oder 2D-Bilddaten eines Untersuchungsobjekts und eine Speichereinrichtung zum Speichern einer Mehrzahl von Projektionsparametersätzen umfasst. Jeder Projektionsparametersatz ist einem Satz von Bilddaten zugeordnet und gibt an, in welche Pixelkoordinaten des Satzes von Bilddaten Voxelkoordinaten von Voxeln eines Messraums abgebildet werden. Die Bildgebungsvorrichtung umfasst weiterhin eine Recheneinrichtung, die mit der Erfassungseinrichtung und der Speichereinrichtung gekoppelt und eingerichtet ist, um 3D-Volumendaten aus der Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen zu rekonstruieren. Die Recheneinrichtung ist eingerichtet, um die Rekonstruktion der 3D-Volumendaten weiterhin in Abhängigkeit von Lagedaten, die für eine Mehrzahl von Erfassungszeiten der Bilddaten eine Position und/oder eine Orientierung wenigstens eines sich bewegenden Abschnitts des Untersuchungsobjekts angeben, durchzuführen.
• Da die Rekonstruktion neben den Projektionsparametersätzen auch abhängig von den Lagedaten durchgeführt wird, kann eine Änderung der Position und/oder Orientierung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden. Unschärfen oder Artefakte, die durch die Bewegung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts verursacht werden, können so in den rekonstruierten 3D-Volumendaten verringert werden.
• Die Recheneinrichtung ist eingerichtet, um abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und den Lagedaten eine Mehrzahl von modifizierten Projektionsparametersätzen zu ermitteln und die 3D-Volumendaten aus den Sätzen von Bilddaten abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen zu rekonstruieren. Dadurch lassen sich die Lagedaten in bestehende Rekonstruktionsalgorithmen integrieren. Die Recheneinrichtung ist eingerichtet, um nur einen Teil der Voxel der 3D-Volumendaten abhängig von den ermittelten modifizierten Projektionsparametersätzen zu rekonstruieren und um diesen Teil der Voxel abhängig davon festzulegen, in welchem Raumbereich sich der sich bewegende Abschnitt des Untersuchungsobjekts bewegt. Die Recheneinrichtung ist auch eingerichtet, um einen weiteren Teil der Voxel der 3D-Volumendaten abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten zu rekonstruieren
• Die Recheneinrichtung kann eingerichtet sein, um die modifizierten Projektionsparametersätze so zu erzeugen, dass für wenigstens einen Satz von Bilddaten, insbesondere für jeden Satz von Bilddaten, der modifizierte Projektionsparametersatz angibt, in welche Pixelkoordinaten des Satzes von Bilddaten Voxel des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts abgebildet werden. Die so modifizierten Projektionsparametersätze berücksichtigen die zum Zeitpunkt der jeweiligen Datenerfassung bestehende Verschiebung und/oder Drehung des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts relativ zu einer Referenzlage.
• Die Recheneinrichtung kann eingerichtet sein, um für wenigstens einen Satz von Bilddaten, insbesondere für jeden Satz von Bilddaten, zum Ermitteln des modifizierten Projektionsparametersatzes Matrixelemente eines Matrixprodukts einer Projektionsmatrix und einer weiteren Matrix, die eine Verschiebung und/oder Rotation des wenigstens einen Abschnitts des Untersuchungsobjekts relativ zu einer Referenzlage des wenigstens einen Abschnitts definiert, zu bestimmen.
• Die Bildgebungsvorrichtung kann eine von der Erfassungseinrichtung verschiedene Messeinrichtung umfassen, die eingerichtet ist, um die Lagedaten zu ermitteln. Die Messeinrichtung kann beispielsweise die verschiedenen unter Bezugnahme auf Ausführungsformen des Verfahrens beschriebenen Ausgestaltungen aufweisen.
• Die Bildgebungsvorrichtung kann einen flächenhaften Röntgendetektor zum Erfassen der Bilddaten aufweisen.
• Die Bildgebungsvorrichtung kann zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Aspekte oder einer der Ausführungsformen der Erfindung eingerichtet sein.
• Die Erfindung ist für eine 3D-Bildgebung an Untersuchungsobjekten mit bewegten Abschnitten, insbesondere in der medizinischen Bildgebung, geeignet, ohne auf diese Anwendungen beschränkt zu sein.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert.
• 1 ist eine schematische Darstellung einer Bildgebungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
• 2 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Untersuchungsobjekts zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels.
• 3 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Untersuchungsobjekts zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels.
• 4 ist eine schematische Darstellung des Abschnitts eines Untersuchungsobjekts von 3 zu einem weiteren Zeitpunkt.
• 5 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
• 6 ist eine schematische Darstellung von rekonstruierten 3D-Volumendaten zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels.
• 7 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
• 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 3D-Röntgenbildgebung beschrieben. Die Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen der Erfindung können jedoch ebenso auf anderen Gebieten, bei denen eine Rekonstruktion von 3D-Volumendaten aus mehreren Sätzen von 1D-Bilddaten oder 2D-Bilddaten erfolgt, angewendet werden. Während die Bildgebungsvorrichtungen nach Ausführungsbeispielen eingerichtet sind, um für eine graphische Darstellung geeignete 3D-Volumendaten zu ermitteln, impliziert der Begriff der Bildgebungsvorrichtung nicht, dass eine bildliche Ausgabe erfolgen muss.
• 1 ist eine schematische Darstellung einer Bildgebungsvorrichtung 1 nach einem Ausführungsbeispiel. Die Bildgebungsvorrichtung 1 umfasst ein C-Arm-Gerät 2, eine Auswerte- und Steuereinheit 11 und eine Messeinrichtung 15. Das C-Arm-Gerät 2 weist einen C-Arm 3 auf, der um wenigstens eine Achse schwenkbar gelagert ist und an dem eine Röntgenröhre 4 und ein der Röntgenröhre gegenüberliegender Detektor 5 befestigt sind. Die Röntgenröhre 4 gibt Röntgenstrahlung ab, die ein Volumen, das beispielsweise durch einen Strahlenkonus 6 definiert ist, durchsetzt und von dem Detektor 5 erfasst wird. Der Detektor 5 kann eine oder vorteilhaft mehrere Detektorzeilen umfassen. Der Detektor 5 kann insbesondere ein flächenhafter Detektor sein. Beispiele für derartige Detektoren beinhalten so genannte Bildverstärker(Image Intensifier)-plus Kamerasystem oder so genannte Flachdetektoren („Flat Panel Detektor”). Eine Antriebseinrichtung 7 ist mit dem C-Arm wirkverbunden, um den C-Arm 3 zwischen einer Mehrzahl von Stellungen zu verstellen. Die Bewegung des C-Arms 3 ist bei 8 dargestellt. Der C-Arm ist in einer weiteren Stellung mit durchbrochenen Linien bei 3 dargestellt. Das Verstellen des C-Arms 3 führt zu einer entsprechenden Änderung des von der Röntgenstrahlung durchsetzten Volumens 6'. Ein Patiententisch 9 stützt ein Untersuchungsobjekt P, beispielsweise einen Patienten, ab. Der Patiententisch 9 ist in wenigstens einem, vorteilhaft in den drei Translationsfreiheitsgraden (Höhe, Seite, Länge) verstellbar. Eine Antriebseinrichtung 10 ist mit dem Patiententisch 9 wirkverbunden, um diesen zu verfahren.
• Die Auswerte- und Steuereinheit 11 ist mit dem C-Arm-Gerät 2 verbunden und umfasst eine Steuereinrichtung 14 zum Steuern der Antriebseinrichtung 7 zum Verstellen des C-Arms 3 und zum Steuern des Antriebseinrichtung 10 zum Verstellen des Patiententisches 9. Während zur Verdeutlichung der Funktion die Auswerte- und Steuereinheit 11 als separates Element dargestellt ist, kann die Auswerte- und Steuereinheit 11 in das Gehäuse des C-Arm-Geräts 2 verbaut sein. Ein Speicher 13 speichert eine Mehrzahl von Projektionsparametersätzen. Jeder der Projektionsparametersätze ist genau einer Stellung des C-Arms 3 zugeordnet. Die Parameter eines Projektionsparametersatzes spezifizieren jeweils, in welche Pixelkoordinaten des Detektors 5 Voxel mit gegebenen Voxelkoordinaten in dem von den Strahlen 6 durchsetzten Messraum für die jeweilige Stellung des C-Arms 3 abgebildet werden. Die Projektionsgeometrie kann häufig gut durch die Matrixelemente einer Projektionsmatrix beschrieben werden, wie noch näher erläutert werden wird. Eine elektronische Recheneinrichtung 12 führt eine Rekonstruktion von 3D-Volumendaten aus den mit dem Detektor 5 in der Mehrzahl von Stellungen erfassten Bilddaten abhängig von den Projektionsparametersätzen durch. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 14 die Antriebseinrichtung 7 und die Röntgenquelle 4 so steuern, dass in beispielsweise 40 bis 1000 Stellungen des C-Arms 3 Bilddaten erfasst werden. Eine Rekonstruktion der 3D-Volumendaten folgt aus der Gesamtheit der so erfassten Sätze von Bilddaten. Der Speicher 13 kann weiterhin Befehlscode speichern, der von der Steuereinrichtung 14 und der Recheneinrichtung 12 ausgelesen und ausgeführt wird, um die Bildgebungsvorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung zu veranlassen.
• Die Messeinrichtung 15 erfasst Lagedaten, die die Position und/oder Orientierung wenigstens eines Abschnitts des Untersuchungsobjekts P für mehrere Zeiten angeben. Die Messeinrichtung 15 kann verschiedene Ausgestaltungen aufweisen. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 15 eingerichtet sein, um unter Verwendung elektromagnetischer Felder oder optischer Strahlung die Position eines oder mehrerer Punkte des Abschnitts des Untersuchungsobjekts zu ermitteln. Die Messeinrichtung 15 kann dazu eine oder mehrere Einrichtungen 17–19 aufweisen, die mit einem Rechner 16 verbunden und eingerichtet sind, um elektromagnetische Felder zu erzeugen und/oder elektromagnetische Signale zu empfangen. Der Rechner 16 kann beispielsweise basierend auf von den Einrichtungen 17–19 erfassten Feldstärken oder Laufzeiten elektromagnetischer Strahlung die Position und/oder Orientierung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts ermitteln. Bei einer Ausgestaltung ist die Messeinrichtung so ausgebildet, dass ein das Untersuchungsobjekt P umgebendes Magnetfeld aufgebaut wird. In dem Magnetfeld können Mikrosensoren durch Feldstärkenmessungen geortet werden. Beispielhaft dargestellt ist ein Mikrosensor 21 in einem Bauchbereich des Untersuchungsobjekts P und ein Paar von beabstandeten Mikrosensoren 23, 24 an dem Kopf des Untersuchungsobjekts. Der Mikrosensor 21 kann über eine Schnittstelle 22 erfasste Feldstärken an den Rechner 16 übergeben. Der Rechner kann aus den Feldstärken die Position des Mikrosensors 21 ermitteln. Ähnlich kann das Paar von Mikrosensoren 23, 24 erfasste Feldstärken an den Rechner 16 übermitteln. Auf diese Weise können die Positionen der Mikrosensoren 23, 24 im Laborsystem ermittelt werden. Da der Kopf als starrer Körper angesehen werden kann, kann der Rechner 16 aus den Positionen der Mikrosensoren 23, 24 eine Verschiebung und Rotation des Kopfes relativ zu einer Referenzlage ermitteln. Weitere Ausgestaltungen der Messeinrichtung sind möglich. Beispielsweise kann die Messeinrichtung die Position(en) eines oder mehrerer nicht-invasiv in den Körper des Patienten eingebrachter Elemente für eine Mehrzahl von Erfassungszeiten ermitteln. Die Messeinrichtung kann auch die Position(en) eines oder mehrerer invasiv in den Körper des Patienten eingebrachter Elemente, beispielsweise eines mit einem Katheter oder einem Endoskop an einem Organ platzierten Mikrosensors oder Senders, für eine Mehrzahl von Erfassungszeiten ermitteln. Die zum Einbringen des Elements erforderlichen Schritte sind kein Teil der beschriebenen und beanspruchten Verfahren zur Rekonstruktion von 3D-Volumendaten.
• Die Messeinrichtung 15 erfasst die Position und/oder Orientierung wenigstens eines Abschnitts des Untersuchungsobjekts P für mehrere Zeiten derart, dass eine Zuordnung der jeweils erfassten Position und/oder Orientierung des Abschnitts zu den verschiedenen Sätzen von Bilddaten möglich ist. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 15 die Position und/oder Orientierung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts wenigstens zu den Zeiten t_i erfassen, zu denen der Detektor 5 den i.-ten Satz von Bilddaten erfasst. Alternativ kann die Messeinrichtung 15 die Position und/oder Orientierung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich erfassen. Die Position und/oder Orientierung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts zu den Erfassungszeiten der Bilddaten kann aus diesen Daten extrahiert werden.
• Die Recheneinrichtung 12 führt eine Rekonstruktion von 3D-Volumendaten abhängig von sowohl den in dem Speicher 13 gespeicherten Projektionsparametersätzen als auch den Lagedaten durch, die die Position und/oder Orientierung des Abschnitts repräsentieren. Dazu ermittelt die Recheneinrichtung 12 für die Sätze von Bilddaten abhängig von dem einem Satz von Bilddaten zugeordneten Projektionsparametersatz und wenigstens denjenigen Lagedaten, die eine Position und/oder Orientierung des Abschnitts bei der Erfassung des Satzes von Bilddaten angeben, einen modifizierten Projektionsparametersatz. Die Rekonstruktion der 3D-Volumendaten aus den Bilddaten führt die Recheneinrichtung dann abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen durch, ohne dass die Bilddaten, aus denen die 3D-Volumendaten rekonstruiert werden, vor Durchführung der Rekonstruktion einer Bewegungskorrektur unterzogen werden müssen. Die rekonstruierten 3D-Volumendaten können über eine Schnittstelle der Bildgebungsvorrichtung 1 zur Weiterverarbeitung ausgegeben oder an einer Anzeigeeinrichtung 20 dargestellt werden.
• Die Arbeitsweise der Bildgebungsvorrichtung 1 und von dieser durchgeführte Verfahren werden unter Bezugnahme auf 2–7 näher beschrieben.
• 2 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts 30 eines Untersuchungsobjekts P. Der Abschnitt 30 kann beispielsweise ein Organ, z. B. eine Leber, des Patienten P sein. Eine Bewegung des Abschnitts 30 führt dazu, dass bei der Erfassung verschiedener Sätze von Bilddaten der Abschnitt 30 im Laborsystem unterschiedliche Positionen einnimmt. Die Position des Abschnitts 30 bei einer Datenerfassung, bei der der Strahlenkegel das mit 6 dargestellte Volumen durchsetzt, ist mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die Position des Abschnitts 30' bei einer weiteren Datenerfassung, bei der der Strahlenkegel das mit 6' dargestellte Volumen durchsetzt, ist mit durchbrochenen Linien dargestellt. Aufgrund der Bewegung des Abschnitts 30 befindet sich ein Punkt des Abschnitts 30, der bei einer Datenerfassung an einer Position 31 im Laborsystem angeordnet ist, bei der weiteren Datenerfassung an einer davon beabstandeten Position 32 im Laborsystem. Ein entsprechender Effekt würde ebenso eintreten, wenn das gesamte Untersuchungsobjekt P bewegt wird. Diese Verschiebung im Laborsystem kann bei einer herkömmlichen Rekonstruktion zu Unschärfen oder Artefakten in den 3D-Volumendaten führen. Um diese zu verringern, werden bei Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsformen der Erfindung die Lagedaten ermittelt, die die Position und/oder Orientierung des Abschnitts 30 für verschiedene Erfassungszeiten repräsentieren. Die Rekonstruktion der 3D-Volumendaten erfolgt abhängig von den Lagedaten, um eine Lageänderung des Abschnitts 30 zwischen der Erfassung unterschiedlicher Sätze von Bilddaten zu berücksichtigen. Wie unter Bezugnahme auf 5 noch näher beschrieben werden wird, können modifizierte Projektionsparametersätze derart ermittelt werden, dass sie definieren, in welche Pixelkoordinaten eines Satzes von Bilddaten sich bewegende Voxel des Abschnitts 30 abgebildet werden.
• 3 und 4 sind schematische Darstellungen eines Abschnitts 40 eines Untersuchungsobjekts P zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Der Abschnitt 40 kann beispielsweise ein Organ, z. B. eine Leber, des Patienten P sein. Aufgrund der Bewegung des Abschnitts 40 befindet sich ein Punkt des Abschnitts 40, der bei einer Datenerfassung an einer Position 41 im Laborsystem angeordnet ist, bei der weiteren Datenerfassung an einer davon beabstandeten Position 42 im Laborsystem. In verschiedenen Fällen kann ein sich bewegender Abschnitt des Untersuchungsobjekts zumindest näherungsweise als starrer Körper betrachtet werden. Dies gilt beispielsweise für Skelettabschnitte. Auch die Bewegung verschiedener Organe, wie beispielsweise der Leber, kann durch eine Kombination von Translation und Rotation eines starren Körpers approximiert werden. Für den Fall einer translatorischen Bewegung kann die Position des Abschnitts 40 durch einen Verschiebungsvektor 45 relativ zu einer Referenzlage angegeben werden.
• Der Verschiebungsvektor 45 kann ermittelt werden, indem die Position eines Elements 44, das an dem Abschnitt 40 vorgesehen ist, ermittelt wird. Das Element 44 kann beispielsweise ein Clip, ein Stent oder ein Implantat sein. Das Element 44 kann auch ein Mikrosensor oder ein Mikrosender sein, der mit einem therapeutischen Instrument über ein Gefäß 43 an dem Abschnitt 40 platziert wird. Alternativ kann das Element 44 auch an einem therapeutischen Instrument vorgesehen sein, dessen Ende an oder in dem Abschnitt 40 platziert ist. Das Element 44 kann so ausgestaltet sein, dass es nicht-invasiv an dem Abschnitt 40 platziert werden kann. Falls zur Platzierung des Elements 44 ein chirurgischer Schritt erforderlich ist, stellt der chirurgische Schritt keinen Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
• Um den Verschiebungsvektor 45 zu ermitteln, kann das Element 44 beispielsweise als ein Mikrosensor ausgestaltet sein, der Magnetfeldstärken in wenigstens drei Raumrichtungen misst und an einen Rechner einer Messeinrichtung, beispielsweise den Rechner 15 in 1, ausgibt. Aus den Magnetfeldstärken ist die jeweilige Lage des Elements 44 ermittelbar. Beispielsweise kann mit einem Element 44 mit einer Spule die Position des Elements 44 im Raum ermittelt werden. Mit einem Element 44 mit zwei nicht kollinear angeordneten Spulen kann weiterhin auch die Orientierung ermittelt werden.
• Wie erwähnt kann die Messeinrichtung zum Ermitteln der Lagedaten auch anderweitig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Messeinrichtung die Lage des Abschnitts 40 unter Verwendung von Ultraschallwellen ermitteln. Sensoren können auch extern an dem Untersuchungsobjekt angebracht werden, um beispielsweise Lageänderungen des Kopfes oder des gesamten Untersuchungsobjekts zu ermitteln.
• 5 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens 50 nach einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Verfahren werden mehrere Sätze von Bilddaten, insbesondere 2D-Bilddaten, erfasst. Aus den Sätzen von Bilddaten werden 3D-Volumendaten rekonstruiert. Das Verfahren 50 kann von der Bildgebungsvorrichtung 1 durchgeführt werden.
• Bei 51–56 wird eine Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten erfasst. Die Anzahl von Sätzen von Bilddaten ist mit imax bezeichnet, und i bezeichnet einen Index zur Identifizierung eines Satzes von Bilddaten.
• Bei 51 wird der Index i = 1 initialisiert.
• Bei 52 wird die Erfassungseinrichtung zum Erfassen des i.-ten Satzes von Bilddaten in einer von mehreren Stellungen positioniert. Dies kann durch eine Positionierung einer Röntgenstrahlquelle und/oder eines Röntgendetektors erfolgen.
• Bei 53 wird der i.-te Satz von Bilddaten erfasst. Der Satz von Bilddaten kann mit einem Röntgen-Flächendetektor erfasst werden. Die Bilddaten können gefiltert werden, beispielsweise mit einem Shepp-Logan-Filter.
• Bei 54 wird parallel zum Erfassen der i.-ten Bilddaten eine Position und/oder Orientierung eines Abschnitts des Untersuchungsobjekts ermittelt. Die Ermittlung der Position und/oder Orientierung kann auf die verschiedenen oben beschriebenen Weisen erfolgen, beispielsweise wellenbasiert, unter Verwendung von Mikrosensoren oder Mikrosendern oder dergleichen.
• Bei 55 wird ein Projektionsparameterssatz ausgelesen, der dem in der i.-ten Stellung der Erfassungseinrichtung erfassten Satz von Bilddaten zugeordnet ist. Der dem i.-ten Satz von Bilddaten zugeordnete Projektionsparametersatz gibt eine Abbildung zwischen Voxelkoordinaten und Pixelkoordinaten im i.-ten Satz von Bilddaten an. Diese Informationen werden für die eigentliche Rekonstruktion verwendet.
• Der Projektionsparametersatz für den i.-ten Satz von Bilddaten kann beispielsweise aus den Elementen einer Projektionsmatrix M_i bestehen. Allgemein kann die Projektionsmatrix aus einer 4×4-Matrix der Form

  

  abgeleitet werden. Durch die Matrixelemente r1–r9 und t1–t3 kann eine Rotation bzw. Translation beschrieben werden. In den Elementen r1–r9 kann alternativ oder zusätzlich zu einer Rotation auch eine Verformung beschrieben werden, die sich nicht allein aus einer Projektion ergibt, beispielsweise eine Scherung. Die Matrixelemente p1–p3 beschreiben die perspektivische Projektion aufgrund der Abbildung in einem Strahlenkegel. Für eine gegebene Anordnung von Strahlenquelle und Detektor ist die Matrix M_i eine 4×3-Matrix. Falls beispielsweise die Mittelachse des Strahlenkegels entlang der y-Achse gerichtet ist und der Detektor in einer zu der y-Achse senkrechten Ebene (x-z-Ebene) und in einem Abstand d vom Projektionszentrum liegt, kann die Projektionsmatrix M_i dargestellt werden als

  
• Allgemein sind die Matrixelemente der Projektionsmatrix M_i so definiert, dass für den i.-ten Satz von Bilddaten v_b.i = M_i·v_v (5) gilt. Dabei ist v_v = (x, y, z, w = l)^T ein Spaltenvektor, dessen erste drei Vektorkomponenten die Koordinaten x, y und z eines Voxels im 3D-Raum repräsentieren. v_b = (r, s, t)^T ist ein Spaltenvektor, aus dem die Koordinaten u und v des Pixels in den i.-ten Bilddaten, in das das Voxel mit den Koordinaten x, y und z abgebildet wird, gemäß u = r/t und v = s/t ermittelt werden können. Aus Gleichungen der Form von Gleichung (5) für die verschiedenen Sätze von Bilddaten kann umgekehrt ermittelt werden, wie sich jedes Voxel-Koordinatentripel des Messraums in Pixel-Koordinatentupel der Sätze von Bilddaten ausdrückt. Die Bilddaten weisen an den entsprechenden Pixel-Koordinaten einen Wert auf, der bei der Rekonstruktion des Voxels mit dem entsprechenden Voxel-Koordinatentripel in dessen Wert eingeht.
• Bei 56 wird abhängig von dem Projektionsparametersatz für die i.-ten Bilddaten und den entsprechenden Lagedaten ein modifizierter Projektionsparametersatz ermittelt. Dabei kann aus dem dem i.-ten Satz von Bilddaten zugeordneten Projektionsparametersatz und der für den Zeitpunkt der Datenerfassung ermittelten Position und/oder Orientierung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts ein modifizierter Projektionsparametersatz ermittelt werden. Der modifizierte Projektionsparametersatz wird so ermittelt, dass die tatsächliche Position und/oder Orientierung des Abschnitts, die gegen eine Referenzlage verschoben sein kann, berücksichtigt wird.
• Falls Verformungen des Abschnitts des Untersuchungsobjekts vernachlässigbar sind, können aus einer bei 54 ermittelten Verschiebung und/oder Drehung des Abschnitts relativ zu einer Referenzlage und Referenzorientierung Parameter ermittelt werden, die zur Modifikation des Projektionsparametersatzes herangezogen werden. Dazu kann eine Korrekturmatrix K_i für den i.-ten Satz von Bilddaten so definiert sein, dass für wenigstens einen, vorteilhaft für mehrere Punkte des Abschnitts v_p,i = K_i·v_p,0,i (6) erfüllt ist. Dabei ist v_p,i = (l, m, n, w)^T ein Spaltenvektor, aus dem die tatsächlichen Koordinaten x, y und z des Punkts des Abschnitts in einem Laborsystem zum Zeitpunkt der Erfassung der Bilddaten gemäß x = l/w, y = m/w und z = n/w ermittelbar sind.
• v_p0,i = (x0, y0, z0, w = l)^T ist ein Spaltenvektor, dessen erste drei Komponenten x0, y0 und z0 die Koordinaten des Punkts des Abschnitts sind, wenn sich der Abschnitt in seiner Referenzlage befindet.
• Die Korrekturmatrix K_i ist so definiert, dass sie die Verschiebung und/oder Rotation des Abschnitts des Untersuchungsobjekts relativ zu einer Referenzlage des Abschnitts repräsentiert. Die Korrekturmatrix kann allgemein die oben in Gleichung (2) angegebene Form aufweisen. Falls sich der Abschnitt des Untersuchungsobjekts nur rein translatorisch bewegt, kann K_i in homogenen Koordinaten dargestellt werden als

  
• Der modifizierten Projektionsparametersatz kann aus den Matrixelementen der gemäß der bereits oben angeführten Gleichung (1) M ~_i = M_i·K_i bestimmten modifizierten Projektionsmatrix bestehen. Die Parameter des so ermittelten modifizierten Projektionsparametersatzes berücksichtigen, dass der Abschnitt des Untersuchungsobjekts bei der Datenerfassung für den i.-ten Satz von Bilddaten gegenüber einer Referenzlage des Abschnitts in andere Voxel des Messraums verschoben und/oder gedreht ist.
• Bei 57 werden die i.-ten Bilddaten in die 3D-Volumendaten eingearbeitet. Dabei erfolgt für einen Teil der Voxel die Einarbeitung abhängig von den bei 56 ermittelten modifizierten Projektionsparametersätzen. Die Rekonstruktion kann auf verschiedene in der Technik bekannte Weisen erfolgen. Beispielsweise kann eine gefilterte Rückprojektion oder eine iterative oder algebraische Rekonstruktion verwendet werden. Beispiele für derartige Verfahren sind in der DE 198 58 306 A1 mit weiteren Nachweisen angeführt. Beispielsweise kann für ein Voxel der Wert desjenigen Pixels oder derjenigen Pixel der gefilterten Bilddaten, in deren Pixelkoordinaten die Voxelkoordinaten des Voxels gemäß der modifizierten Projektionsmatrix abgebildet werden, zu dem aktuellen Wert des Voxels in den 3D-Volumendaten addiert werden. In den Iterationen über verschiedene Sätze von Bilddaten erfolgt so eine Aufsummierung von verschiedenen Pixelwerten. Wie erwähnt wird zumindest für einen Teil der Voxel abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen ermittelt, in welche Pixelkoordinaten der Sätze von Bilddaten das entsprechende Voxel abgebildet wurde.
• Bei 58 wird überprüft, ob bereits alle Sätze von Bilddaten erfasst wurden. Falls dies verneint wird, wird bei 59 der Index i inkrementiert und das Verfahren fährt bei 52 fort, um den nächsten Satz von Bilddaten zu erfassen und dabei die Lage des Abschnitts des Untersuchungsobjekts zu ermitteln.
• Falls bei 58 ermittelt wird, dass alle Sätze von Bilddaten erfasst wurden, können bei 60 die 3D-Volumendaten nachbearbeitet, ausgegeben oder graphisch dargestellt werden.
• Bei einer Ausführungsform kann bei 57 für alle Voxel der 3D-Volumendaten abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen ermittelt werden, in welche Pixelkoordinaten die Voxelkoordinaten abgebildet wurden. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn das gesamte Untersuchungsobjekt bewegt wird, beispielsweise durch Steuerung der Antriebseinrichtung 10 für den Patiententisch 9 oder bei einer versehentlichen Verstellung des Patiententisches 9. Eine Rekonstruktion aller Voxel abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen kann auch in Szenarien vorteilhaft sein, in denen nur ein Abschnitt des Untersuchungsobjekts relativ zu weiteren Abschnitten des Untersuchungsobjekts bewegt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass der sich bewegende Abschnitt des Untersuchungsobjekts mit höherer Schärfe rekonstruiert wird als die weiteren Abschnitte des Untersuchungsobjekts.
• Bei einer Ausführungsform kann sowohl eine von den Lagedaten unabhängige Rekonstruktion basierend auf den Projektionsparametern als auch eine Rekonstruktion basierend auf den modifizierten Projektionsparametern vorgenommen werden. Beide Sätze von 3D-Volumendaten können über eine Schnittstelle der Bildgebungsvorrichtung 1 zur Weiterverarbeitung ausgegeben oder auf einer Anzeigeeinrichtung 20 der Bildgebungsvorrichtung 1 dargestellt werden. Dabei kann benutzerdefiniert zwischen den basierend auf den Projektionsparametern und den basierend auf den modifizierten Projektionsparametern rekonstruierten Daten gewählt werden.
• Bei weiteren Ausführungsformen wird nur ein Teil der Voxel der 3D-Volumendaten abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert, während ein weiterer Teil der Voxel abhängig von den Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten rekonstruiert wird. Dies kann vorteilhaft sein, um sowohl den bewegten Abschnitt, beispielsweise ein Organ, als auch weitere, im Wesentlichen unbewegte Abschnitte des Untersuchungsobjekts mit geringer Unschärfe darzustellen. Ein entsprechendes Verfahren wird unter Bezugnahme auf 6 und 7 näher beschrieben.
• 6 ist eine schematische Darstellung von rekonstruierten 3D-Volumendaten. Ein Teilvolumen 62 des rekonstruierten Volumens 61 ist so gewählt, dass es den bewegten Abschnitt 63 des Untersuchungsobjekts beinhaltet. Das komplementäre Teilvolumen 64 enthält die Voxel des Volumens 61, die nicht in dem Teilvolumen 62 enthalten sind.
• Das Teilvolumen 62 kann als geometrische Form, beispielsweise als ein Quader oder Ellipsoid, gewählt werden, dessen Mittelpunkt und Abmessungen abhängig davon festgelegt werden können, in welchem Raumbereich sich der bewegte Abschnitt 63 des Untersuchungsobjekts bewegt. Dieser Raumbereich kann abhängig von mehreren Sätzen von Bilddaten abgeschätzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine erste Rekonstruktion von 3D-Volumendaten abhängig von den Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten durchgeführt werden, um das Teilvolumen 62 festzulegen.
• Alternativ kann das Teilvolumen 62 durch eine Objektsegmentierung festgelegt werden. Dazu kann eine erste Rekonstruktion von 3D-Volumendaten abhängig von den Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten durchgeführt werden. Durch eine Segmentierung der so erhaltenen 3D-Volumendaten kann das Teilvolumen 62 ermittelt werden, in dem bei einer anschließenden erneuten Rekonstruktion die modifizierten Projektionsparametersätze verwendet werden. Die Segmentierung kann derart erfolgen, dass ein Rand des Teilvolumens 62 einem Rand des in der ersten Rekonstruktion rekonstruierten beweglichen Abschnitts entspricht.
• 7 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens zur 3D-Rekonstruktion nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann von der Recheneinrichtung 12 der Bildgebungsvorrichtung 1 durchgeführt werden.
• Bei dem Verfahren kann zunächst eine Erfassung von Bilddaten und Lagedaten erfolgen, wie dies für Schritte 52–54 des Verfahrens 50 beschrieben wurde.
• Bei 71 kann eine erste Rekonstruktion der 3D-Volumendaten abhängig von den Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten durchgeführt werden. Dieser Schritt ist optional. Falls Schritt 71 durchgeführt wird, kann die erste 3D-Rekonstruktion parallel zur Datenerfassung erfolgen, beispielsweise wie für Schritte 55–57 des Verfahrens 50 beschrieben. Dabei wird jedoch eine Zuordnung von Voxelkoordinaten und Pixelkoordinaten abhängig von den nicht modifizierten Projektionsmatrizen ermittelt. Die erfassten Sätze von Bilddaten können für die spätere erneute 3D-Rekonstruktion gespeichert werden.
• Bei 72 wird ein Teil A der Voxel der 3D-Volumendaten identifiziert, der abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert werden soll. Falls bei 71 eine erste Rekonstruktion der 3D-Volumendaten durchgeführt wurde, kann der Teil der Voxel abhängig von der ersten Rekonstruktion ermittelt werden. Dazu kann eine 3D-Segmentierung der in der ersten Rekonstruktion erhaltenen 3D-Volumendaten vorgenommen werden.
• Bei 73–81 werden für alle Sätze von Bilddaten (Iteration über i) und alle Voxel der 3D-Volumendaten (Iteration über j) in den verschiedenen Sätzen von Bilddaten diejenigen Pixelkoordinaten identifiziert, in die die Voxelkoordinaten des Voxels abgebildet werden. Zur Veranschaulichung kann das zu rekonstruierende 3D-Volumen beispielsweise in 512³ Voxel aufgeteilt werden. Ein Index, der ein Voxel identifiziert, ist in 7 mit j bezeichnet. Während die Voxel in 7 schematisch mit einem einzigen Index bezeichnet sind, können in der Praxis drei geschachtelte Iterationen verwendet werden, um die Voxel mit gegebenen Koordinaten von Schichten, Zeilen und Spalten zu rekonstruieren.
• Bei 73 wird die Iteration über die Sätze von Bilddaten initialisiert. Bei 74 wird die Iteration über Voxel initialisiert.
• Bei 75 wird überprüft, ob das Voxel j in dem Teilvolumen A enthalten ist, das abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert werden soll. Falls dies bejaht wird, wird bzw. werden bei 76 in dem i.-ten Satz von Bilddaten die Koordinaten des Pixels bzw. der Pixel identifiziert, in die die Voxelkoordinaten des Voxels abgebildet wurden. Die Identifikation der Pixel erfolgt dabei abhängig von dem modifizierten Projektionsparametersatz, der dem i.-ten Satz von Bilddaten zugeordnet ist. Der modifizierte Projektionsparametersatz berücksichtigt die tatsächliche Lage des Abschnitts des Untersuchungsobjekts bei der Erfassung des i.-ten Satzes von Bilddaten.
• Falls bei 75 ermittelt wird, dass das Voxel j nicht in dem Teilvolumen A enthalten ist, wird bzw. werden bei 77 in dem i.-ten Satz von Bilddaten die Koordinaten des Pixels bzw. der Pixel identifiziert, in die die Voxelkoordinaten des Voxels abgebildet wurden. Die Identifikation der Pixel folgt dabei abhängig von dem Projektionsparametersatz, der dem i.-ten Satz von Bilddaten zugeordnet ist, und unabhängig von den Lagedaten. Das Ermitteln der Koordinaten des Pixels bei 70 erfolgt unabhängig von den Lagedaten des Abschnitts des Untersuchungsobjekts.
• Bei 78 werden die i.-ten Bilddaten in die 3D-Volumendaten eingearbeitet. Dazu kann beispielsweise für das Voxel j der Wert desjenigen Pixels oder derjenigen Pixel der gefilterten Bilddaten, in deren Pixelkoordinaten die Voxelkoordinaten des Voxels gemäß der modifizierten Projektionsmatrix (Schritt 76) oder gemäß der Projektionsmatrix (Schritt 77) abgebildet werden, zu dem Wert des Voxels in den 3D-Volumendaten addiert werden. In den Iterationen über verschiedene Sätze von Bilddaten erfolgt so eine Aufsummierung von verschiedenen Pixelwerten zum Wert des Voxels j in den 3D-Volumendaten.
• Bei 79 wird überprüft, ob das Ermitteln von Bildpunkten in den Sätzen von Bilddaten für alle Voxel durchgeführt wurde. Falls es weitere Voxel gibt, wird bei 80 das nächste Voxel j gewählt und das Verfahren kehrt zu 74 zurück.
• Wenn bei 79 ermittelt wird, dass alle Voxel der 3D-Volumendaten abgearbeitet wurden, fährt das Verfahren bei 81 fort.
• Bei 81 wird überprüft, ob alle Sätze von Bilddaten abgearbeitet wurden. Falls dies verneint wird, wird bei 82 der Index i inkrementiert, und das Verfahren kehrt zu 73 zurück.
• Wenn bei 81 ermittelt wird, dass alle Sätze von Bilddaten abgearbeitet wurden, können bei 83 die 3D-Volumendaten optional nachbearbeitet und über eine elektronische oder optische Schnittstelle ausgegeben werden. Zusätzlich kann auch eine Ausgabe der in der ersten 3D-Rekonstruktion bei 71 ermittelten 3D-Volumendaten vorgesehen sein.
• Falls bei dem Verfahren 70 bereits bei 71 eine 3D-Rekonstruktion abhängig von den Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Bewegungsdaten durchgeführt wird, müssen Voxel, die nicht in dem Teil A der Voxel enthalten sind, nicht erneut bei 75–79 rekonstruiert werden. Vielmehr können nur die Voxel j in dem Teilvolumen A, das bewegungskorrigiert rekonstruiert werden soll, gemäß der erläuterten Prozedur bestimmt werden, um die bei 71 zunächst ohne Bewegungskorrektur ermittelten Voxel ersetzen.
• Mit dem Verfahren 70 kann ein Teil des zu rekonstruierenden Volumens, der den bewegten Abschnitt des Untersuchungsobjekts enthält, so rekonstruiert werden, dass die tatsächliche Position und/oder Orientierung und/oder Verformung des Abschnitts bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird.
• Die Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen der Erfindung erlauben eine Bildrekonstruktion, bei der die Position und/oder Orientierung eines sich bewegenden Abschnitts des Untersuchungsobjekts in der Rekonstruktion selbst berücksichtigt werden. Artefakte und Unschärfen können so verringert werden. Dadurch wird es möglich, das Untersuchungsobjekt zwischen der Erfassung verschiedener Sätze von Bilddaten gezielt in einem Laborsystem zu bewegen. Die aus der Veränderung der Position und/oder Orientierung resultierenden Effekte können durch die Rekonstruktion nach den hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren großteils kompensiert werden.
• Bei einer Ausführungsform wird das Untersuchungsobjekt derart verfahren, dass für wenigstens einige der Sätze von Bilddaten der Anteil einer Detektorfläche, auf den Strahlung nach einer Propagation durch das Untersuchungsobjekt auftrifft, vergrößert oder verkleinert wird. Dies kann bei der Bildgebungsvorrichtung 1 von 1 durch eine Ansteuerung der Antriebseinrichtung 10 für den Patiententisch 9 erreicht werden. Der Patient kann abhängig von der Stellung der Röntgenquelle 4 und des Röntgendetektors 5 verfahren werden. Beispielsweise kann in einer Stellung, in der ein Mittelstrahl des Strahlenkegels im Wesentlichen horizontal verläuft, also der C-Arm 3 um 90° gegenüber der in 1 mit durchgezogenen Linien dargestellten Stellung verschwenkt ist, der Patiententisch 9 so bewegt werden, dass sich eine Mittellinie des Patiententisches 9 näher an der Röntgenquelle befindet als bei der in 1 mit durchgezogenen Linien dargestellten Stellung des C-Arms 3. Auf diese Weise wird für diese Stellung von Röntgenquelle 4 und Röntgendetektor 5 der Anteil der Pixel, die für die Rekonstruktion signifikante Daten erfassen, erhöht.
• Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Untersuchungsobjekt so verfahren werden, dass aus den erfassten Bilddaten ein größeres Volumen des Untersuchungsobjekts rekonstruiert werden kann.
• Während unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben wurden, können bei weiteren Ausführungsformen Abwandlungen dieser Ausführungsbeispiele realisiert werden. Während bei einigen der beschriebenen Ausführungsbeispiele eine Messeinrichtung vorgesehen ist, um die Position und/oder Orientierung eines Abschnitts des Untersuchungsobjekts als Funktion der Zeit zu ermitteln, kann bei weiteren Ausführungsformen diese Information alternativ oder zusätzlich rechnerisch aus den Bilddaten ermittelt werden. Insbesondere falls ein Bereich des Abschnitts, wie beispielsweise eine Gefäßverzweigung, ein Implantat, Stent oder Clip, zu einer deutlichen Signatur in den Bilddaten führt, können die Lage und eine Veränderung der Lage des Abschnitts aus wenigen Sätzen von Bilddaten abgeschätzt werden.
• Während zur Ermittlung einer translatorischen Bewegung des Abschnitts des Untersuchungsobjekts eine Überwachung eines einzigen Punkts des Abschnitts, der beispielsweise durch einen anatomischen Marker oder ein nicht-anatomisches Element definiert ist, zur Ermittlung der Lagedaten genügt, können bei weiteren Ausführungsformen die Positionen mehrerer Punkte des Abschnitts als Funktion der Zeit erfasst werden, um eine Rotation und/oder Deformation des Abschnitts bei der Rekonstruktion der 3D-Volumendaten zu berücksichtigen. Eine Rotation kann auch durch eine geeignet ausgestaltete Messsonde, die beispielsweise zwei nicht kollineare Spulen umfasst, erfasst werden.
• Während Verfahren und Prozeduren nach Ausführungsbeispielen als Folge von Schritten beschrieben wurden, können Abwandlungen der detailliert beschriebenen Verfahren und Prozeduren realisiert werden. Beispielsweise können, während Elemente oder Einrichtungen der Bildgebungsvorrichtung 1 zur Erläuterung ihrer Funktion als separate Blöcke dargestellt sind, mehrere dieser Einheiten integral ausgebildet sein. So kann beispielsweise ein Prozessor oder eine Gruppe von Prozessoren die Funktionen der Recheneinrichtung 12, der Steuereinheit 14 und des Rechners 16 ausführen.
• Während Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben wurden, bei denen die Bewegung eines Abschnitts des Untersuchungsobjekts erfasst und eine entsprechende Bewegungskorrektur bei der Rekonstruktion durchgeführt wird, können die Vorrichtungen und Verfahren entsprechend auch zur Bewegungskorrektur mehrerer unabhängiger Bewegungen eingesetzt werden. Dazu kann für jeden der sich bewegenden Abschnitte eine Position und/oder Orientierung gegenüber einer Referenzlage des jeweiligen Abschnitts als Funktion der Zeit erfasst werden. Für jeden der Abschnitte können wie oben beschrieben modifizierte Projektionsparametersätze ermittelt werden. Die 3D-Volumendaten können abschnittsweise rekonstruiert werden, wobei für unterschiedliche Teile des Volumens unterschiedliche modifizierte Projektionsparametersätze verwendet werden, die die unterschiedlichen Bewegungen der Abschnitte berücksichtigen.
• 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 2D- oder 1D-Bilddaten erfasst und daraus 3D-Volumendaten rekonstruiert werden.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung erlauben die Verringerung von Bewegungsartefakten bei der Rekonstruktion von 3D-Volumendaten. Anwendungsfelder bestehen beispielsweise bei der medizinischen Bildgebung.
• Bezugszeichenliste

1

Bildgebungsvorrichtung

2

C-Arm-Gerät

3

C-Arm

3

C-Arm in weiterer Stellung

4

Röntgenquelle

5

Röntgendetektor

6

Strahlenkonus

6'

weiterer Strahlenkonus

7

C-Arm-Antrieb

8

Bewegung des C-Arms

9

Patiententisch

10

Patiententischantrieb

11

Auswerte- und Steuereinheit

12

Recheneinrichtung

13

Speichereinrichtung

14

Steuereinrichtung

15

Messeinrichtung

16

Rechner der Messeinrichtung

17–19

Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds

20

Anzeigeeinrichtung

21

Mikrosensor

22

Schnittstelle

23, 24

Mikrosensor

P

Untersuchungsobjekt

30, 30'

Abschnitt des Untersuchungsobjekts

31

erste Lage eines Punktes des Abschnitts

32

zweite Lage des Punktes des Abschnitts

40

Organ

41

erste Lage eines Punktes des Organs

42

zweite Lage des Punktes des Organs

43

Gefäß

44

Element zum Ermitteln der Position

45

Verschiebung

50

Verfahren

51–60

Verfahrensschritte

61

Volumen

62

Teil des Volumens

63

rekonstruierter Abschnitt

64

weiterer Teil des Volumens

70

Verfahren

71–83

Verfahrensschritte

Claims (16)

1. Verfahren zum Ermitteln von 3D-Volumendaten (61) eines Untersuchungsobjekts (P) aus einer Mehrzahl von Sätzen von 1D- oder 2D-Bilddaten des Untersuchungsobjektes, umfassend: – Rekonstruieren der 3D-Volumendaten (61) aus der Mehrzahl von Sätzen von 1D- oder 2D-Bilddaten, wobei die 3D-Volumendaten (61) abhängig von einer Mehrzahl von Projektionsparametersätzen rekonstruiert werden, wobei jeder Projektionsparametersatz einem Satz von Bilddaten zugeordnet ist und angibt, in welche Pixel-Koordinaten des Satzes von Bilddaten Voxel-Koordinaten von Voxeln eines Messraums abgebildet werden, wobei für wenigstens einen sich bewegenden Abschnitt (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) Lagedaten, die für eine Mehrzahl von Erfassungszeiten der Bilddaten eine Position und/oder eine Orientierung des wenigstens einen Abschnitts (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) angeben, bestimmt werden, und das Rekonstruieren der 3D-Volumendaten (61) aus der Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten in Abhängigkeit von sowohl der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen als auch den Lagedaten durchgeführt wird, wobei abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und den Lagedaten eine Mehrzahl von modifizierten Projektionsparametersätzen ermittelt wird, wobei das Rekonstruieren der 3D-Volumendaten (61) abhängig von den modifizierten Projektionsparametersätzen durchgeführt wird dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil (62) der Voxel der 3D-Volumendaten (61) abhängig von den ermittelten modifizierten Projektionsparametersätzen rekonstruiert wird, wobei dieser Teil (62) der Voxel abhängig davon festgelegt wird, in welchem Raumbereich sich der sich bewegende Abschnitt (63) des Untersuchungsobjekts bewegt, und dass ein weiterer Teil (64) der Voxel der 3D-Volumendaten (61) abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten rekonstruiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen Satz von Bilddaten, insbesondere für jeden Satz von Bilddaten, der modifizierte Projektionsparametersatz angibt, in welche Pixel des Satzes von Bilddaten Voxel des wenigstens einen Abschnitts (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) abgebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen Satz von Bilddaten, insbesondere für jeden Satz von Bilddaten, die Projektionsparameter Matrixelemente einer Projektionsmatrix repräsentieren, und dass zum Ermitteln des dem Satz von Bilddaten zugeordneten modifizierten Projektionsparametersatzes Matrixelemente eines Matrixprodukts der Projektionsmatrix und einer weiteren Matrix, die eine Verschiebung (45) und/oder Rotation und/oder Verformung des wenigstens einen Abschnitts (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) relativ zu einer Referenzlage definiert, bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Rekonstruktion der 3D-Volumendaten abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen durchgeführt wird, und dass der Teil (62) der Voxel abhängig von einer Objektsegmentierung der in der ersten Rekonstruktion ermittelten 3D-Volumendaten ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (15, 21–24) die Lagedaten während einer Erfassung der Bilddaten erfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15, 21–24) die Lagedaten unter Verwendung elektromagnetischer, optischer oder akustischer Signale, insbesondere elektromagnetischer, optischer oder akustischer Wellen, erfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15, 21–24) eine Position wenigstens eines anatomischen Markers an dem wenigstens einen Abschnitt (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) als Funktion der Zeit erfasst, um die Lagedaten zu ermitteln.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15, 21–24) eine Position wenigstens eines nicht-anatomischen Elements (21, 23, 24; 44) in oder an dem Abschnitt (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) als Funktion der Zeit erfasst, um die Lagedaten zu ermitteln.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-anatomische Element (21, 23, 24; 44) an einem therapeutischen Instrument vorgesehen ist, dessen Ende in oder an dem Abschnitt (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) platziert ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagedaten rechnerisch abhängig von den Bilddaten ermittelt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersuchungsobjekt (P) zwischen einer Erfassung von wenigstens zwei Sätzen von Bilddaten relativ zu einem Laborsystem bewegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinrichtung (3–5) zum Erfassen der Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten in dem Laborsystem zwischen einer Mehrzahl von Stellungen verstellt wird, und dass das Untersuchungsobjekt (P) abhängig von der Stellung der Erfassungseinrichtung bewegt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten mit einem Röntgen-Flächendetektor (5) erfasst werden.
14. Datenträger mit darauf gespeichertem Computerprogramm, das eine Befehlsfolge umfasst, die bei Ausführung durch eine elektronische Recheneinrichtung (12) einer Bildgebungsvorrichtung (1) die Bildgebungsvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–12 veranlasst.
15. Bildgebungsvorrichtung, umfassend: – eine Erfassungseinrichtung (3–5) zum Erfassen einer Mehrzahl von Sätzen von 1D- oder 2D-Bilddaten eines Untersuchungsobjekts (P), – eine Speichereinrichtung (13) zum Speichern einer Mehrzahl von Prajektionsparametersätzen, wobei jeder Projektionsparametersatz einem Satz von Bilddaten zugeordnet ist und angibt, in welche Pixel-Koordinaten des Satzes von Bilddaten Voxel-Koordinaten von Voxeln eines Messraums abgebildet werden, und – eine Recheneinrichtung (12), die mit der Erfassungseinrichtung (3–5) und der Speichereinrichtung (13) gekoppelt und eingerichtet ist, um 3D-Volumendaten (61) aus der Mehrzahl von Sätzen von Bilddaten abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen zu rekonstruieren, wobei die Recheneinrichtung (12) eingerichtet ist, um die Rekonstruktion der 3D-Volumendaten (61) weiterhin in Abhängigkeit von Lagedaten, die für eine Mehrzahl von Erfassungszeiten der Bilddaten eine Position und/oder eine Orientierung wenigstens eines sich bewegenden Abschnitts (30; 40; 63) des Untersuchungsobjekts (P) angeben, durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (12) eingerichtet ist, um nur einen Teil (62) der Voxel der 3D-Volumendaten (61) abhängig von den ermittelten modifizierten Projektionsparametersätzen zu rekonstruieren und um diesen Teil (62) der Voxel abhängig davon festzulegen, in welchem Raumbereich sich der sich bewegende Abschnitt (63) des Untersuchungsobjekts bewegt, und um einen weiteren Teil (64) der Voxel der 3D-Volumendaten (61) abhängig von der Mehrzahl von Projektionsparametersätzen und unabhängig von den Lagedaten zu rekonstruieren.
16. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebungsvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–13 eingerichtet ist.

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