-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus unter unterschiedlichen Aufnahmegeometrien bezüglich eines aufzunehmenden Objekts aufgenommenen Projektionsbildern mit einer Röntgeneinrichtung, insbesondere einer C-Bogen-Röntgeneinrichtung, sowie eine zugehörige Röntgeneinrichtung.
-
Moderne Röntgensysteme, insbesondere moderne C-Bogen-Röntgensysteme mit Flächendetektoren gehören inzwischen zum Standard in der medizinischen Bildgebung, insbesondere auch in der interventionellen medizinischen Bildgebung. Diese Systeme ermöglichen neben der klassischen Projektionsbildgebung (Radiografie/Fluoroskopie) auch einen der Computertomographie ähnlichen Modus, in dem eine Sequenz von zweidimensionalen Projektionsbildern aus ausreichend vielen, unterschiedlichen Projektionsrichtungen (die folglich eine bestimmte Aufnahmegeometrie beschreiben) in einen dreidimensionalen Bilddatensatz überführt wird. Beispielsweise können die Projektionsbilder während einer Drehbewegung des C-Bogens, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler und ein Detektor angeordnet sind, aufgenommen werden.
-
Mit einem solchen 3D-Modus können aus einer einzelnen Rotation Datensätze rekonstruiert werden, die einen großen Objektbereich abdecken, beispielsweise einen kompletten menschlichen Schädel, und die eine insbesondere im Vergleich zur diagnostischen Computertomographie hohe Ortsauflösung bieten. Nachteilhaft ist allerdings, dass die Datensätze im Vergleich zur klassischen Computertomographie eine geringere Kontrastauflösung und ein geringeres Kontrast-Zu-Rausch-Verhältnis aufweisen, welche beispielsweise nicht ausreichend sein können, um Hirnblutungen mit Sicherheit auszuschließen. Hirnblutungen stellen eine Struktur mit einem äußerst niedrigen Kontrast dar, die mit den C-Bogen-Röntgeneinrichtungen nur schwer aufgelöst werden kann.
-
In der dreidimensionalen C-Bogen-Bildgebung besteht die Datenaufnahme, wie bereits beschrieben, in den meisten Fällen und insbesondere auch in Niedrigkontrastanwendungen aus einer einzigen Rotationsbewegung um den Patienten bzw. das aufzunehmende Objekt. Zur Verbesserung der dreidimensionalen Bildqualität bezüglich der geringen Kontraste wurden im Stand der Technik bislang einige Methoden vorgeschlagen, um die Bildqualität zu verbessern.
-
So wurden Rauschreduktionsverfahren sowohl auf den Projektionsdaten wie auch im rekonstruierten Bildvolumen eingesetzt, beispielsweise eine Rauschreduktion der Projektionsdaten bei gleichzeitiger Kantenerhaltung mittels bilateraler Filter oder Medianfilterung oder eine Rauschreduktion im rekonstruierten Bildvolumen mittels nicht-linearer Filterung, beispielsweise Medianfiltern.
-
Ein anderer Ansatz wurde aus dem Gebiet der Computertomographie auch auf die dreidimensionale Rekonstruktion bei C-Bogen-Röntgeneinrichtungen übertragen, nämlich die Separierung der aufgenommenen Projektionsbilder in disjunkte Teilmengen und die Rekonstruktion von Rekonstruktionsdatensätzen auch jeweils einer dieser Teilmengen. Anschließend werden die Teilergebnisse nicht-linear zu einem qualitätsverbesserten Bildvolumen kombiniert, wobei ein effizienter Ansatz eine Wavelet-basierte Fusion zweier separat rekonstruierter Datensätze mittels Korrelationsanalyse betrifft, vgl. hierzu beispielsweise den Artikel von A. Borsdorf et al., „Separate CT-Reconstruction for 3D Wavelet Based Noise Reduction Using Corelation Analysis", in Yu, Bo (Eds.), IEEE NSS/MIC Conference Record (IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, Honolulu, USA, 27.10.–03.11.2007), 2007, Seiten 2633 bis 2638.
-
Ein Nachteil dieser Verfahren ist allerdings, dass Kontraste, die in einzelnen Projektionsbildern verloren sind, weder durch Operationen im Projektionsbild noch durch Operationen im Bildraum wiederhergestellt werden können.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes anzugeben, welches eine verbesserte Bildgebung bezüglich Niedrigkontraststrukturen insbesondere mit einer C-Bogen-Röntgeneinrichtung erlaubt.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in wenigstens einer Aufnahmegeometrie, insbesondere jeder Aufnahmegeometrie, wenigstens zwei Projektionsbilder aufgenommen werden und bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden.
-
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, für eine verbesserte Bildqualität im Niedrigkontrastbereich bei der Ermittlung von dreidimensionalen Bilddatensätzen mit C-Bogen-Röntgeneinrichtungen zu wenigstens einer, insbesondere aber jeder Aufnahmegeometrie eines dreidimensionalen Scans nicht eines, sondern mehrere Projektionsbilder zu akquirieren. Auf diese Weise werden nämlich in den entsprechenden Aufnahmegeometrien miteinander verarbeitbare Informationen gewonnen, die durch korrekte, insbesondere adaptive Kombination zu einer Gesamtinformation eine Rausch- und/oder Artefaktreduktion im letztendlichen Rekonstruktionsergebnis erlauben. Mit einer solchen Kombinationsmechanik ist es insbesondere möglich, die Berücksichtigung der mehreren Projektionsbilder und ihre Fusion zur Erstellung eines einzigen Bilddatensatzes so vorzunehmen, dass es sich um eine Vorverarbeitung bzw. Nachverarbeitung handelt, der eigentliche Rekonstruktionsalgorithmus – solche sind im Stand der Technik mannigfaltig bekannt – jedoch unverändert bleiben kann. Dann kann der hier vorgeschlagene neuartige Ansatz mit jedem Rekonstruktionsverfahren, beispielsweise der gefilterten Rückprojektion, kombiniert werden.
-
In einer ersten Alternative kann vorgesehen sein, dass für jede Aufnahmegeometrie eine vorbestimmte Zahl, insbesondere 30 bis 50, von wenigstens zwei Projektionsbildern aufgenommen werden. In diesem Fall ist also vorgegeben, wie viele Projektionsbilder in welcher Aufnahmegeometrie aufgenommen und später berücksichtigt werden sollen. Es kann dabei für jede Aufnahmegeometrie die gleiche vorbestimmte Zahl festgelegt werden, denkbar ist es jedoch auch, bei bestimmten Abtastbahnen in manchen Bereichen mehr, in anderen Bereichen weniger Projektionsbilder aufzunehmen.
-
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Zahl der für eine Aufnahmegeometrie aufzunehmenden Bilder adaptiv während des Aufnahmevorgangs, insbesondere unter Berücksichtigung einer Dosismessung und/oder einer Bildanalyse eines ersten aufgenommenen Projektionsbilds, und/oder unter Berücksichtigung von Informationen über das aufzunehmende Objekt, insbesondere der Weglänge durch das Objekt in der Aufnahmegeometrie, bestimmt wird. Es ist also möglich, adaptiv für jede Aufnahmegeometrie die Zahl der dort aufzunehmenden Projektionsbilder anzupassen, wobei zum einen Vorabinformationen genutzt werden können, beispielsweise solche über das aufzunehmende Objekt, aus denen hervorgeht, wie lang voraussichtlich die Weglänge der Röntgenstrahlung im Objekt sein wird, so dass beispielsweise in Bereichen, in denen die Weglänge und somit die Schwächung sehr groß ist, die Zahl der anzufertigenden Projektionsbilder erhöht werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch möglich, während der Aufnahme selber die Zahl der noch folgenden Projektionsbilder festzulegen, indem beispielsweise die in der bestimmten Aufnahmegeometrie empfangene Dosis betrachtet wird. Eine Dosismesseinrichtung ist in manchen Röntgeneinrichtungen bereits vorgesehen, um die automatische Dosisregelung vornehmen zu können. Aus der Dosis kann beispielsweise auch entnommen werden, wie stark die Schwächung durch das Objekt ist und ob ein besonders niedriges Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erwarten ist, so dass dann mehrere Projektionsbilder aufgenommen werden können. Solcherlei Informationen lassen sich auch aus einer Bildanalyse, die sich beispielsweise auch auf die insgesamt vom Detektor empfangene Dosis beziehen kann, schlussfolgerbar. Auf diese Weise können also an den Stellen, an denen ein besonders schlechter Kontrast/ein besonders hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erwarten ist, durch die Aufnahme besonders vieler Projektionsbilder an die aktuelle Situation angepasst Verbesserungen der letztlich erhaltenen Bildqualität herbeigeführt werden.
-
Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass mehrere Projektionsbilder einer Aufnahmegeometrie unter Verwendung unterschiedlicher Aufnahmeparameter, insbesondere unterschiedlicher Röntgenspektren und/oder Belichtungszeiten und/oder Filterungsparameter, aufgenommen werden. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn bestimmte Kanten/Kontrastwechsel oder dergleichen nur unter bestimmten Einstellungen sichtbar sind und dann später eine Ergänzung zu einem Gesamtbild mit besserer Qualität erfolgen kann. Auf diese Weise ist vorteilhafterweise auch eine Erhöhung der Grauwertdynamik zu erreichen. Dabei kann es im erfindungsgemäßen Verfahren durchaus möglich sein, dass unter Verwendung bestimmter Aufnahmeparameter auch Bilder aufgenommen werden, die grundsätzlich diagnostisch unbrauchbar wären, aber in bestimmten Teilbereichen eine Information zeigen, die mit den üblichen Aufnahmeparametern nicht zu erhalten gewesen wäre. Ein Beispiel hierfür sind überbelichtete Bilder, bei denen beispielsweise zentral ein Bereich besonders starker Schwächung oder Weglänge vorliegt, der in dem Bild dennoch gut aufgelöst werden kann oder dergleichen.
-
Die unterschiedlichen Projektionsbilder einer Aufnahmegeometrie können während eines einzigen Verweilens einer Aufnahmeanordnung der Röntgeneinrichtung in der Aufnahmegeometrie und/oder während mehrerer Durchläufe der Aufnahmeanordnung durch die Aufnahmegeometrie aufgenommen werden. Im Beispiel des C-Bogen-Systems bedeutet dies, dass beispielsweise alle Bilder während einer einzigen Drehung des C-Bogens aufgenommen werden können, wenn ein einziges Einnehmen der Aufnahmegeometrie ausreichend sein soll, um alle Bilder aufzunehmen. Eine Nutzung einer einzigen Aufnahmebewegung kann sinnvoll sein, wenn die Anzahl der aufgenommenen Projektionsbilder mit der Aufnahmegeometrie variiert. Auch kann bei nur einer einzigen Aufnahmebewegung das Vorhandensein von Bewegungsartefakten minimiert werden. Dennoch kann auch eine mehrfache Aufnahmebewegung sinnvoll sein, beispielsweise dann, wenn eine konstante Anzahl an Projektionsbildern gemessen werden soll und zumindest das Zielvolumen im Objekt wenig oder keine Bewegungen aufweist, insbesondere gut fixiert ist. Beispielsweise kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der C-Bogen die standardmäßige Aufnahmebewegung um das Objekt mehrfach durchführt, z. B. als Abfolge von Vorwärts- und Rückwärtsläufen.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die mehreren Projektionsbilder einer Aufnahmegeometrie in wenigstens einem Kombinationsschritt zu wenigstens einem Kombinationsbild fusioniert werden und/oder wenigstens zwei Rekonstruktionsdatensätze aus verschiedenen Projektionsbildern und/oder Kombinationsbildern ermittelt werden und hieraus der Bilddatensatz fusioniert wird. Erfindungsgemäß kann also die beschriebene Kombination bzw. Fusion der verschiedenen Projektionsbilder bereits auf Basis der Projektionsbilder selber erfolgen, was erfindungsgemäß bevorzugt ist, und/oder auch durch Rekonstruktion verschiedener Rekonstruktionsdatensätze und deren Kombination erfolgen. Um den Rekonstruktionsaufwand niedrig zu halten und bereits auf der Ebene der Projektionsbilder arbeiten zu können, wo einige auftretenden, die Bildqualität im Niedrigkontrastbereich verschlechternden Effekte besser behandelt werden können, ist es vorteilhaft, in jedem Fall einen Kombinationsschritt vorzusehen, in dem Kombinationsbilder fusioniert werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn wenigstens zwei unterschiedliche Kombinationsschritte durchgeführt werden. Das bedeutet, dass unterschiedliche Verfahren zur Kombination bzw. Fusion der Projektionsbilder/Kombinationsbilder angewandt werden können, um die Bildqualität auf verschiedene Art und Weise zu verbessern, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Dies kann zusätzlich, wenn es zweckmäßig ist, dadurch ergänzt werden, dass tatsächlich mehr als ein Rekonstruktionsdatensatz erstellt wird, wobei diese Rekonstruktionsdatensätze dann in einem weiteren, die Bildqualität besonders bezüglich des Niedrigkontrastbereichs verbessernden Verfahren zu dem Bilddatensatz kombiniert werden.
-
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Verarbeitung, insbesondere die Fusion der Projektionsbilder, auf Basis der Grauwerte, also der eigentlichen Messdaten, oder auf Basis der daraus ermittelten Linienintegrale erfolgen kann. Dies kann insbesondere vom verwendeten Verfahren zur Kombination der Projektionsbilder abhängen.
-
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Fusion unter Berücksichtigung des lokalen Rauschens und/oder der lokalen Bildstrukturen erfolgt. Wie bereits erwähnt, können in den Kombinationsschritten bzw. bei der Fusion des Bilddatensatzes aus Rekonstruktionsdatensätzen verschiedene Schwerpunkte gesetzt werden, anhand derer die Bildqualität verbessert wird. Besonders nützlich ist es dabei, das lokale Rauschen zu berücksichtigen und möglichst zu identifizieren und zu reduzieren, um ein höheres Signal-zu-Rausch-Verhältnis und somit ein besseres Kontrast-Zu-Rausch-Verhältnis schaffen zu können. Lokale Bildstrukturen können ebenso berücksichtigt werden, insbesondere dahingehend, ob sie in mehreren Bildern auftauchen, so dass auf diesem Wege beispielsweise Artefakte ausgeschlossen werden sollen.
-
Konkret kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in dem oder einem Kombinationsschritt wenigstens ein Teil der Projektionsbilder oder der in einem vorangehenden Kombinationsschritt ermittelten Kombinationsbilder einer Aufnahmegeometrie, insbesondere mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern aufgenommene Projektionsbilder, durch Linearkombination zu einem Kombinationsbild fusioniert werden. Bilder, insbesondere solche, die mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern aufgenommen wurden, werden folglich mittels einer Linearkombination zu einem verbesserten Projektionsbild, dem Kombinationsbild, zusammengefasst. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Koeffizienten der Linearkombination mittels eines Optimierungsalgorithmus, insbesondere im Hinblick auf eine minimierte Varianz der Bilddaten des Kombinationsbildes, gewählt werden. Diese Variante eines Kombinationsschritts kann also mit besonderem Vorteil im Hinblick auf eine Optimierung des Rauschens bzw. die Reduzierung von Rauscheffekten durchgeführt werden. Die Kernidee des Vorgehens ist es dann, dass die Daten aus den Projektionsbildern mit höherem Signal-zu-Rausch-Verhältnis stärker in das kombinierte Ergebnis einfließen als die Daten aus den Projektionsbildern mit niedrigerem Signalzu-Rausch-Verhältnis. Es können für verschiedene Bilder oder Bildbereiche oder Bildpunkte verschiedene Koeffizienten der Linearkombination verwendet werden. D. h., dass nicht nur eine Gewichtung der Bilder durch die Koeffizienten vorgenommen werden kann, sondern dass, insbesondere auch in Verbindung mit einem auf eine Minimierung des Rauschens gerichteten Optimierungsverfahren, lokale Effekte berücksichtigt werden können, insbesondere also auch ein lokales Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich grundsätzlich auch andere Kriterien für ein Optimierungsverfahren denkbar sind.
-
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass in dem oder einem Kombinationsschritt folgende Schritte durchgeführt werden:
- – Wavelet-Zerlegung wenigstens eines Teils der Projektionsbilder oder in einem vorangehenden Kombinationsschritt ermittelten Kombinationsbilder einer Aufnahmegeometrie als Eingangsbilder,
- – Aufteilung der durch die Wavelet-Zerlegung ermittelten, durch Wavelet-Koeffizienten beschriebenen Strukturen in in allen oder den meisten Eingangsbildern enthaltene Strukturen und/oder nicht in allen oder den meisten Eingangsbildern enthaltene Strukturen mittels einer Korrelationsanalyse und
- – Erzeugung eines Kombinationsbildes unter Verwendung der die in allen oder den meisten Eingangsbildern vorhandenen Strukturen beschreibenden Wavelet-Koeffizienten.
-
In dieser Variante wird also die grundsätzlich bekannte Tatsache ausgenutzt, dass mittels einer Wavelet-Zerlegung Strukturen in den Eingangsbildern durch die entstehenden Wavelet-Koeffizienten beschrieben werden können. Diese Strukturen können dann in einer bekannten Art und Weise klassifiziert und identifiziert werden und es kann überprüft werden, ob sie wenn nicht in allen, dann doch wenigstens in den meisten der Eingangsbilder auftreten. Die grundsätzliche Idee hinter diesem Vorgehen ist es, Strukturen, die nur in einzelnen Projektionsbildern bzw. Kombinationsbildern einer identischen Aufnahmegeometrie enthalten sind, als durch Rauscheffekte, Streueffekte oder sonstige Effekte entstandene Artefakte, beispielsweise Streumuster, zu identifizieren und in der weiteren Verarbeitung weitestgehend zu eliminieren. Solche Artefakte können ihre Ursache neben dem beispielsweise genannten Rauschen oder den Streuungen auch in anderen Effekten, beispielsweise Auslesefehlern oder dergleichen, haben. Die Grenze, die angibt, in wie vielen Eingangsbildern eine Struktur enthalten sein muss, um nicht als Artefakt zu gelten, sollte nicht zu niedrig veranschlagt werden. Beispielsweise kann gefordert werden, dass, wenn die Strukturen schon nicht in jedem der Bilder vorhanden sein müssen (entspräche 100%), dass die zu behaltenden Strukturen in wenigstens 90% oder 95% der Bilder vorhanden sein müssen. Sind alle Strukturen in dieser Art und Weise als Artefakt oder Nicht-Artefakt identifiziert worden, kann ein einziges Kombinationsbild aus den entsprechenden Wavelet-Koeffizienten unter Verwendung der jeweils gemeinsamen Strukturen und Unterdrückung der unterschiedlichen Strukturen synthetisiert werden.
-
Wie bereits beschrieben, ist es denkbar, mehrere Verfahren, insbesondere die beiden hier beschriebenen Kombinationsschritte, zu einem zweistufigen Prozess zu kombinieren. Der Begriff des zweistufigen Prozesses ist hierbei so zu verstehen, dass die vorhandenen Projektionsbilder einer Aufnahmegeometrie zunächst in einem Kombinationsschritt zu einer kleineren Zahl von qualitätsverbesserten Kombinationsbildern kombiniert werden, welche qualitätsverbesserten Kombinationsbilder anschließend in dem das andere Verfahren verwendenden Kombinationsschritt zu einem einzigen Kombinationsbild oder wenigen Kombinationsbildern dieser Aufnahmegeometrie fusioniert werden, welches bzw. welche erneut qualitätsverbessert sind.
-
Wie bereits erwähnt, kann alternativ, bevorzugt aber zusätzlich, auch vorgesehen sein, aus den akquirierten Projektionsbildern mehr als einen, gegebenenfalls bereits qualitätsverbesserten Rekonstruktionsdatensatz zu generieren, so dass am Ende mehrere Bildvolumina erzeugt worden sind. Zur Fusionierung der mehreren Rekonstruktionsdatensätze kann dann vorgesehen sein, dass folgende Schritte durchgeführt werden:
- – Wavelet-Zerlegung wenigstens eines Teils der Rekonstruktionsdatensätze,
- – Aufteilung der durch die Wavelet-Zerlegung ermittelten, durch Wavelet-Koeffizienten beschriebenen Strukturen in in allen oder den meisten Rekonstruktionsdatensätzen enthaltene Strukturen und/oder nicht in allen oder den meisten Rekonstruktionsdatensätzen enthaltene Strukturen mittels einer Korrelationsanalyse und
- – Erzeugung des Bilddatensatzes unter Verwendung der die in allen oder den meisten Rekonstruktionsdatensätzen vorhandenen Strukturen beschreibenden Wavelet-Koeffizienten.
-
Hier wird mithin ähnlich vorgegangen, wie es bereits bezüglich der zweiten konkret dargestellten Variante des Kombinationsschritts diskutiert wurde, indem letztlich überprüft wird, welche Strukturen sich als Rausch-, Streu- oder auf anderen Effekten basierende Artefakte klassifizieren lassen. Dabei wird hier allerdings auf der Ebene der dreidimensionalen Daten, also nach der Rekonstruktion, gearbeitet. Ein derartiges Vorgehen ist in ähnlicher Weise bereits aus dem eingangs zitierten Artikel von A. Borsdorf et al. bekannt. Dort werden allerdings die Aufnahmegeometrien in disjunkte Gruppen unterteilt, während es hier möglich ist, von den Aufnahmegeometrien her vollständige Rekonstruktionsdatensätze zu erzeugen und auf die beschriebene Art und Weise miteinander zu vergleichen.
-
Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Röntgeneinrichtung, insbesondere umfassend einen C-Bogen, mit einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten Steuereinrichtung. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung so ausgebildet, dass sie eine Aufnahmeanordnung während eines einzigen dreidimensionalen Scans so ansteuern kann, dass zu wenigstens einer Aufnahmegeometrie wenigstens zwei Projektionsbilder aufgenommen werden, welche dann bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung übertragen, so dass auch die eingangs genannten Vorteile damit erreicht werden können.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm zum allgemeinen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 eine Illustration zu einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
3 eine Illustration zu einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
4 eine Illustration zu einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
-
5 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung.
-
1 zeigt einen grundsätzlichen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens für die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. In einem Schritt 1 erfolgt dabei die Akquisition der Projektionsdaten in Form von Projektionsbildern. Dies erfolgt so, dass nach dem Aufnahmevorgang für alle bzw. fast alle Aufnahmegeometrien, die zur Aufnahme des dreidimensionalen Bilddatensatzes verwendet werden sollen, mehr als ein Projektionsbild, beispielsweise 30 bis 50 Projektionsbilder, vorliegt. Eine Aufnahmegeometrie ist hierbei als eine festgelegte geometrische Position und Orientierung von Röntgenstrahler und Röntgendetektor zu verstehen. Der Einfachheit halber wird für die folgende Diskussion der Ausführungsbeispiele davon ausgegangen, dass zu jeder Aufnahmegeometrie eine feste, für alle Aufnahmegeometrien gleiche Zahl an Projektionsbildern aufgenommen wird.
-
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dies nicht so sein muss, sondern dass es insbesondere im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich ist, adaptiv und während des Aufnahmevorgangs zu entscheiden, wie viele Bilder aufgenommen werden sollen, beispielsweise auf der Grundlage einer Dosismessung. Möglich ist es aber auch, Informationen über das aufzunehmende Objekt zu nutzen, um von vorneherein festzulegen, wie viele Projektionsbilder aus welcher Aufnahmegeometrie aufgenommen werden sollen, so dass beispielsweise bei einer längeren Weglänge durch das Objekt und einer zu erwartenden stärkeren Schwächung, also einem höheren Signal-zu-Rausch-Verhältnis, mehr Projektionsbilder unter derartigen Aufnahmegeometrien aufgenommen werden können. Wird so vorgegangen, so sind die im Folgenden beschriebenen Vorgehensweisen so zu adaptieren, dass dennoch eine gleichartige Bearbeitung der Projektionsbilder hin zu dem gewünschten Rekonstruktionsergebnis erfolgen kann, auch wenn für die unterschiedlichen Aufnahmegeometrien eine unterschiedliche Anzahl von Projektionsbildern vorliegt.
-
Die konkrete Aufnahme der Projektionsbilder in Schritt 1 kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Während vorgesehen sein kann, dass sämtliche Projektionsbilder einer Aufnahmegeometrie während einer einzigen Aufnahmebewegung, beispielsweise einer einzigen Drehbewegung eines C-Bogens, aufgenommen werden, beispielsweise, indem der C-Bogen immer kurz angehalten wird, ist es aber auch denkbar, insbesondere bei der hier gegebenen konstanten Anzahl an Projektionsbildern, dies im Rahmen von mehreren standardmäßigen Aufnahmebewegungen des C-Bogens durchzuführen, beispielsweise während einer Abfolge von Vorwärts- und Rückwärtsläufen. Es kann auch eine Kombination bei der Vorgehensweise verwendet werden, beispielweise bei 30 Projektionsbildern ein Vorlauf und ein Rücklauf, wobei während des Vorlaufs und des Rücklaufs jeweils 15 Projektionsbilder aufgenommen werden.
-
Relevant ist jedoch, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest ein Teil der Projektionsbilder einer Aufnahmegeometrie mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern, insbesondere hinsichtlich des Röntgenspektrums und der Belichtungszeit, aufgenommen werden, um so im weiteren Verlauf des Verfahrens die Grauwertdynamik zu erhöhen und auch Strukturen identifizieren zu können, die nur unter bestimmten Bedingungen deutlich sichtbar sind.
-
Zum Abschluss des Schrittes 1 liegt also zu jeder Aufnahmegeometrie eine gleichbleibende Anzahl von Projektionsbildern vor.
-
In einem Schritt 2 werden dann die Projektionsbilder zu wenigstens einem Kombinationsbild fusioniert. Hierzu können ein oder mehrere Kombinationsschritte vorgesehen sein, und es können ein oder mehrere Kombinationsbilder pro Aufnahmegeometrie entstehen. Während Details hierzu im weiteren Verlauf bezüglich der 2–4 noch näher erläutert werden, sollen an dieser Stelle die beiden grundlegenden in diesem Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommenden Vorgehensweisen näher erläutert werden.
-
Ein oder der Kombinationsschritt kann dabei so ausgestaltet sein, dass wenigstens ein Teil der Projektionsbilder und/oder in einem vorangehenden Schritt bereits ermittelten Kombinationsbilder, insbesondere solche, die mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern aufgenommen wurden, mittels einer Linearkombination zu einer verbesserten Projektion, also einem neuen Kombinationsbild, zusammengefasst werden. Dabei können die für die Linearkombination gewählten Koeffizienten von Bildpunkt zu Bildpunkt bzw. von Bildbereich zu Bildbereich, in einem einfachen Ausführungsbeispiel auch von Bild zu Bild, variieren, und werden im Rahmen eines Optimierungsalgorithmus derart bestimmt, dass die Varianz (das Rauschen) im als Ergebnis entstehenden Kombinationsbild minimiert wird. Dabei fließen Daten aus Projektionsbildern bzw. in einem vorangehenden Kombinationsschritt erstellten Kombinationsbildern mit höherem (lokalen) Signal-zu-Rausch-Verhältnis stärker in das zu erstellende Kombinationsbild ein als Daten aus Projektionsbildern bzw. Kombinationsbildern mit niedrigerem (lokalen) Signal-zu-Rausch-Verhältnis.
-
Neben dieser Möglichkeit einer Linearkombination als Kombinationsschritt kann in den hier diskutierten Ausführungsbeispielen auch mit einer Wavelet-Zerlegung gearbeitet werden. Hierbei erfolgt zunächst die genannte Wavelet-Zerlegung der Projektionsbilder bzw. in einem vorangehenden Kombinationsschritt ermittelten Kombinationsbilder, welche zur Vereinfachung hier als Eingangsbilder bezeichnet werden sollen. Danach ist es möglich, zwischen Strukturen, die in den meisten oder allen Eingangsbildern vorhanden sind, und sich ändernden Strukturen, die nur in einzelnen oder sehr wenigen Eingangsbildern aufzufinden sind, zu diskriminieren, und zwar mittels einer Korrelationsanalyse in den Wavelet-Koeffizienten. Strukturen, die nur in vereinzelten oder einzelnen Eingangsbildern vorkommen, können als Artefakt klassifiziert werden und werden der weiteren Betrachtung entzogen. Für die Eingangsbilder wird dann ein einziges Kombinationsbild für diese Aufnahmegeometrie aus den entsprechenden Wavelet-Daten unter Verwendung der jeweils gemeinsamen Strukturen und Unterdrückung der unterschiedlichen Strukturen synthetisiert. So können Rausch- oder Streumusterstrukturen weitgehend eliminiert werden.
-
Zusammenfassend wird in Schritt 2 also wenigstens ein Kombinationsbild durch Anwendung von wenigstens einem Kombinationsschritt auf wenigstens einen Teil der Projektionsbilder ermittelt. Die Kombination kann dabei entweder in den Intensitätswerten, die im Wesentlichen die pro Detektorpixel einfallende Energie beschreiben, oder in den Linienintegralwerten, welche die Integraldichte des Objekts entlang der Röntgenstrahlen beschreiben, durchgeführt werden.
-
Auch bezüglich des Schrittes 3 gibt es mehrere Optionen. In jedem Fall erfolgt dort wenigstens eine Rekonstruktion eines dreidimensionalen Datensatzes mittels eines üblichen Rekonstruktionsverfahrens, beispielsweise der gefilterten Rückprojektion. In den hier dargestellten Ausführungsbeispielen gibt es dabei zwei Möglichkeiten: Zum einen kann, wenn das Ergebnis von Schritt 2 nur ein Kombinationsbild für jede Aufnahmegeometrie ist, unmittelbar das Ergebnis des Verfahrens, nämlich der dreidimensionale Bilddatensatz, erhalten werden. Liegen jedoch wenigstens zwei Kombinationsbilder als Ergebnis des Schrittes 2 für jede Aufnahmegeometrie vor, so werden in Schritt 3 mehrere Rekonstruktionsdatensätze rekonstruiert, die in einem optionalen Schritt 4 weiterverarbeitet werden.
-
Ist ein optionaler Schritt 4 vorgesehen, so wird dort die Wavelet-Zerlegung entsprechend auf die dreidimensionalen Rekonstruktionsdatensätze angewandt, das bedeutet, auch hier werden die entsprechenden Wavelet-Koeffizienten genutzt und mittels einer Korrelationsanalyse festgestellt, welche Strukturen den Rekonstruktionsdatensätzen gemeinsam sind und welche gegebenenfalls auf Artefakte zurückzuführen sind. Aus den übereinstimmenden Strukturen wird dann analog dem obigen Kombinationsschritt entsprechend ein dreidimensionaler Bilddatensatz fusioniert.
-
Konkrete Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun mit Bezug auf die 2 bis 4 dargestellt.
-
2 zeigt dabei eine Variante, in der lediglich ein Kombinationsschritt 5 verwendet wird, wobei es sich um die Linearkombination oder die Wavelet-Zerlegung handeln kann. 6 bezeichnet schematisch einzelne Aufnahmegeometrien. In der im Vordergrund dargestellten Aufnahmegeometrie 6 wurden M Projektionsbilder P1 bis PM aufgenommen. Diese werden im Kombinationsschritt 5 zu einem einzigen Kombinationsbild 7 für diese Aufnahmegeometrie 6 fusioniert. Die so für jede Aufnahmegeometrie 6 entstehenden Kombinationsbilder 7 werden dann in einem Rekonstruktionsschritt 8 zu dem Bilddatensatz 9 rekonstruiert, beispielsweise mittels gefilterter Rückprojektion.
-
Eine andere Ausführungsform zeigt die 3. In der im Vordergrund dargestellten Aufnahmegeometrie 6 sind wiederum M Projektionsbilder P1 bis PM aufgenommen worden. Dabei ist wiederum lediglich ein einzelner Kombinationsschritt 5 vorgesehen, in dem jedoch jeweils die Hälfte der Projektionsbilder P1 bis PM/2 und PM/2 + 1 bis PM zu jeweils einem Kombinationsbild 7 fusioniert werden, wobei wiederum der Kombinationsschritt „Linearkombination” oder der Kombinationsschritt „Wavelet-Zerlegung” verwendet werden kann. Denkbar ist es auch, in dem Kombinationsschritt 5 für die eine Hälfte das Verfahren der Linearkombination, für die andere Hälfte das Verfahren der Wavelet-Zerlegung anzuwenden.
-
Es existieren schlussendlich also zwei Kombinationsbilder 7 für jede Aufnahmegeometrie 6. Entsprechend werden hier im Rekonstruktionsschritt 8 unter Verwendung der zwei Kombinationsbilder 7 für jede Aufnahmegeometrie 6 zwei Rekonstruktionsvolumina 10 rekonstruiert. Diese werden dann, wie oben beschrieben, in einem dem optionalen Schritt 4 entsprechenden Fusionsschritt 11 gemäß der beschriebenen Strukturanalyse zu dem dreidimensionalen Bilddatensatz 9 fusioniert.
-
Eine besonders zweckmäßige Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die 4. Dort sind zwei Kombinationsschritte 5a, 5b vorgesehen, wobei der erste Kombinationsschritt 5a, welcher beispielsweise das Verfahren der Linearkombination verwenden kann, Zwischen-Kombinationsbilder 7a für die Aufnahmegeometrie liefert. Obwohl in 4 nur zwei Kombinationsbilder 7a gezeigt sind, können selbstverständlich auch mehr Kombinationsbilder 7a erzeugt werden. Diese Kombinationsbilder 7a dienen dann im vorliegenden Beispiel als Eingangsbilder für den Kombinationsschritt 5b, der dann beispielsweise die Methode der Wavelet-Zerlegung und Strukturanalyse verwenden kann. Ergebnis des Kombinationsschritts 5b ist dann ein einziges Kombinationsbild 7b für jede Aufnahmegeometrie 6. Dieses Kombinationsbild 7b dient dann wiederum im Rekonstruktionsschritt 8 zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes 9.
-
Es sei hervorgehoben, dass neben den in 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich noch andere Kombinationen der beschriebenen und weiterer Kombinationsschritte und Fusionsschritte denkbar sind.
-
5 zeigt schließlich eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 12. Diese umfasst einen C-Bogen 13, an den sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler 14 und ein Röntgendetektor 15 angeordnet sind. Der C-Bogen 13 ist um das aufzunehmende Objekt, hier beispielsweise einen auf einem Patiententisch 16 liegenden Patienten 17, bewegbar, insbesondere drehbar. Zur Steuerung des Betriebs der Röntgeneinrichtung 12 ist eine Steuereinrichtung 18 vorgesehen, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es soeben beschrieben wurde, ausgebildet ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- A. Borsdorf et al., „Separate CT-Reconstruction for 3D Wavelet Based Noise Reduction Using Corelation Analysis”, in Yu, Bo (Eds.), IEEE NSS/MIC Conference Record (IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, Honolulu, USA, 27.10.–03.11.2007), 2007, Seiten 2633 bis 2638 [0006]
- A. Borsdorf et al. [0023]
