DE102014210420A1

DE102014210420A1 - Method for reducing truncation artifacts and x-ray equipment

Info

Publication number: DE102014210420A1
Application number: DE102014210420.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Bauer; Yan Xia
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Verfahren zur Reduzierung von aufgrund einer Trunkierung entstehenden Artefakten bei der Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Zielbereichs (18) eines Patienten, insbesondere eines Kopfes (4) eines Patienten, aus unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen mit einer Röntgeneinrichtung (26) aufgenommenen, zweidimensionalen Projektionsbildern (17), wobei für jedes Projektionsbild (17) in aufgrund der Trunkierung nicht aufgenommenen Trunkierungsanteilen (20) des Projektionsbildes (17) für die Rekonstruktion benötigte Abschätzungsdaten ermittelt werden, wobei bei der Ermittlung der Abschätzungsdaten eine die Begrenzung (22) des Patienten wenigstens in den Trunkierungsanteilen (20) beschreibende Begrenzungsinformation berücksichtigt wird. Method for reducing artefacts resulting from truncation in the reconstruction of a three-dimensional image data set of a target area (18) of a patient, in particular a head (4) of a patient, from two-dimensional projection images (17) taken under different projection directions with an x-ray device (26), wherein for each projection image (17) truncation portions (20) of the projection image (17) required for the reconstruction are determined for the reconstruction, wherein the boundary (22) of the patient at least in the truncation portions (20 ) limiting information is considered.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von aufgrund einer Trunkierung entstehenden Artefakten bei der Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Zielbereichs eines Patienten, insbesondere eines Kopfes eines Patienten, aus unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen mit einer Röntgeneinrichtung aufgenommenen, zweidimensionalen Projektionsbildern, wobei für jedes Projektionsbild in aufgrund der Trunkierung nicht aufgenommenen Trunkierungsanteilen des Projektionsbildes für die Rekonstruktion benötigte Abschätzungsdaten ermittelt werden. Daneben betrifft die Erfindung eine Röntgeneinrichtung. The invention relates to a method for reducing artifacts resulting from truncation in the reconstruction of a three-dimensional image data set of a target area of a patient, in particular a head of a patient from two-dimensional projection images taken under different projection directions with an X-ray device, wherein for each projection image in due to the truncation Unrecognized truncation portions of the projection image for the reconstruction required estimation data are determined. In addition, the invention relates to an X-ray device.

Bei der Computertomographie und verwandten Verfahren, bei denen ein dreidimensionaler Bilddatensatz aus einer Mehrzahl von zweidimensionalen, aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommenen Projektionsbildern rekonstruiert wird, wird ionisierende Strahlung, nämlich Röntgenstrahlung, verwendet. Eine Reduzierung der Röntgenstrahlung, die für einen Computertomographie-Scan oder dergleichen benötigt wird, ist sowohl für den Patienten als auch für gegebenenfalls anwesende weitere Personen anstrebenswert. Daher wurde vorgeschlagen, bei der Computertomographie und ähnlichen Verfahren die Dosis wesentlich zu reduzieren, indem durch Kollimierung Röntgenstrahlen außerhalb eines vordefinierten interessierenden Volumens (VOI – Volume of interest) während der Aufnahme abgeblockt werden. Dabei tritt jedoch das Problem der Trunkierung auf, da das Objekt nicht bis zu seinen Begrenzungen, also vollständig, aufgenommen wird, so dass Probleme mit herkömmlichen Rekonstruktionsalgorithmen, beispielsweise dem Feldkamp-Algorithmus, auftreten. Denn, wird beispielsweise von der meist verwendeten Kreistrajektorie ausgegangen, die Röntgenstrahlen für jedes trunkierte Projektionsbild durchqueren das gesamte aufzunehmende Objekt, hier den Patienten, nehmen dieses jedoch wiederum senkrecht dazu nicht auf, was bei der Rekonstruktion zu Inkonsistenzen und somit Artefakten führt. In computed tomography and related methods, in which a three-dimensional image data set is reconstructed from a plurality of two-dimensional projection images taken from different projection directions, ionizing radiation, namely X-radiation, is used. A reduction in X-ray radiation needed for a computed tomography scan or the like is desirable for both the patient and any other individuals present. Therefore, in computed tomography and similar methods, it has been proposed to substantially reduce the dose by blocking X-rays beyond a predefined volume of interest (VOI) during capture by collimation. However, the problem of truncation occurs because the object is not taken up to its limits, ie completely, so that problems occur with conventional reconstruction algorithms, for example the Feldkamp algorithm. For example, if the most commonly used circular trajectory is used, the x-rays for each truncated projection image traverse the entire object to be recorded, in this case the patient, but in turn do not take it perpendicularly, which leads to inconsistencies and therefore artifacts during the reconstruction.

Für das Problem dieser Trunkierungsartefakte sind bereits einige Lösungen vorgeschlagen worden, die meist mit Abschätzungsdaten für die in den Projektionsbildern nicht enthaltenen, benötigten Anteile arbeiten. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, trunkierte Daten auf der Basis anthropomorpher Heuristiken abzuschätzen, wobei ein bekanntes Beispiel die Annahme eines Wasserzylinders für Körperteile des Patienten ist. Beispielhafte Verfahren sind aus Artikeln von J. Hsieh et al., „A novel reconstruction algorithm to extend the CT scan field-of-view“, Medical Physics, Vol. 31, No. 9, Seiten 2385–2391, 2004 , und K. Sourbelle et al., „Reconstruction from truncated projections in CT using adaptive detruncation”, European Radiology, Vol. 15, Nr. 5, Seiten 1008 bis 1014, 2005 , bekannt. Diese Art der Detrunkation hat jedoch den Nachteil, dass äußerst vereinfachende Annahmen getroffen werden, die auch weiterhin in Rekonstruktionsartefakten resultieren, beispielsweise verbleibenden Cupping-Artefakten und fehlerhaften HU-Werten. Auch aus dem Bereich der Abschätzung von trunkierten Daten (Detrunkierung) ist es bekannt, die entsprechenden Abschätzungsdaten von einem patientenspezifischen vorherigen nicht trunkierten Computertomographiebilddatensatz abzuleiten, indem in den Projektionsrichtungen der Projektionsbilder vorwärtsprojiziert wird. Ein beispielhaftes Verfahren dieser Art ist aus D. Kolditz et al., „Volume-of-interest (VOI) imaging in C-arm flat-detector CT for high image quality at reduced dose“, Medical Physics 37(6), 2719–2730, 2010 , bekannt. Dieses Vorgehen hat jedoch den Nachteil, dass vorherige nicht trunkierte Computertomographiescans verfügbar sein müssen, mithin der Patient doch zusätzlicher ionisierender Strahlung ausgesetzt wird. Some solutions have already been proposed for the problem of truncation artefacts, which mostly work with estimation data for the portions not required in the projection images. For example, it has been proposed to estimate truncated data based on anthropomorphic heuristics, a known example being the adoption of a water cylinder for body parts of the patient. Exemplary methods are from articles of J. Hsieh et al., "A novel reconstruction algorithm to extend the CT scan field-of-view", Medical Physics, Vol. 9, pages 2385-2391, 2004 , and K. Sourbelle et al., "Reconstruction from truncated projections in CT using adaptive detruncation", European Radiology, Vol. 15, No. 5, pp. 1008-1014, 2005 , known. However, this type of detruncation has the disadvantage of making extremely simplistic assumptions that continue to result in reconstruction artifacts, such as remaining cupping artifacts and erroneous HU values. It is also known from the field of truncated data estimation (detruncation) to derive the corresponding estimation data from a patient-specific previous non-truncated computed tomography image data set by projecting forward in the projection directions of the projection images. An exemplary method of this kind is out D. Kolditz et al., "Volume-of-interest (VOI) imaging in C-arm flat-detector CT for high image quality at reduced dose", Medical Physics 37 (6), 2719-2730, 2010 , known. However, this procedure has the disadvantage that prior non-truncated computed tomography scans must be available, so that the patient is exposed to additional ionizing radiation.

Vorgeschlagen wurde ferner die Verwendung von Rekonstruktionsalgorithmen, die robust gegenüber der Trunkierung sein sollen. Ein Beispiel hierfür ist aus einem Artikel von F. Dennerlein und A. Maier, „Approximate truncation robust computed tomography – ATRACT“, Physics in Medicine and Biology, Vol. 58, Seiten 6133–6148, 2013 , bekannt. Diese neuartigen Algorithmen zeigen jedoch auch häufig verbleibende Rekonstruktionsartefakte und leiden unter Offset- und Skalierungsproblemen. It has also been proposed to use reconstruction algorithms that are robust to truncation. An example of this is from an article by F. Dennerlein and A. Maier, "Approximate Truncation Robust Computed Tomography - ATRACT", Physics in Medicine and Biology, Vol. 58, pp. 6133-6148, 2013 , known. However, these novel algorithms also often show residual reconstruction artifacts and suffer from offset and scaling problems.

Schließlich wurde auch vorgeschlagen, die Bildgebung in den trunkierten Bereichen nicht vollständig zu vermeiden, sondern physikalische semitransparente Röntgenfilter anstatt strahlungsundurchlässigen Kollimatoren zu verwenden, so dass die Röntgenstrahlen anstatt einer völligen Abschirmung lediglich abgeschwächt werden, wofür beispielsweise auf den Artikel von S. Schafer et al., „Filtered region of interest cone-beam rotational angiography“, Medical Physics, Vol. 37, Nr. 2, Seiten 694–703, 2010 , verwiesen sei. Finally, it has also been suggested not to completely avoid imaging in the truncated regions, but to use physical semi-transparent X-ray filters instead of radiopaque collimators, so that the X-rays are only attenuated instead of complete shielding, for example the article by S. Schafer et al., "Filtered region of interest cone-beam rotational angiography", Medical Physics, Vol. 37, No. 2, pp. 694-703, 2010 , referenced.

Auch diese Lösung birgt jedoch Nachteile in sich, denn es ist eine zusätzliche Hardware erforderlich und der Patient wird zusätzlicher ionisierender Strahlung im Vergleich zu einem vollständig kollimierten VOI-Scan ausgesetzt. Potentiell ergeben sich dabei nur festgelegte Größen des interessierenden Volumens, denn wenn herkömmliche Kollimatorblätter verwendet werden, würden überlappende Teile eine erhöhte Abschwächung zur Folge haben. However, this solution also has disadvantages because additional hardware is required and the patient is exposed to additional ionizing radiation as compared to a fully collimated VOI scan. Potentially, only fixed sizes of the volume of interest result, because if conventional collimator blades are used, overlapping parts would result in increased attenuation.

Ersichtlich haben alle hier genannten bisherigen Lösungsansätze Nachteile, nachdem beispielsweise Artefakte nicht im gewünschten Maße reduziert werden oder die Strahlenbelastung des Patienten zu stark bleibt. Obviously, all previous approaches mentioned here have disadvantages, for example, if artefacts are not reduced to the desired extent or the patient's radiation exposure remains too strong.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur verbesserten Abschätzung von trunkierten Daten in Projektionsbildern mit äußerst geringer oder gänzlich ohne zusätzliche Belastung durch Röntgenstrahlung anzugeben. The invention is therefore based on the object to provide a possibility for improved estimation of truncated data in projection images with extremely low or entirely without additional exposure to X-rays.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei der Ermittlung der Abschätzungsdaten eine die Begrenzung des Patienten wenigstens in dem Trunkierungsanteil beschreibende Begrenzungsinformation berücksichtigt wird. In order to achieve this object, it is provided according to the invention in a method of the type mentioned in the introduction that, in determining the estimation data, a limitation information describing the limitation of the patient at least in the truncation component is taken into account.

Die Erfindung schlägt mithin vor, ein relativ einfach erhältliches Vorabwissen bezüglich der Begrenzung des Patienten im relevanten Bereich zu nutzen, um eine deutliche Verbesserung der Qualität der Abschätzungsdaten und somit eine deutliche Reduzierung von Trunkierungsartefakten zu erreichen. Eine Begrenzung des Patienten in relevanten, durch Abschätzungsdaten zu ergänzenden Bereich lässt sich, wie noch genauer dargelegt werden wird, leicht aus nur äußerst wenigen vorliegenden Röntgenbilddaten oder sonstigen, ohne Röntgenstrahlung ermittelbaren Bilddaten ableiten. Durch die Nutzung der Begrenzungsinformation ergibt sich letztlich ein patientenspezifischer Ansatz zur Schätzung, insbesondere Extrapolation, von trunkierten Projektionsdaten, ohne dass eine große Menge von Vorabwissen benötigt wird. Vorläufige Resultate haben gezeigt, dass der hier beschriebene Zugang sowohl deutlich besser als ohne eine Begrenzung arbeitende Extrapolationsansätze, wie sie beispielsweise eingangs beschrieben wurden, als auch besser als trunkierungsrobuste Rekonstruktionsalgorithmen arbeitet, was die Bildqualität und verbleibende Artefakte angeht. Die Berücksichtigung der Begrenzung führt letztlich dazu, dass überall dort, wo kein Körper des Patienten vorliegt, als Abschätzungsdaten nur keine Abschwächung anzeigende Projektionsdaten ergänzt werden. The invention therefore proposes to use a relatively easily available prior knowledge of the limitation of the patient in the relevant area in order to achieve a significant improvement in the quality of the estimation data and thus a significant reduction of Trunkierungsartefakten. As will be explained in more detail, limiting the patient to relevant areas to be supplemented by estimation data can be easily deduced from only extremely few available X-ray image data or other image data that can be determined without X-ray radiation. The use of constraint information ultimately results in a patient-specific approach for estimating, in particular extrapolating, truncated projection data without the need for a large amount of prior knowledge. Preliminary results have shown that the approach described here works much better than non-limiting extrapolation approaches, as described for example at the outset, and better than truncation-robust reconstruction algorithms in terms of image quality and residual artifacts. The consideration of the limitation ultimately leads to the fact that everywhere where there is no body of the patient, only attenuation-indicating projection data are added as estimation data.

Die Trunkierungsanteile, in denen die Abschätzungsdaten zu den aufgenommenen Projektionsdaten ergänzt werden sollen, bestimmen sich dabei danach, ob der Rekonstruktionsalgorithmus Projektionsdaten aus diesen Bereichen für eine möglichst artefaktfreie Rekonstruktion benötigt. Bei den bekannten Kreistrajektorien, in denen die Aufnahmeanordnung der Röntgeneinrichtung um den Patienten herumgedreht wird, werden die trunkierten Projektionsbilder in der Bewegungsrichtung der Aufnahmeanordnung wenigstens soweit ergänzt, dass die Begrenzungen des Objekts vollständig enthalten sind. Im Allgemeinen ist wesentlich, dass einem Bilddatum in dem trunkierten, aufgenommenen Projektionsbild zugeordnete Strahlungswege durch das Objekt möglichst vollständig in den anderen Projektionsbildern enthalten sind, sobald diese um die Abschätzungsdaten ergänzt sind. The truncation components in which the estimation data for the recorded projection data are to be supplemented are determined by whether the reconstruction algorithm requires projection data from these areas for reconstruction that is as free of artifacts as possible. In the known circle trajectories, in which the recording arrangement of the X-ray device is rotated around the patient, the truncated projection images in the direction of movement of the recording arrangement are at least supplemented to the extent that the boundaries of the object are completely contained. In general, it is essential that radiation paths through the object associated with an image data in the truncated, recorded projection image are contained as completely as possible in the other projection images as soon as these are supplemented by the estimation data.

Wie bereits dargelegt wurde, ist es bevorzugt, wenn die Begrenzungsinformation aus mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen und/oder mit einem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung registriert aufgenommenen nichttrunkierten Vorabbilddaten ermittelt werden. Dabei ist die Verwendung von mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Vorabbilddaten bevorzugt, nachdem, wie noch genauer dargelegt werden wird, zur Vorbereitung der Aufnahme der Projektionsbilder üblicherweise ohnehin einige Vorabbilder aufgenommen werden, um Einstellungen der Röntgeneinrichtung zu überprüfen und/oder erst vornehmen zu können. As already stated, it is preferred if the limiting information is determined from non-truncated pre-image data recorded with the X-ray device and / or registered with a coordinate system of the X-ray device. In this case, the use of pre-image data recorded by the X-ray device is preferred, since, as will be explained in more detail, some pre-images are usually taken in any case in order to check settings of the X-ray device and / or only to make them in preparation for recording the projection images.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht mithin vor, dass als Vorabbilddaten wenigstens zwei mit der Röntgeneinrichtung in unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommene, nicht trunkierte Vorabbilder verwendet werden. Dabei stehen insbesondere wenigstens zwei der wenigstens zwei Vorabbilder senkrecht aufeinander, um Begrenzungen in zueinander senkrechten virtuellen Ebenen im Patienten erhalten zu können, aus denen die Begrenzungsinformation abgeleitet werden kann. Die mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Vorabbilder haben den Vorteil, dass keine zusätzliche Registrierung erforderlich ist, da die Vorabbilddaten ohnehin im selben Koordinatensystem vorliegen wie die später aufzunehmenden Projektionsbilddaten. A preferred embodiment of the present invention therefore provides that at least two non-truncated pre-images recorded with the X-ray device in different projection directions are used as pre-image data. In particular, at least two of the at least two preliminary images stand perpendicular to one another in order to be able to obtain boundaries in mutually perpendicular virtual planes in the patient, from which the boundary information can be derived. The pre-images recorded with the X-ray device have the advantage that no additional registration is required, since the pre-image data are present anyway in the same coordinate system as the projection image data to be recorded later.

Wie bereits dargelegt wurde, werden mit besonderem Vorteil die Vorabbilder zur Überprüfung der Positionierung des Patienten und/oder zur Einstellung von Bildaufnahmeparametern für die Projektionsbilder aufgenommen. Beispielsweise werden zur Überprüfung, ob sich der aufzunehmende Zielbereich, also das interessierende Volumen, im Isozentrum der Röntgeneinrichtung befindet, meist bestimmte Vorabbilder mit der Röntgeneinrichtung aufgenommen, insbesondere ein frontal aufgenommenes Vorabbild und ein lateral aufgenommenes Vorabbild, die beispielsweise bei Verwendung einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen Rotationswinkeln des C-Bogens von 0° und von 90° entsprechen können. Diese Bilder liefern bereits Begrenzungen in zueinander senkrechten gedachten Ebenen durch den Körper des Patienten. Häufig wird, insbesondere bei Röntgeneinrichtungen mit einem C-Bogen, auch ein drittes Vorabbild aufgenommen, und zwar unmittelbar vor der tatsächlichen Aufnahme der Projektionsbilder, also in der Startposition der Aufnahmeanordnung, um die Belichtungsautomatik (automatic exposure control – AEC) zu initialisieren. Auch wenn diese fluoroskopieartigen Vorabbilder ohne jede Kollimierung aufgenommen werden müssen, werden sie doch bei Verwendung einer sehr niedrigen Dosis aufgenommen. As already explained, the preliminary images for checking the positioning of the patient and / or for setting image acquisition parameters for the projection images are recorded with particular advantage. For example, in order to check whether the target area to be recorded, ie the volume of interest, is located in the isocenter of the x-ray device, certain preliminary images are usually taken with the x-ray device, in particular a frontal image and a laterally recorded preliminary image which, for example when using an x-ray device with a c Arc angles of rotation of the C-arc of 0 ° and 90 ° can correspond. These images already provide boundaries in mutually perpendicular imaginary planes through the patient's body. Frequently, in particular with X-ray systems with a C-arm, a third pre-image is also taken immediately before the actual recording of the projection images, ie in the starting position of the recording arrangement, in order to initialize the automatic exposure control (AEC). Although these fluoroscopic images must be recorded without any collimation, they are still recorded when using a very low dose.

Die minimale Voraussetzung für das hier beschriebene Vorgehen sind jedoch zwei Vorabbilder, die Projektionen unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen, insbesondere also unterschiedlichen Projektionswinkeln, entsprechen. Das ideale Ergebnis wird dabei mit zueinander senkrechten Vorabbildern erreicht. Die Idee ist es also, diese in dünner Besetzung vorliegenden Vorabbilddaten, die ohnehin aufgenommen werden, für eine datengetriebene Abschätzung der Begrenzung des Patienten in den Trunkierungsanteilen zu nutzen, um eine Detrunkierung für die Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes vornehmen zu können. Das bedeutet, es entstehen, nachdem die Vorabbilder ohnehin aufgenommen werden müssen, keine zusätzlichen „Kosten“ hinsichtlich der Röntgenstrahlendosis. Der erfindungsgemäße Ansatz benutzt daher eine deutlich geringere Strahlungsdosis als bekannte Techniken, die einen vollständigen Scan des Patienten durchführen oder semitransparente Filter einsetzen. However, the minimum prerequisite for the procedure described here are two preliminary images which correspond to projections under different projection directions, in particular therefore to different projection angles. The ideal result is achieved with mutually perpendicular pre-images. The idea is therefore to use these thin-cast pre-image data, which are recorded anyway, for a data-driven estimation of the limitation of the patient in the truncation portions, in order to be able to make a drone for the reconstruction of the three-dimensional image data set. This means that after the preliminary images have to be taken anyway, there are no additional "costs" with regard to the X-ray dose. The approach according to the invention therefore uses a significantly lower radiation dose than known techniques which perform a complete scan of the patient or use semitransparent filters.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zunächst als Basisdaten eine Begrenzung größter Ausdehnung des Patienten in wenigstens einer Ebene durch Segmentierung des Patienten in wenigstens zwei Vorabbildern ermittelt wird. In a preferred embodiment of the present invention, it is provided that, firstly, as the basic data, a limitation of the greatest extent of the patient in at least one plane is determined by segmentation of the patient in at least two pre-images.

Zur Ermittlung der dreidimensionalen Form des Patienten wird also zunächst eine Segmentierung durchgeführt, die in wenigstens zwei Ebenen eine Begrenzung des Patienten um den Zielbereich herum enthält. Es wird mithin angenommen, dass die durch Segmentierung in dem ja als Projektion aufgenommenen Vorabbild erhaltene Begrenzung, die die größte Ausdehnung des Patienten entlang der Röntgenstrahlenrichtung (Projektionsrichtung) beschreibt, in einer bestimmten, gedachten Ebene durch den Patienten liegt, insbesondere einer Mittenebene. Ausgehend von dieser, weiterhin in den meisten Fällen eher dünn besetzten Information, kann nun die Begrenzung in nicht durch die Vorabbilder abgedeckten Ebenen abgeschätzt werden. In order to determine the three-dimensional shape of the patient, a segmentation is thus initially carried out which contains a boundary of the patient around the target area in at least two levels. It is therefore assumed that the boundary obtained by segmentation in the projection image, which is indeed projected, which describes the greatest extent of the patient along the X-ray direction (projection direction), lies in a specific, imaginary plane through the patient, in particular a middle plane. On the basis of this information, which in most cases remains rather sparsely populated, the limitation in levels not covered by the preliminary images can now be estimated.

Hierzu sieht eine konkrete Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass in insbesondere zu den Ebenen, in denen die Basisdaten bestimmt wurden, senkrechten und/oder im dreidimensionalen Bilddatensatz zu rekonstruierenden Rekonstruktionsebenen, die insbesondere den Patienten zumindest bezüglich der Trunkierungsanteile vollständig abdecken, eine extrapolierte Begrenzung aufgrund der aus den Basisdaten ermittelbaren Stützpunkte bestimmt wird. Die Abschätzung der Form des Patienten kann also bevorzugt schichtweise erfolgen, wobei jeweils eine zweidimensionale Begrenzung pro Schicht bzw. gedachter Ebene durch den Patienten bestimmt wird, woraus, beispielsweise durch Regularisierung, dann auch eine vollständige dreidimensionale Beschreibung der Begrenzung des Patienten als Begrenzungsinformation erhalten werden kann. Selbstverständlich ist es alternativ auch möglich, die Abschätzung der Begrenzung des Patienten ausgehend von den „Stützebenen“ unmittelbar dreidimensional durchzuführen. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die bereits erwähnten, zur Überprüfung der Positionierung verwendeten Vorabbilder eingesetzt werden, also als Vorabbilder eine Frontalaufnahme und eine Lateralaufnahme, die senkrecht aufeinander stehen, verwendet werden, so dass dann auch die gedachten Ebenen durch den Patienten, in denen die segmentierten Begrenzungen liegend angenommen werden, senkrecht zueinander stehen. Es sei in diesem Zusammenhang noch darauf hingewiesen, dass selbstverständlich derartige zueinander senkrecht stehende Vorabbilder unter Verwendung einer Biplan-Röntgeneinrichtung aufgenommen werden können. For this purpose, a concrete embodiment of the present invention provides that, in particular to the planes in which the basic data were determined, vertical and / or reconstruction planes to be reconstructed in the three-dimensional image data set, which completely cover the patient, at least with respect to the truncation portions, an extrapolated boundary the determined from the basic data points is determined. The estimation of the shape of the patient can therefore preferably be carried out in layers, wherein a two-dimensional boundary per layer or imaginary plane is determined by the patient, from which, for example, by regularization, then a full three-dimensional description of the limitation of the patient can be obtained as limiting information , Of course, it is alternatively also possible to carry out the estimation of the limitation of the patient directly from the "support levels" directly in three dimensions. In this context, it is particularly advantageous if the previously mentioned preliminary images used for checking the positioning are used, that is to say as front images a frontal image and a lateral image that are perpendicular to one another are used, so that then the imaginary planes are also used by the patient, in which the segmented boundaries are assumed lying, perpendicular to each other. It should be noted in this context that, of course, such mutually perpendicular preliminary images can be recorded using a biplane X-ray device.

Zweckmäßigerweise wird die Begrenzungsinformation aus den Vorabbildern unter Verwendung einer Modellannahme für den Patienten, insbesondere einer Annahme einer elliptischen Form wenigstens des relevanten Anteils des Patienten oder unter Verwendung eines B-Spline-Modells, ermittelt wird. Eine derartige Modellannahme kann insbesondere bei der Abschätzung der Begrenzungen ausgehend von Segmentierungsdaten in den Stützebenen, also den gedachten Ebenen durch den Patienten, eingesetzt werden. Die Genauigkeit des Modells kann dabei hauptsächlich davon abhängig gemacht werden, in wie vielen Ebenen tatsächlich Stützbegrenzungen ermittelt wurden. Sind beispielsweise nur in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenen Begrenzungen aus den Vorabbildern bekannt, bietet sich ein einfaches geometrisches Modell, insbesondere eine Kugelform oder ein Ellipsoid, an, während bei Informationen aus einer größeren Anzahl von Ebenen eine detailliertere Modellannahme für die Form getroffen werden kann, beispielsweise ein parametrisches Modell, das durch B-Splines beschrieben wird. Conveniently, the bounding information from the pre-images is determined using a model assumption for the patient, in particular an assumption of an elliptical shape of at least the relevant portion of the patient or using a B-spline model. Such a model assumption can be used in particular when estimating the boundaries based on segmentation data in the support planes, ie the imaginary planes by the patient. The accuracy of the model can be mainly dependent on how many levels support constraints were actually determined. For example, if boundaries from the pre-images are known only in two planes that are perpendicular to one another, a simple geometric model, in particular a spherical shape or an ellipsoid, is available, while with information from a larger number of planes, a more detailed model assumption for the shape can be made. For example, a parametric model described by B-splines.

Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Vorabbildern, die mit der Röntgeneinrichtung aufgenommen wurden, ist es grundsätzlich auch denkbar, andere, bevorzugt mit der Röntgeneinrichtung ohnehin registrierte Bilddaten einzusetzen, wobei beispielsweise vorgesehen sein kann, dass als Vorabbilddaten mit wenigstens einer der Röntgeneinrichtung zugeordneten dreidimensionalen Kamera und/oder wenigstens einer Terahertzkamera aufgenommene Kameradaten verwendet werden. Terahertzkameras wurden insbesondere vorgeschlagen, um eine Form des Patienten auch bei bekleideten und/oder unter einer Decke befindlichen Patienten aufnehmen zu können. Derartige Terahertz-Kameras und/oder dreidimensionale Kameras wurden bislang meist im Kontext der Analyse einer Strahlenbelastung des Patienten eingesetzt. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass die eine Beschreibung der Begrenzung des Patienten enthaltenden Kameradaten auch im Rahmen einer Abschätzung von fehlenden Projektionsdaten in den Trunkierungsanteilen eingesetzt werden. Alternatively, or in addition to the use of pre-images, which were recorded with the X-ray device, it is also conceivable to use other, preferably with the X-ray device registered image data, for example, can be provided as pre-image data with at least one of the X-ray device associated three-dimensional camera and / or at least one terahertz camera recorded camera data can be used. Terahertz cameras have been proposed, in particular, for accommodating a shape of the patient even when the patient is clothed and / or under a blanket. Such terahertz cameras and / or three-dimensional cameras have hitherto mostly been used in the context of the analysis of a radiation exposure of the patient. According to the invention it is now proposed that a description of the Limiting the patient-containing camera data can also be used as part of an estimate of missing projection data in the Trunkierungsanteilen.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, Vorabbilddaten eines mit einer anderen Modalität aufgenommenen Vorabbilddatensatzes, beispielsweise eines Magnetresonanzbilddatensatzes, zu verwenden, welche besonders bevorzugt bei der Auswertung von mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Vorabbildern als Zusatzinformationen eingesetzt werden können. In principle, it is also conceivable to use pre-image data of a pre-image data record, for example a magnetic resonance image data set, which is particularly preferably used as additional information in the evaluation of pre-images recorded with the x-ray device.

Wie bereits erwähnt, ist dann eine Ermittlung der Abschätzungsdaten, insbesondere durch Extrapolation, basierend auf der Begrenzungsinformation, also der abgeschätzten äußeren Form des Patienten, vorgesehen, wobei sich, wie Versuche gezeigt haben, ein hoher Grad von Verlässlichkeit für die Abschätzungsdaten ergibt. Ausgenutzt wird letztlich, dass unter Kenntnis der Begrenzung des Patienten auch die Endpunkte der zu extrapolierenden Profile bekannt sind. Liegt eine dreidimensionale Begrenzung des Patienten beschreibende Begrenzungsinformation vor, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, die Begrenzung in den Projektionsbildern durch Vorwärtsprojektion der dreidimensionalen Begrenzung in der jeweiligen Projektionsrichtung zu ermitteln. Wurde die Begrenzungsinformation unmittelbar für die relevanten Ebenen der Projektionsbilder ermittelt, kann die zugehörige Begrenzung mithin auch unmittelbar übernommen werden. As already mentioned, a determination of the estimation data, in particular by extrapolation, based on the limiting information, that is to say the estimated external form of the patient, is then provided, as has been shown by experiments, resulting in a high degree of reliability for the estimation data. Finally, it is exploited that, knowing the limitation of the patient, the end points of the profiles to be extrapolated are also known. If limiting information describing the patient is present in a three-dimensional boundary, a preferred embodiment of the present invention provides for determining the limitation in the projection images by forward projection of the three-dimensional boundary in the respective projection direction. If the limitation information has been determined directly for the relevant planes of the projection images, the associated boundary can therefore also be adopted directly.

Für die bevorzugt anzuwendende Extrapolation selbst können verschiedene Ansätze, wie sie bereits im Stand der Technik bekannt sind, herangezogen werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Abschätzungsdaten eine ohne Berücksichtigung der Begrenzung ermittelte Extrapolation auf die Begrenzung skaliert wird. Wird beispielsweise zur Extrapolation eine Wasserzylinder-Annahme für den Patienten angesetzt, ergeben sich in den verschiedenen Zeilen des Projektionsbildes verschieden weitreichende Profile. Nachdem die Soll-Profilendpunkte jedoch durch die Begrenzung bekannt und beschrieben sind, können die aus dem herkömmlichen Extrapolationsverfahren ermittelten Profile so skaliert werden, dass sie auch tatsächlich bei der durch die Begrenzungsinformation beschriebenen Begrenzungen einen keine Abschwächung anzeigenden Wert erreichen. Allein durch eine derartige zusätzliche Skalierung bei bekannten Extrapolationstechniken lässt sich schon eine deutliche Reduzierung der Trunkierungsartefakte und eine Verbesserung der Bildqualität erreichen. For the preferred extrapolation itself, various approaches, as already known in the art, can be used. For example, it may be provided that, to determine the estimation data, an extrapolation determined without taking into account the limitation is scaled to the limit. If, for example, a water cylinder assumption is made for the patient for extrapolation, different far-reaching profiles result in the different lines of the projection image. However, after the desired profile end points are known and described by the boundary, the profiles obtained from the conventional extrapolation method can be scaled to actually achieve a no-fade value at the boundaries described by the boundary information. Alone by such an additional scaling in known extrapolation techniques can already achieve a significant reduction of Trunkierungsartefakte and improve the image quality.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Abschätzungsdaten durch Extrapolation derart ermittelt werden, dass bei Erreichen der Begrenzung ein keine Abschwächung beschreibendes Abschätzungsdatum erreicht ist. In diesem Fall geht die Begrenzung bereits als Randbedingung in die Extrapolation ein, welche sich ansonsten auch weiterhin an im Stand der Technik bereits vorgeschlagenen Modellen orientieren kann, beispielsweise dem bereits erwähnten Wasserzylindermodell. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch möglich, ein derartiges, der Extrapolation zugrunde gelegtes Modell selbst zu schaffen oder zu verfeinern. Mithin sieht eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass im Rahmen der Extrapolation ein eine aus der Begrenzungsinformation abgeleitete dreidimensionale Begrenzung des Patienten und wenigstens ein an die dreidimensionale Begrenzung angepasstes anatomisches Objekt enthaltendes, vorwärtszuprojizierendes Vorgabemodell verwendet wird. Wird mithin durch die Begrenzungsinformation eine dreidimensionale Begrenzung des Patienten im relevanten Bereich beschrieben, kann diese vor der Vorwärtsprojektion zum Erhalten der Begrenzungen für bestimmte Projektionsrichtungen auch um weitere, einfach zu beschreibende anatomische Objekte ergänzt werden, die dann zweckmäßigerweise der dreidimensionalen Begrenzung angepasst sind. Ein vorteilhaftes Beispiel ergibt sich beispielsweise bei der Aufnahme von Bilddaten des Kopfes eines Patienten, bei dem das anatomische Objekt die Kalotte, also der Schädelknochen, sein kann. Typische Formen des Schädelknochens und/oder sonstige hinzuzufügende anatomische Objekte lassen sich beispielsweise aus medizinischen Datenbanken, insbesondere medizinischen Atlanten, und dergleichen entnehmen. Auf diese Weise ist eine weitere Verbesserung der Qualität der Abschätzungsdaten möglich. However, provision may also be made for the estimation data to be determined by extrapolation in such a way that, when the limit has been reached, an estimation date which does not describe any attenuation has been reached. In this case, the limitation already enters as a boundary condition in the extrapolation, which otherwise can continue to be based on models already proposed in the prior art, for example the water cylinder model already mentioned. However, it is also possible within the scope of the present invention to create or refine such a model based on the extrapolation itself. Thus, a particularly preferred embodiment of the present invention provides that in the context of extrapolation, a three-dimensional boundary of the patient derived from the boundary information and at least one forward-predictive model containing at least one anatomical object adapted to the three-dimensional boundary is used. If, therefore, the boundary information describes a three-dimensional boundary of the patient in the relevant area, this can also be supplemented by further, easily described anatomical objects before the forward projection for obtaining the boundaries for specific projection directions, which are then expediently adapted to the three-dimensional boundary. An advantageous example results, for example, in the acquisition of image data of the head of a patient, in which the anatomical object can be the calotte, that is the skull bone. Typical shapes of the cranial bone and / or other anatomical objects to be added can be found, for example, in medical databases, in particular medical atlases, and the like. In this way, further improvement of the quality of the estimation data is possible.

Nachdem die Abschätzungsdaten ermittelt wurden, kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein üblicher, grundsätzlich bekannter Rekonstruktionsalgorithmus eingesetzt werden, um den dreidimensionalen Bilddatensatz aus den ergänzten, detrunkierten Projektionsbildern zu rekonstruieren. Beispielsweise kann der bereits grundsätzlich bekannte FDK-Algorithmus eingesetzt werden. After the estimation data has been determined, a conventional, basically known reconstruction algorithm can be used in the context of the method according to the invention in order to reconstruct the three-dimensional image data set from the supplemented, detruncated projection images. For example, the already basically known FDK algorithm can be used.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Röntgeneinrichtung, aufweisend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Bildverarbeitungseinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung übertragen, mit welcher mithin die bereits genannten Vorteile ebenso erhalten werden können. Insbesondere ist also die Weiterbildung eines Bildsystems oder einer sonstigen Bildverarbeitungseinrichtung einer Röntgeneinrichtung möglich, um vollautomatisch bei der Aufnahme eines dreidimensionalen Bilddatensatzes unter Kollimierung auf einen Zielbereich (VOI) das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen und auf diese Weise Trunkierungsartefakte zu reduzieren. Bei der Röntgeneinrichtung kann es sich insbesondere um eine Computertomographieeinrichtung oder eine Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen, an dem sich gegenüber ein Röntgenstrahler und ein Röntgendetektor angeordnet sind, handeln. Grundsätzlich lässt sich eine derartige Bildverarbeitungseinrichtung selbstverständlich auch extern zu einer Röntgeneinrichtung realisieren. In addition to the method, the invention also relates to an X-ray device, comprising an image processing device designed to carry out the method according to the invention. All statements relating to the method according to the invention can be analogously transferred to the X-ray device according to the invention, with which therefore the already mentioned advantages can also be obtained. In particular, therefore, the development of an image system or other image processing device of an X-ray device is possible to fully automatically when taking a three-dimensional image data set under Collimating to a target area (VOI) perform the method according to the invention and in this way to reduce truncation artefacts. The X-ray device can in particular be a computed tomography device or an X-ray device with a C-arm, on which an X-ray emitter and an X-ray detector are arranged opposite one another. In principle, such an image processing device can of course also be implemented externally to an X-ray device.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen: Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawing. Showing:

1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention,

2 eine Skizze zur Aufnahme eines ersten Vorabbildes und einer entsprechenden Ableitung einer Begrenzung des Patienten, 2 a sketch for taking a first preliminary image and a corresponding derivation of a boundary of the patient,

3 eine 2 entsprechende Darstellung für ein zweites Vorabbild, 3 a 2 corresponding representation for a second preliminary image,

4 eine Skizze zur Ermittlung von Begrenzungen des Patienten in Ebenen senkrecht zu denen der Vorabbilder der 2 und 3, 4 a sketch to determine boundaries of the patient in planes perpendicular to those of the preliminary images of 2 and 3 .

5 ein nichttrunkiertes Projektionsbild, 5 a non-truncated projection image,

6 ein trunkiertes Projektionsbild, 6 a truncated projection image,

7 einen Graphen zur Extrapolation der Abschätzungsdaten, und 7 a graph for extrapolation of the estimation data, and

8 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung. 8th an X-ray device according to the invention.

1 zeigt einen schematischen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es beispielsweise an einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen zur Aufnahme eines Zielbereichs im Kopf eines Patienten durchgeführt werden kann. 1 shows a schematic flowchart of an embodiment of the method according to the invention, as can be performed, for example, on an X-ray device with a C-arm for receiving a target area in the head of a patient.

Dabei werden zunächst, nachdem der Patient zur Bildaufnahme positioniert wurde, zur Überprüfung der Positionierung ein frontales zweidimensionales, nichttrunkiertes Röntgenbild des Kopfes in einem Schritt S1 und ein entsprechendes laterales nichttrunkiertes Röntgenbild des Kopfes des Patienten in einem Schritt S2 aufgenommen. Optional kann in einem Schritt S3 ein weiteres Vorabbild aufgenommen werden, und zwar ein nichttrunkiertes Vorabbild des Kopfes des Patienten zur Einstellung von Belichtungsparametern. Die Vorabbilder werden dabei mit einer möglichst geringen Röntgendosis aufgenommen, um den Patienten nicht zu belasten. In this case, first, after the patient has been positioned for image acquisition, a frontal two-dimensional, non-truncated X-ray image of the head is taken in a step S1 and a corresponding lateral non-truncated X-ray image of the patient's head in a step S2 to check the positioning. Optionally, another pre-image may be taken in a step S3, namely a non-truncated pre-image of the patient's head for setting exposure parameters. The preliminary images are recorded with the lowest possible X-ray dose in order not to burden the patient.

Aus den in den Schritten S1, S2 und gegebenenfalls S3 aufgenommenen Vorabbildern werden nun in jeweiligen Schritten S4 durch Segmentierung Begrenzungen des Kopfes des Patienten in den entsprechenden Ebenen größter Ausdehnung des Kopfes, wie sie in den jeweiligen Projektionsrichtungen ermittelt werden, bestimmt. From the pre-images recorded in steps S1, S2 and possibly S3, boundaries of the head of the patient in the corresponding planes of greatest extent of the head, as determined in the respective projection directions, are now determined in respective steps S4 by segmentation.

Die sei schematisch anhand der 2 und 3 näher erläutert. The is schematically based on the 2 and 3 explained in more detail.

2 zeigt zunächst die Konfiguration bei der Aufnahme eines frontalen Vorabbildes. Schematisch gezeigt ist die Aufnahmeanordnung mit dem Röntgenstrahler 1 und dem Röntgendetektor 2, wobei zudem der Erfassungsbereich 3 angedeutet ist. Innerhalb dieses Erfassungsbereichs liegt vollständig der Kopf 4 des Patienten, wobei er frontal belichtet wird. Aus einem derart aufgenommenen Vorabbild lässt sich, wie durch den Pfeil 5 angedeutet, eine Begrenzung 6 des Kopfes 4 in der Frontalebene ermitteln. 2 shows first the configuration when taking a frontal preview image. Schematically shown is the recording arrangement with the X-ray source 1 and the X-ray detector 2 , where also the coverage area 3 is indicated. Within this detection area lies completely the head 4 of the patient, being exposed frontally. From such a recorded image can be, as by the arrow 5 implied, a limitation 6 Of the head 4 at the frontal level.

Analog zeigt 3 die Konfiguration bei der Aufnahme eines lateralen Vorabbildes. Ersichtlich wird hier der Kopf 4 von der Seite durchleuchtet. Aus dem resultierenden Vorabbild lässt sich, vgl. Pfeil 7, eine weitere Begrenzung 8 des Kopfes 4 in einer lateralen Ebene bestimmen, die senkrecht auf der Frontalebene steht, in der die Begrenzung 6 bekannt ist. Analog shows 3 the configuration when taking a lateral pre-image. Visible here is the head 4 from the side. From the resulting preliminary image, cf. arrow 7 , another limit 8th Of the head 4 determine in a lateral plane that is perpendicular to the frontal plane in which the boundary 6 is known.

Die Begrenzungen 6, 8 werden als Basisdaten verwendet, um hierauf aufbauend in einem Schritt S5, vgl. wiederum 1, auch eine dreidimensionale Begrenzung des Kopfes 4 des Patienten abzuschätzen, was vorliegend anhand von 4 näher erläutert werden soll. Um eine dreidimensionale Begrenzung des Kopfes 4 abzuleiten, werden zunächst eine Vielzahl von Ebenen 9, 10 betrachtet, die senkrecht zu den Ebenen, in denen die Begrenzungen 6 und 8 vorliegen, sind. Daraus ergibt sich aber, dass, wie in 4 dargestellt, für jede Ebene 9, 10 zwei Stützpunkte 11 durch die Begrenzung 6 bekannt sind, zwei weitere Stützpunkte 12 durch die Begrenzung 8. The limits 6 . 8th are used as basic data, to be based on this in step S5, cf. in turn 1 , also a three-dimensional boundary of the head 4 of the patient, which in the present case is based on 4 will be explained in more detail. Around a three-dimensional boundary of the head 4 Initially, a variety of levels are derived 9 . 10 considered perpendicular to the planes in which the boundaries 6 and 8th are present. It follows, however, that, as in 4 represented, for each level 9 . 10 two bases 11 through the limitation 6 are known, two more bases 12 through the limitation 8th ,

Nachdem vorliegend nur zwei zueinander senkrechte Ebenen mit bekannten Begrenzungen betrachtet werden, wird ein einfaches geometrisches Modell für den Verlauf der Begrenzungen 13, 14 in den Ebenen 9, 10 angenommen, vorliegend ein elliptisches Modell. Das bedeutet, die Stützpunkte 11, 12 in den Ebenen 9, 10 werden jeweils durch eine Ellipse zu einer Begrenzung 13, 14 ergänzt. Having considered only two mutually perpendicular planes with known boundaries, a simple geometric model for the course of the boundaries will be considered 13 . 14 in the levels 9 . 10 Assuming here an elliptical model. That means the bases 11 . 12 in the levels 9 . 10 are each by an ellipse to a limit 13 . 14 added.

Insbesondere dann, wenn weitere Stützpunkte aus anderen Ebenen vorliegen, beispielsweise das Vorabbild des Schrittes S3 auch in einer anderen Ebene aufgenommen wurde, können auch komplexere Modelle angesetzt werden, beispielsweise ein B-Spline-Modell. Durch Regularisierung lässt sich aus den zweidimensionalen Begrenzungen 13, 14 in den Ebenen 9, 10, wobei selbstverständlich eine Vielzahl weiterer Ebenen zu den in 4 betrachteten berechnet wird, eine dreidimensionale Begrenzung des Kopfes 4 als Begrenzungsinformation ableiten. In particular, if there are further interpolation points from other planes, for example the pre-image of step S3 has also been recorded in another plane, then too more complex models, such as a B-spline model. By regularization can be derived from the two-dimensional boundaries 13 . 14 in the levels 9 . 10 , of course, a variety of other levels to those in 4 is calculated, a three-dimensional boundary of the head 4 derive as limiting information.

Am Ende des Schrittes S5 liegt also die Begrenzungsinformation, eine dreidimensionale Begrenzung des Kopfes des Patienten, vor. At the end of step S5, therefore, the limiting information, a three-dimensional boundary of the patient's head, is present.

Um einen dreidimensionalen Bilddatensatz des interessierenden Zielbereichs (VOI) des Patienten rekonstruieren zu können, werden in einem Schritt S6, wiederum 1, Projektionsbilder unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen durch Rotation der Aufnahmeanordnung um den Patienten, hier konkret den Kopf 4, aufgenommen. Dabei wird eine Kollimierung derart vorgenommen, dass tatsächlich nur der eigentlich interessierende Zielbereich, also das interessierende Volumen (VOI), aufgenommen wird. Das bedeutet aber, dass insbesondere in Richtung der Fortsetzung der hier kreisförmigen Aufnahmetrajektorie durch die Projektionsbilder nicht mehr der gesamte Kopf 4 aufgenommen wird; die Projektionsbilder sind also trunkiert. Dies sei durch die 5 und 6 näher erläutert. In order to be able to reconstruct a three-dimensional image data record of the target region of interest (VOI) of the patient, in a step S6, in turn 1 , Projection images under different projection directions by rotation of the recording arrangement around the patient, specifically the head here 4 , added. In this case, collimation is performed in such a way that in fact only the target area of interest, ie the volume of interest (VOI), is recorded. However, this means that in particular in the direction of the continuation of the circular recording trajectory here through the projection images no longer the entire head 4 is recorded; the projection images are truncated. This is through the 5 and 6 explained in more detail.

5 zeigt zunächst schematisch ein nicht trunkiertes Projektionsbild 15. Ersichtlich ist der Kopf 4 mit seinen Begrenzungen hier klar zu erkennen, wie auch zentral die nur angedeuteten eigentlich interessierenden Strukturen 16. Bei einem trunkierten, mit Kollimierung aufgenommenen Projektionsbild 17 liegen nur im Zielbereich 18 (VOI) Bilddaten vor. Dieser besitzt in der Schnittrichtung in der Ebene, in der die kreisförmige Aufnahmetrajektorie liegt, mit der Bildebene eine Ausdehnung 19, die ersichtlich nicht ausreichend ist, um den Kopf 4 in dieser Richtung gänzlich zu erfassen. Nachdem aber beispielsweise bei dem senkrecht zum Projektionsbild 17 stehenden Projektionsbild der Kopf 4 vollständig durchleuchtet wird, kann es bei der Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes nur auf Basis der trunkierten Projektionsbilder zu Artefakten kommen. 5 first shows schematically a non-truncated projection image 15 , The head is visible 4 with its limitations clearly visible here, as well as centrally the only indicated actually interesting structures 16 , In a truncated, recorded with collimation projection image 17 are only in the target area 18 (VOI) image data. This has in the cutting direction in the plane in which the circular recording trajectory is located, with the image plane an extension 19 that is obviously not sufficient to the head 4 to grasp completely in this direction. But after, for example, in the perpendicular to the projection image 17 standing projection image of the head 4 is fully illuminated, it can come in the reconstruction of a three-dimensional image data set only on the basis of truncated projection images to artifacts.

Dies kann vermieden werden, indem in den für die korrekte Rekonstruktion benötigten Trunkierungsanteilen 20 Abschätzungsdaten ermittelt werden, die einen vermutlichen Verlauf der nicht vorhandenen Projektionsdaten wiedergeben. Von der Qualität dieser Abschätzungsdaten hängt letztlich auch die Qualität des dreidimensionalen Bilddatensatzes ab, der aus den um die Abschätzungsdaten in den Trunkierungsanteilen 20 ergänzten Projektionsbilddaten des Zielbereichs 18 rekonstruiert werden soll. This can be avoided by adding truncation components needed for correct reconstruction 20 Estimation data are determined that reflect a probable course of non-existent projection data. Ultimately, the quality of the three-dimensional image dataset depends on the quality of this estimation data, that of the estimation data in the truncation portions 20 supplemented projection image data of the target area 18 to be reconstructed.

In dem in 1 dargestellten Verfahren wird nun die die Begrenzung des Kopfes 4 beschreibende Begrenzungsinformation bei der Ermittlung der Abschätzungsdaten in den Trunkierungsanteilen 20 berücksichtigt, da bekannt ist, dass die aus den Projektionsbilddaten im Zielbereich 18 extrapolierten Abschätzungsdaten an der entsprechenden Begrenzung einen keine Abschwächung anzeigenden Wert erreichen sollten. In the in 1 The method now shown is the limitation of the head 4 descriptive bounding information in determining the estimation data in the truncation portions 20 considered, since it is known that from the projection image data in the target area 18 extrapolated estimate data should reach a no-fade value at the corresponding boundary.

Zunächst wird jedoch in einem Schritt S7 für jedes Projektionsbild 17 die Begrenzung des Kopfes 4 in der entsprechenden Projektionsrichtung durch Vorwärtsprojektion der dreidimensionalen Begrenzung in den Begrenzungsinformationen ermittelt. First, however, in a step S7 for each projection image 17 the limitation of the head 4 determined in the corresponding projection direction by forward projection of the three-dimensional boundary in the boundary information.

Sodann findet in einem Schritt S8 eine die Grenzen des Kopfes 4 berücksichtigende Detrunkierung der Projektionsdaten, also eine Ermittlung der Abschätzungsdaten, durch Extrapolation statt, was auf verschiedene Art und Weise geschehen kann, wie zunächst anhand der 7 näher erläutert. Then, in a step S8, one finds the boundaries of the head 4 Considering detrimentation of the projection data, ie a determination of the estimation data, by extrapolation instead, which can be done in various ways, as first using the 7 explained in more detail.

Der in 7 gezeigte Graph zeigt Abschwächungswerte A gegen die Pixelzahl einer Zeile des Röntgendetektors 2 aufgetragen. Dabei betrifft zunächst die zur Veranschaulichung auch außerhalb des durch die Ausdehnung 19 bezeichneten Zielbereichs 18 fortgesetzte Kurve 21 die Projektionsdaten, die innerhalb des Zielbereichs 18 tatsächlich in den Projektionsbildern 17 enthalten sind, außerhalb des Zielbereichs 18 jedoch nur in einem untrunkierten Projektionsbild aufgenommen würden. Es ist jedoch deutlich zu erkennen, dass die Projektionsdaten der Kurve 21 an den Begrenzungen 22 des Kopfes 4, wie sie aus der Begrenzungsinformation hervorgehen, eine Abschwächung von 0 erreichen. Die Kurve 23, nur außerhalb des Zielbereichs 18 vorhanden, zeigt eine Extrapolation nach einem herkömmlichen Verfahren, die unter Verwendung der Wasserzylinder-Annahme ermittelt wurde. Hieraus ergibt sich bereits eine erste Möglichkeit zur Ermittlung von Abschätzungsdaten unter Berücksichtigung der Begrenzungsinformation, nämlich derartige herkömmlich extrapolierte Verläufe wie die Kurven 23 zu den Begrenzungen 22 hin zu skalieren, woraus sich die Kurven 24 (konsequenterweise wieder nur außerhalb des Zielbereichs 18) ergeben. The in 7 The graph shown shows attenuation values A against the pixel number of one line of the X-ray detector 2 applied. In the first case, this also applies to the outside by extension 19 designated target area 18 continued curve 21 the projection data within the target area 18 actually in the projection pictures 17 are included outside the target area 18 but would be recorded only in an untruncated projection image. However, it can be clearly seen that the projection data of the curve 21 at the limits 22 Of the head 4 as they result from the bounding information, achieve an attenuation of 0. The curve 23 , just outside the target area 18 shows an extrapolation according to a conventional method, which was determined using the water cylinder assumption. This results in a first possibility for the determination of estimation data taking into account the limitation information, namely such conventionally extrapolated characteristics as the curves 23 to the limits 22 scale, which gives the curves 24 (consequently again only outside the target area 18 ).

Es ist jedoch auch möglich, einen speziell auf das Erreichen einer Abschwächung von 0 an den Begrenzungen 22 abgestimmten Extrapolationsalgorithmus zu verwenden, der also von Haus aus Abschätzungsdaten liefert, deren Verlauf an den Begrenzungen 22 bei einer Abschwächung von 0 endet. In diesem Zusammenhang sind auch Ausgestaltungen des Verfahren im Schritt S8 denkbar, bei denen das durch die dreidimensionale Begrenzung der Begrenzungsinformation gebildete Vorgabemodell um anatomische Objekte ergänzt wird, die an die Begrenzung angepasst werden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise die Kalotte, also den Schädelknochen. Dann ergibt sich durch die Vorwärtsprojektion unter Berücksichtigung des eingefügten anatomischen Objekts auch eine Vorgabe, die bei der Extrapolation berücksichtigt werden kann, so dass beispielsweise auch der in 7 durch den Peak 25 angedeutete Schädelknochen berücksichtigt ist. However, it is also possible to have one specifically aimed at achieving an attenuation of 0 at the boundaries 22 to use a matched extrapolation algorithm, which thus provides inherently estimation data whose history at the boundaries 22 ends with a weakening of 0. In this context, embodiments of the method in step S8 are conceivable in which the default model formed by the three-dimensional limitation of the boundary information is supplemented by anatomical objects that are adapted to the limit, in the present embodiment, for example, the calotte, so the Skull bone. Then, due to the forward projection, taking into account the inserted anatomical object, there is also a specification that can be taken into account in the extrapolation, so that, for example, the in 7 through the peak 25 indicated skull bone is considered.

Wurden die Abschätzungsdaten im Schritt S8 verwendet, werden die um die Abschätzungsdaten ergänzten Projektionsbilder 17 verwendet, um einen dreidimensionalen Bilddatensatz, wie grundsätzlich bekannt, im Schritt S9 zu rekonstruieren. Hierzu können herkömmliche Rekonstruktionsalgorithmen, beispielsweise der FDK-Algorithmus, verwendet werden. When the estimation data is used in step S8, the projection images supplemented with the estimation data become 17 used to reconstruct a three-dimensional image data set as basically known in step S9. For this purpose, conventional reconstruction algorithms, for example the FDK algorithm, can be used.

Untersuchungen haben gezeigt, dass sich unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine deutlich erhöhte Rekonstruktionsqualität mit weniger Artefakten ergibt. Studies have shown that using the method according to the invention results in a significantly improved reconstruction quality with fewer artifacts.

8 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung 26, die vorliegend als eine Röntgeneinrichtung 26 mit einem C-Bogen 27 ausgebildet ist. An dem C-Bogen 27 sind sich gegenüberliegend der Röntgenstrahler 1 und der Röntgendetektor 2 angeordnet, so dass die so gebildete Aufnahmeanordnung um einen Patienten herum rotiert werden kann, sich also eine kreisförmige Aufnahmetrajektorie ergibt. Der Röntgenstrahler 1 weist dabei ferner eine Kollimationseinrichtung 28 auf, so dass die Durchleuchtung auf einen Zielbereich 18 eingeschränkt werden kann. 8th finally shows a schematic diagram of an X-ray device according to the invention 26 which is present as an X-ray device 26 with a C-bow 27 is trained. At the C-arm 27 are opposite the X-ray source 1 and the X-ray detector 2 arranged so that the recording arrangement thus formed can be rotated around a patient around, thus resulting in a circular recording trajectory. The X-ray source 1 also has a collimation device 28 on, allowing the fluoroscopy on a target area 18 can be restricted.

Gesteuert wird der Betrieb der Röntgeneinrichtung 26 durch eine Steuereinrichtung 29, deren Teil eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Bildverarbeitungseinrichtung 30 ist. The operation of the X-ray device is controlled 26 by a control device 29 Part of which is an image processing device designed to carry out the method according to the invention 30 is.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims

Method for reducing artifacts resulting from truncation in the reconstruction of a three-dimensional image data set of a target area ( 18 ) of a patient, in particular a head ( 4 ) of a patient, from under different projection directions with an X-ray device ( 26 ), two-dimensional projection images ( 17 ), where for each projection image ( 17 ) in truncation portions not recorded due to the truncation ( 20 ) of the projection image ( 17 ) estimation data required for the reconstruction, characterized in that, in the determination of the estimation data, the limit ( 22 ) of the patient at least in the Trunkierungsanteilen ( 20 ) limiting information is considered.

A method according to claim 1, characterized in that the boundary information from with the X-ray device ( 26 ) and / or with a coordinate system of the X-ray device ( 26 ) recorded non-truncated pre-image data is detected.

A method according to claim 2, characterized in that as a preliminary image data of at least two (with the X-ray device 26 ) used in different projection directions, non-truncated pre-images are used.

A method according to claim 3, characterized in that the preliminary images for checking the positioning of the patient and / or setting of image acquisition parameters for the projection images ( 17 ).

Method according to Claim 3 or 4, characterized in that a boundary ( 6 . 8th ) greatest extent of the patient in at least one level is determined by segmentation of the patient in at least two pre-images.

A method according to claim 5, characterized in that in particular to the planes in which the basic data were determined, vertical and / or in the three-dimensional image data set to be reconstructed reconstruction planes ( 9 . 10 ), in particular the patient, at least with regard to the Trunkierungsanteile ( 20 ), an extrapolated limit ( 13 . 14 ) on the basis of the bases obtainable from the basic data ( 11 . 12 ) is determined.

A method according to claim 6, characterized in that are used as preliminary images, a frontal recording and a lateral recording, which are perpendicular to each other.

Method according to one of claims 3 to 7, characterized in that the boundary information from the pre-images using a model assumption for the patient, in particular an assumption of an elliptical shape of the patient or using a B-spline model, is determined.

Method according to one of claims 2 to 8, characterized in that as pre-image data with at least one of the X-ray device ( 26 camera data and / or pre-image data of a pre-image data record recorded with another modality can be used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of a three-dimensional boundary of the boundary information describing the patient, the boundaries ( 22 ) in the projection images ( 17 ) can be determined by forward projection of the three-dimensional boundary in the respective projection direction.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, for the determination of the estimation data, a calculation without consideration of the limitation ( 22 ) extrapolation to the limit ( 22 ) is scaled.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the estimation data are determined by extrapolation such that upon reaching the limit ( 22 ) an estimation date describing no attenuation has been reached.

A method according to claim 12, characterized in that in the context of extrapolation a one of the boundary information derived three-dimensional boundary of the patient and at least one adapted to the three-dimensional boundary anatomical object, vorzuprojizierendes default model is used.

X-ray device ( 26 ), comprising an image processing device configured to carry out a method according to one of the preceding claims ( 30 ).