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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rekonstruktion eines Bilddatensatzes aus Rohdaten eines Computertomographie-Systems und insbesondere zur Steuerung eines Computertomographiesystems oder einer Befundungsstation.
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Aufnahmen eines Computertomographiesystems (CT-Systems) sind in der modernen Medizin seit langem etabliert. In Abhängigkeit von der Aufnahmeebene wird zwischen axialen, sagittalen und coronalen CT-Bildern unterschieden. Bei einer axialen Aufnahme liegt ein Patient auf einer Liege und wird langsam längs seiner Körperlänge durch die Gantry des CT-Systems bewegt während diese um ihn herum rotiert und währenddessen Aufnahmen anfertigt.
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Für die Rekonstruktion eines axialen CT-Bildes sind Daten aus einem Erfassungsbereich von mindestens 180° (eine halbe Drehung der Gantry des CT-Systems) erforderlich. In den meisten klinischen Szenarien sind jedoch mehr Daten verfügbar, da die Erfassungen bei Pitchfaktoren durchgeführt werden, die wesentlich kleiner als zwei sind.
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Der Pitchfaktor P (auch einfach als „Pitch“ bezeichnet) ist ein dimensionsloser Aufnahmeparameter in der Spiral-Computertomographie und beschreibt das Verhältnis von Tischvorschub d zur Strahlkollimierung S mit P = d / S. Bei einer Anzahl von M aufgenommenen Schichten errechnet sich der Pitchfaktor zu P = d / (M·S). Sei z.B. ein bei einem 1-Schicht-CT mit einer Strahlkollimierung S von 10 mm ein Tischvorschub d von 10 mm pro Röhrenumlauf gewählt, so wäre der Pitchfaktor 1 (10/10).
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Bei einer Strahlkollimierung von 20 mm oder einem Tischvorschub von 5 mm wäre der Pitchfaktor 0,5 (10/20 bzw. 5/10) und bei einer Strahlkollimierung von 5 mm oder einem Tischvorschub von 20 mm wäre der Pitchfaktor 2 (10/5 bzw. 20/10).
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Der Pitchfaktor beeinflusst die Bildqualität und die Strahlexposition des Patienten proportional zueinander. Bei gleichen Strahlparametern (Röhrenspannung und Röhrenstrom) ist sowohl die Strahlenbelastung als auch die Bildqualität geringer je höher der Pitchfaktor ist und umgekehrt. Übliche Werte für den Pitchfaktor liegen zwischen 0,5 und 2. Pitchfaktoren kleiner 1 werden für hochauflösende Aufnahmen verwendet, Werte größer als 2 sollten nicht eingestellt werden, da das Untersuchungsobjekt andernfalls lückenhaft abgetastet würde (die 180°-Regel erlaubt eine lückenhafte Rekonstruktion für Pitchfaktoren bis 2). Für CT-Geräte mit mehreren zueinander versetzten Aufnahmeeinheiten, z.B. bei der Dual-Source-Computertomographie, skaliert der Pitchfaktor noch mit der Anzahl dieser Aufnahmeeinheiten, so dass bei einem Dual-Source-CT ein Pitchfaktor von 4 noch möglich ist ohne Lücken in den Aufnahmen zu erhalten.
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Gründe für kleine Pitchfaktoren können vielfältig sein. Aufgrund der Patientengröße sind für die Aufnahme eines Bildes üblicherweise integrierte Dosiswerte erforderlich, die höher als die maximale Röhrenleistung sind. Um die erforderliche Dosis zu sammeln, werden Informationen aus mehreren Umdrehungen kombiniert und in einem endgültigen Bild zusammengefasst. In einem anderen Szenario würde die Verwendung eines hohen Pitchfaktors den Bolus übersteigen, so dass eine Verlangsamung der Datenakquisition erforderlich ist.
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Um stabile und zuverlässige CT-Werte in rekonstruierten Bildern zu erhalten, werden diese in der Regel überlappend erfasst. Es werden dazu Informationen zusammengefasst und ein rauschoptimiertes Bild mit stabilen CT-Werten erzeugt.
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Obwohl die Bilder im Hinblick auf das Rauschen oder das Jodsignal verwendbar sind, ist es sehr von Nachteil, dass aufgrund der Verwendung aller erfassten Daten über die Zeitspanne der Aufnahme für ein einziges Bild jegliche Art von zeitlicher Information verloren geht. Dies liegt in der Natur der Bilderstellung als Integral der erfassten Werte begründet.
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Nach dem Stand der Technik werden zur Erzeugung zeitaufgelöster Bilder Daten mit einem besonderen Verfahren aufgenommen. Ein Beispiel für eine solche Erfassungstechnik wäre die sogenannte „Gated Cardiac Spiral Acquisition“. Typischerweise ist der Patient über mehrere Herzzyklenschläge in einem wesentlichen Teil des Herzzyklus Röntgenstrahlen ausgesetzt, und die entsprechenden Daten werden erfasst. Nach dem Scan werden CT-Daten zu verschiedenen Zeitpunkten während des Herzzyklus rekonstruiert, und es können Bilder erzeugt werden, welche die Herzbewegung veranschaulichen, wobei jedes einzelne Bild nur Daten von 180 Grad enthält.
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Obwohl diese Technik etabliert ist und qualitativ hochwertige 4D-Bilder liefert, ist es nachteilig, dass sie eine spezielle Erfassungstechnik erfordert und typischerweise mit hohen Dosiswerten einhergeht. Daten, die ohne eine spezielle, dedizierte Erfassungstechnik erfasst wurden, liefern jedoch keine zeitaufgelösten Bilder.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives, komfortableres Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Rekonstruktion eines Bilddatensatzes aus Rohdaten eines Computertomographie-Systems und insbesondere zur Steuerung eines Computertomographiesystems anzugeben, mit dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8 sowie durch eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 11 und ein Computertomographiesystem gemäß Patentanspruch 12 und eine Befundungsstation gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Rekonstruktion eines Bilddatensatzes aus Rohdaten eines Computertomographie-Systems. Da die Rekonstruktion oftmals Teil der Funktion eines Computertomographie-Systems ist, kann das Verfahren damit auch zur Steuerung eines solchen Computertomographie-Systems dienen. Gleiches gilt für eine Befundungsstation, wenn die Rekonstruktion dort geschieht. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Bereitstellung von Rohdaten einer CT-Aufnahme, welcher mit N Aufnahmeeinheiten und mit einem Pitchfaktor kleiner als 2N über einen Aufnahme-Winkelbereich größer als 180° aufgenommen wurde. Die Bereitstellung kann dabei durch Herunterladen der Rohdaten aus einem Datenspeicher erfolgen, z.B. mittels eines RIS (Radiologieinformationssystem) oder PACS (Picture Archiving and Communication System = Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem). Alternativ kann die Bereitstellung der Rohdaten auch direkt durch eine CT-Aufnahme erfolgen.
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Die Rohdaten müssen einen Aufnahme-Winkelbereich größer als 180° überdecken, wobei zur Rekonstruktion einer einzigen Schicht ein Aufnahme-Winkelbereich größer als 360°, insbesondere größer als 720° bevorzugt ist. Generell ist bevorzugt, dass bei einer Aufnahme eine Vielzahl an Rotationen der Aufnahmeeinheit stattfindet.
Damit keine Lücken bei den rekonstruierten Bildern auftreten muss der Pitchfaktor bei der Aufnahme entsprechend gewählt worden sein bzw. werden. Dieser Pitchfaktor skaliert mit der Anzahl der verwendeten Aufnahmeeinheiten (Röntgenquelle und Detektor) und sollte bei Verwendung einer einzigen Aufnahmeeinheit kleiner als 2 sein, bei der Verwendung von zwei Aufnahmeeinheiten in einem Dual-Source CT muss der Pitchfaktor kleiner als 4 sein und bei N Aufnahmeeinheiten, welche mit einem regelmäßigen Unterschied des Aufnahmewinkels von 180°/N montiert sind, muss der Pitchfaktor kleiner als 2N sein.
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Da bei einer Drehbewegung gemessen worden ist, kann jedem Teil der Rohdaten ein Aufnahmewinkel zugeordnet werden, der hier als stetig zunehmend angenommen wird. Wird nun ein zusammenhängender Teil der Rohdaten als Rohdatensatz ausgeschnitten, kann ein „Startwinkel“ definiert werden, welcher der kleinste Aufnahmewinkel bei der Aufnahme der ausgeschnittenen Daten war. Gleichfalls kann ein „Endwinkel“ definiert werden, welcher der größte Aufnahmewinkel bei der Aufnahme der ausgeschnittenen Daten war. Der Rohdatensatz umfasst also Rohdaten, welche vom Startwinkel bis zum Stoppwinkel aufgenommen worden sind, bevorzugt alle Rohdaten dieses Aufnahme-Winkelbereichs.
- - Rekonstruktion von mindestens zwei CT-Bildern derselben Schicht in einem Aufnahmevolumen unter Verwendung von jeweils unterschiedlichen Rohdatensätzen der bereitgestellten Rohdaten, wobei für jedes CT-Bild ein Rohdatensatz eines zusammenhängenden Aufnahme-Winkelbereichs von mindestens 180° verwendet wird. Der Unterschied kann dabei im Startwinkel der Rohdatensätze gesehen werden, da die Aufnahmeeinheit ja rotierte (die Rohdatensätze unterscheiden sich durch ihren Startwinkel und/oder Endwinkel). Da sich je CT-Bild die verwendeten Rohdatensätze unterscheiden, werden unterschiedliche CT-Bilder von jeweils derselben Schicht rekonstruiert. Da bei der Aufnahme die Aufnahmeeinheit mit konstanter Geschwindigkeit um den Aufnahmebereich herum rotierte, zeigen die verschiedenen CT-Bilder die Schicht zu unterschiedlichen Zeiten, wobei eine Verschiebung eines Startwinkels zur Definition eines Rohdatensatzes in den Rohdaten auch einer Verschiebung der Aufnahmezeit entspricht.
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Wenn die rekonstruierte Schicht sehr dünn ist, würde bei einem Pitchfaktor von 1 bei einem Aufnahme-Winkelbereich von 360° diese Schicht in nahezu dem gesamten Aufnahmevolumen von 360° liegen und könnte im Rahmen mehrerer CT-Bilder rekonstruiert werden. Die Rohdatensätze können miteinander überlappen oder auch nicht, umfassen jedoch immer mindestens 180° der Rohdaten (also Endwinkel - Startwinkel ≥ 180°). Es ist bevorzugt, dass die Aufnahmeeinheit mehrfach rotiert, um mehrere Schichten mittels des Verfahrens rekonstruieren zu können, wobei für jede dieser Schichten mehrere CT-Bilder rekonstruiert werden.
- - Erstellung eines Bilddatensatzes aus den rekonstruierten CT-Bildern, wobei diese zeitlich geordnet in dem Bilddatensatz vorliegen. Die rekonstruierten CT-Bilder können dabei mit einer Zeitmarkierung versehen sein und/oder in einer Reihenfolge im Bilddatensatz vorliegen. Bevorzugt können mehrere Gruppen von CT-Bildern für mehrere Schichten (eine Gruppe pro Schicht) im Bilddatensatz vorliegen. Dies hat den Vorteil, dass zeitlich aufgelöste CT-Bilder in Form eines Bilddatensatzes erstellt werden können. Dieser Bilddatensatz kann als Gesamtbild oder als Film (z.B. animiertes GIF) angesehen werden oder dessen CT-Bilder getrennt voneinander angesehen werden. Dies hat insbesondere einen gravierenden Vorteil bei der Befundung von Gefäßen oder der Unterdrückung von Bewegungsartefakten, da damit eine Information über das Auftreten und die Richtung einer Bewegung möglich ist, was für eine korrekte Diagnose sehr hilfreich sein kann. Ein Beispiel wäre die Darstellung des Pulsierens einer Aorta oder eines Herzens, Bewegungen von Strukturen in einem Aneurisma der Aorta, die Bewegung der Lungenflügel bei der Atmung, Bewegungen des Patienten (z.B. dessen Arme oder Beine) oder andere zeitliche Veränderungen (anatomisch oder funktional) wie z.B. die Änderung der Konzentration eines Kontrastmittels.
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Anstelle einer Verwendung aller vorhandenen Rohdaten für ein einziges CT-Bild wie im Stand der Technik verwendet die Erfindung lediglich jeweils einen Teil der Rohdaten für die Rekonstruktion mehrerer Bilder über einen Aufnahme-Winkelbereich von mindestens 180°, damit der vollständige Aufnahmebereich (eine Schicht) rekonstruiert werden kann. Je kleiner der Pitchfaktor ist und je größer der Aufnahme-Winkelbereich ist, desto mehr CT-Bilder können für eine Schicht rekonstruiert werden und desto umfangreicher sind die Bewegungsinformationen. Selbstverständlich können mehrere Schichten aus den Rohdaten rekonstruiert werden, sofern ihre Informationen in den Rohdaten vorhanden sind.
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Bei einer Verschiebung des Aufnahme-Winkelbereichs durch die Rohdaten können (ggf. miteinander bezüglich des umfassten Winkelbereichs überlappende) Rohdatensätze ausgewählt werden. Beispielsweise kann für eine Standardspirale mit einem Pitch von 0,5 die vorhandene Datenmenge im Zusammenhang mit der Rotation ausgewählt werden. Bei einer vollständigen Umdrehung der Aufnahmeeinheit um 360° liegen mit dem Pitch von 0,5 und der 180°-Regel quasi 720° an Rohdaten für eine Rekonstruktion vor. Nun können z.B. Rohdatensätze von 0° bis 180°, 45°-225°, 90°-360°, usw. gebildet werden und aus diesen Rohdatensätzen CT-Bilder rekonstruiert werden. Dies führt zu einer Vielzahl von CT-Bildern, welche die vorhandenen Daten für eine zusätzliche zeitliche Auflösung der Messung nutzen.
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Um die Daten zu betrachten wird vorgeschlagen, dass jemand, der eine bestimmte Schicht in den Messdaten betrachtet, für die mehrere zeitaufgelöste CT-Bilder vorliegen, eine zeitliche Komponente diesen Bildern hinzufügen kann (oder bereits eine solche automatisch mit einer Indizierung der CT-Bilder eingefügt wurde). Bevorzugt werden die CT-Bilder für eine Schicht in ihrer zeitlichen Reihenfolge angezeigt, z.B. in Form eines Filmes oder einer animierten Grafik (z.B. einer animierten GIF-Grafik). Dadurch erhält der Betrachter eine Information über die Bewegungsdynamik während der Aufnahme, und zwar sowohl unter dem Gesichtspunkt der Kontrastverbesserung, als auch hinsichtlich der Bewegung von anatomischen Strukturen. Beispielsweise könnte aus den CT-Bildern für eine Schicht ein animiertes GIF-Bild erzeugt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rekonstruktion eines Bilddatensatzes aus Rohdaten eines Computertomographie-Systems ist insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt und umfasst die folgenden Komponenten:
- - Eine Datenakquisitions-Schnittstelle zum Empfang von Rohdaten einer CT-Aufnahme, wie sie weiter oben ausführlicher beschrieben worden sind.
- - Eine Bilddaten-Rekonstruktionseinheit ausgelegt zur Rekonstruktion von mindestens zwei CT-Bildern derselben Schicht in einem Aufnahmevolumen unter Verwendung von jeweils unterschiedlichen Rohdatensätzen der bereitgestellten Rohdaten, wobei für jedes CT-Bild ein Rohdatensatz eines zusammenhängenden Aufnahme-Winkelbereichs von mindestens 180° verwendet wird. Zusätzlich ist die Bilddaten-Rekonstruktionseinheit auch zur Erstellung eines Bilddatensatzes aus den rekonstruierten CT-Bildern ausgelegt, wobei diese zeitlich geordnet in dem Bilddatensatz vorliegen.
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Die Vorrichtung ist bevorzugt zur Rekonstruktion von sagittalen, coronalen und axialen Computertomographiebildern ausgelegt, bevorzugt von axialen Schichtbildern.
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Zu einer Anzeige der CT-Bilder umfasst die Vorrichtung bevorzugt eine Anzeigeeinheit, die zur Anzeige des Bilddatensatzes in Form einer zeitliche aufeinanderfolgenden Darstellung der rekonstruierten CT-Bilder nach ihrer zeitlichen Ordnung ausgelegt ist, bevorzugt zu einer Anzeige der Bilder in einer Darstellungsschleife, z.B. als Film. Theoretisch könnte der Bilddatensatz aber auch ohne eine Anzeige in einer Speichereinheit abgespeichert und erst später zur Befundung angezeigt werden.
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Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Steuerung eines Computertomographiesystems ist für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt und/oder umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Ein erfindungsgemäßes Computertomographiesystem umfasst eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung.
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Eine erfindungsgemäße Befundungsstation ist für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt und/oder umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Ein Großteil der zuvor genannten Komponenten der Vorrichtung bzw. der Steuereinrichtung, können ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen in einem Prozessor einer entsprechenden Vorrichtung bzw. Steuereinrichtung realisiert werden. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Vorrichtungen bzw. Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in ein Rechensystem bzw. eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines Computertomographiesystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in dem Rechensystem bzw. der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
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Zum Transport zum Rechensystem bzw. zur Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in dem Rechensystem bzw. der Steuereinrichtung kann ein computerlesbares Medium, z.B. ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einem Rechensystem bzw. einer Rechnereinheit der Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den Ansprüchen und Beschreibungsteilen zu einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
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Gemäß einem bevorzugten Verfahren überlappen sich im Zuge der Rekonstruktion zeitlich benachbarter CT-Bilder die Aufnahme-Winkelbereiche. Dabei werden aus den Rohdaten Rohdatensätze zur Rekonstruktion zeitlich aufeinanderfolgender CT-Bilder mit einem Unterschied des Aufnahme-Winkelbereichs von bevorzugt mehr als 10°, besonders bevorzugt minimal 45°, ausgewählt werden. Der Startwinkel und/oder der Endwinkel der beiden Rohdatensätze unterscheiden sich also um mindestens 10°, oder mindestens 20°, insbesondere mindestens um 45°. Bevorzugt sind die Aufnahmewinkelbereiche aller Rohdatensätze gleich groß, z.B. alle 180°.
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Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird einer Anzahl der CT-Bilder des Bilddatensatzes (insbesondere allen CT-Bildern zumindest einer Schicht) eine Zeitinformation hinzugefügt. Diese Zeitinformation kann absolut (z.B. Aufnahmezeitpunkt) oder relativ sein (z.B. zeitlicher Abstand zum vorherigen Bild). Dabei wird bevorzugt automatisch eine Zeitinformation des Zeitpunktes der jeweiligen Aufnahme der jeweiligen CT-Bilder hinzugefügt oder eine Zeitinformation wird manuell durch einen Benutzer hinzugefügt. Die Zeitinformation ist bevorzugt als grafische Information einem Bereich der betreffenden CT-Bilder hinzugefügt, z.B. als Angabe des relativen Sekundenabstandes zum vorherigen Bild oder absolut, z.B. als Zeitangabe. Sie kann aber auch als Metainformation vorliegen. Für die Anzeige von Daten ist es von Vorteil, wenn bei der Beurteilung einer anatomischen Struktur an einer bestimmten Schnittposition jedem Bild oder zumindest einer Anzahl der rekonstruierten CT-Bilder automatisch und/oder manuell eine zeitliche Komponente hinzugefügt werden kann.
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Gemäß einem bevorzugten Verfahren kann eine Anzahl der CT-Bilder so in dem Bilddatensatz vorliegen, dass sie als Filmsequenz abgespielt werden können. Sie liegen bevorzugt in Form einer Filmdatei oder einer animierten Grafik, insbesondere als GIF-Datei, vor. Dies hat den Vorteil, dass die erzeugten zeitaufgelösten Bilder wie in einem kurzen Film nacheinander angezeigt werden können. Auf diese Weise erhält der Betrachter einen direkten visuellen Eindruck über die Dynamik und zwar sowohl unter dem Gesichtspunkt der Kontrastverbesserung als auch hinsichtlich der Bewegung der anatomisch strukturierten Struktur.
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Mit der Anzahl N der verwendeten Aufnahmeeinheiten (Röntgenröhre-Detektor) ist gemäß einem bevorzugten Verfahren der Pitchfaktor maximal 1,5̈·N ist, bevorzugt maximal 1·N, besonders bevorzugt maximal 0,7·N oder gar maximal 0,6·N. Dabei sollten die Aufnahmeeinheiten zueinander mit einem regelmäßigen Winkelabstand von 180°/N angeordnet sein.
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Gemäß einem bevorzugten Verfahren ist der Aufnahme-Winkelbereich (für eine Schichtposition) größer als 360°, bevorzugt mindestens 720°. Die CT-Aufnahme ist bevorzugt mit einer Vielzahl von Umdrehungen eines CT-Scanners unter gleichzeitiger Veränderung der Position einer Patientenliege erstellt worden.
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Gemäß einem bevorzugten Verfahren ist der zusammenhängende Aufnahme-Winkelbereich zur Rekonstruktion eines (jedes) CT-Bildes kleiner als 200°, bevorzugt kleiner als 190° und ist besonders bevorzugt 180°.
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Bevorzugt liegen Komponenten der Erfindung als ein „Cloud-Dienst“ vor. Ein solcher Cloud-Dienst dient der Bearbeitung von Daten, insbesondere mittels einer künstlichen Intelligenz, kann aber auch ein Dienst basierend auf herkömmlichen Algorithmen sein oder ein Dienst, bei dem im Hintergrund eine Auswertung durch Menschen stattfindet. Generell ist ein Cloud-Dienst (im Folgenden auch kurz als „Cloud“ bezeichnet) eine IT-Infrastruktur, bei der über ein Netzwerk z.B. Speicherplatz oder Rechenleistung und/oder eine Anwendungssoftware zur Verfügung gestellt wird. Die Kommunikation zwischen dem Anwender und der Cloud erfolgt dabei mittels Datenschnittstellen und/oder Datenübertragungs-protokollen. Im hier vorliegenden Fall ist besonders bevorzugt, dass der Cloud-Dienst sowohl Rechenleistung als auch Anwendungssoftware zur Verfügung stellt.
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Im Rahmen deines bevorzugten Verfahrens erfolgt eine Bereitstellung von Daten über das Netzwerk an den Cloud-Dienst. Dieser umfasst ein Rechensystem, z.B. einen Computercluster, das in der Regel nicht den lokalen Rechner des Benutzers umfasst. Diese Cloud kann insbesondere durch die medizinische Einrichtung, die auch die medizintechnischen Systeme bereitstellt, zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise werden die Daten einer Bildaufnahme über ein RIS (Radiologieinformationssystem) oder PACS an ein (Remote-) Rechnersystem (die Cloud) gesendet. Bevorzugt stellen das Rechensystem der Cloud, das Netzwerk sowie das medizintechnische System einen Verbund im datentechnischen Sinne dar. Das Verfahren kann dabei mittels einer Befehls-konstellation in dem Netzwerk realisiert werden. Die in der Cloud berechneten Daten („Ergebnisdaten“) werden später wieder über das Netzwerk zu dem lokalen Rechner des Anwenders gesendet.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
- 1 eine grob schematische Darstellung eines Computertomographiesystems mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
- 2 eine Darstellung eines rekonstruierten CT-Bildes gemäß dem Stand der Technik,
- 3 eine schematische Darstellung einer Spiral-CT Aufnahmeprozedur,
- 4 eine Skizze der zu einer erfindungsgemäßen Rekonstruktion verwendeten Rohdatensätze,
- 5 einen Ablaufplan für einen möglichen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 6 eine Darstellung eines Bilddatensatzes mit rekonstruierten CT-Bildern gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt grob schematisch ein Computertomographiesystem 1 mit einer Steuereinrichtung 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Computertomographiesystem 1 weist in üblicher Weise einen Scanner 2 mit einer Gantry auf, in der eine Röntgenquelle 3 in Pfeilrichtung rotiert, die jeweils einen Patienten durchstrahlt, welcher mittels einer Liege 5 entlang des Pfeils in einen Messraum der Gantry hineingeschoben wird, so dass die Strahlung auf einen der Röntgenquelle 3 jeweils gegenüberliegenden Detektor 4 trifft. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich bei diesem Ausführungsbeispiel nur um ein Beispiel eines CTs handelt und die Erfindung auch an beliebigen CT-Konstruktionen, beispielsweise mit ringförmigem feststehendem Röntgendetektor und/oder mehreren Röntgenquellen genutzt werden kann.
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Ebenso sind bei der Steuereinrichtung 10 nur die Komponenten dargestellt, die für die Erläuterung der Erfindung wesentlich sind. Grundsätzlich sind derartige CT-Systeme und zugehörige Steuereinrichtungen dem Fachmann bekannt und brauchen daher nicht im Detail erläutert zu werden.
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Eine Kernkomponente der Steuereinrichtung 10 ist hier ein Prozessor 11, auf dem verschiedene Komponenten in Form von Softwaremodulen realisiert sein können. Die Steuereinrichtung 10 weist weiterhin eine Terminalschnittstelle 14 auf, an die ein Terminal 20 angeschlossen ist, über das ein Bediener die Steuereinrichtung 10 und somit das Computertomographiesystem 1 bedienen kann. Eine weitere Schnittstelle 15 ist eine Netzwerkschnittstelle zum Anschluss an einen Datenbus 21, um so eine Verbindung zu einem RIS (Radiologieinformationssystem) bzw. PACS (Picture Archiving and Communication System = Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem) herzustellen.
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Über eine Steuerschnittstelle 13 kann von der Steuereinrichtung 10 der Scanner 2 angesteuert werden, d. h. es werden z.B. die Rotationsgeschwindigkeit der Gantry, die Verschiebung der Patientenliege 5 und die Röntgenquelle 3 selbst gesteuert. Über eine Akquisitionsschnittstelle 12 werden die Rohdaten RD aus dem Detektor 4 ausgelesen. Weiterhin weist die Steuereinrichtung 10 eine Speichereinheit 16 auf, in der u. a. verschiedene Messprotokolle hinterlegt sind.
Als eine Softwarekomponente ist auf dem Prozessor 11 u. a. eine Messsteuereinheit 17 implementiert. Diese Messsteuereinheit 17 steuert über die Steuerschnittstelle 13 auf Basis eines oder mehrerer ausgewählter Messprotokolle, welche ggf. vom Bediener über das Terminal 20 modifiziert wurden, den Scanner 2 an, um eine Messung durchzuführen und Daten zu akquirieren.
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Eine weitere Komponente auf dem Prozessor 11 ist eine Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18, mit welcher aus den über die Datenakquisitions-Schnittstelle 12 erhaltenen Rohdaten RD die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
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Die Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18, welche zur Durchführung einer Bildrekonstruktion im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist, bildet zusammen mit der Datenakquisitions-Schnittstelle 12 die erfindungsgemäße Vorrichtung 6. Die Datenakquisitions-Schnittstelle 12 dient dabei zum Empfang der Rohdaten RD einer CT-Aufnahme, welcher mittels der Aufnahmeeinheit (der Röntgenquelle 3 und dem Detektor 4) mit einem Pitchfaktor von z.B. 1 über mehrere Umdrehungen der Aufnahmeeinheit hinweg aufgenommen wurde. Eine Datenakquisitions-Schnittstelle könnte aber auch als Softwaremodul im Prozessor vorliege oder auch Teil der Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18 sein.
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Die Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18 ist dabei so konstruiert, dass sie eine Reihe von CT-Bildern B1, B2, B3, B4 derselben Schicht S in einem Aufnahmevolumen AV unter Verwendung von jeweils unterschiedlichen Rohdatensätzen R1, R2, R3, R4 der Rohdaten RD rekonstruiert (siehe dazu die folgenden Figuren), wobei für jedes CT-Bild B1, B2, B3, B4 (ein jeweils anderer) Rohdatensatz R1, R2, R3, R4 eines zusammenhängenden Aufnahme-Winkelbereichs von mindestens 180° verwendet wird. Danach folgt eine Erstellung eines Bilddatensatzes BD aus den rekonstruierten CT-Bildern B1, B2, B3, B4 durch die Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18, wobei diese zeitlich geordnet in dem Bilddatensatz BD vorliegen.
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2 zeigt ein rekonstruiertes CT-Bild B gemäß dem Stand der Technik. Es enthält alle Bildinformationen über den Aufnahmezeitraum, jedoch keine zeitaufgelösten Informationen. Die Bewegung des dort abgebildeten Herzens im Zeitraum der Aufnahme ist kann daraus nicht abgeleitet werden und ist höchstens als Bewegungsartefakt vorhanden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Spiral-CT Aufnahmeprozedur. Die Aufnahmeeinheit, umfassend die Röntgenquelle 3 und den Detektor 4, rotiert in Richtung des gebogenen Pfeils in den Aufnahme-Winkelbereich A um den Aufnahmebereich herum, in dem sich bei der Aufnahme der Patient befindet. Ein keilförmiger Röntgenstrahl tritt für die Messung aus der Röntgenquelle 3 aus, durchdringt den Aufnahmebereich und die Intensität des resultierenden Röntgenstrahls wird vom Detektor 4 gemessen. Während der Messung bewegt sich die Aufnahmeeinheit entlang der geraden Pfeile relativ zum Aufnahmebereich, entweder indem die Aufnahmeeinheit verschoben wird, häufiger jedoch indem eine Patientenliege 5 verschoben wird, wie in 1 dargestellt. Es entsteht dadurch eine helikale Bewegung der Aufnahmeeinheit, wie mit der Spirale in der Figur dargestellt ist.
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Der hier dargestellte Aufnahme-Winkelbereich A beträgt genau 180°. Nach einer Bewegung der Aufnahmeeinheit um diesen Aufnahme-Winkelbereich A wird also das dargestellte Abtastvolumen AV mittels des Röntgenstrahls abgetastet und die Rohdaten umfassen Informationen über dieses Abtastvolumen A. Inmitten des Abtastvolumens ist eine Schicht S dargestellt, die rekonstruiert werden soll. Es zeigt sich hier, dass die Aufnahmeeinheit bei einer fortgesetzten Bewegung nach vorne um viel mehr als 180° rotieren kann und stets Rohdaten RD erzeugt, in denen noch Informationen zu dieser Schicht S enthalten sind.
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4 zeigt eine Skizze der zu einer erfindungsgemäßen Rekonstruktion verwendeten Rohdatensätze R1, R2, R3, R4. Bei einer fortgesetzten Rotation der Aufnahmeeinheit gemäß der 3 werden Rohdaten RD erzeugt, die wie gesagt Informationen zur Schicht S aus einen großen Aufnahme-Winkelbereich A enthalten. Die hier skizzierten Rohdaten RD umfassen Informationen aus einem Aufnahme-Winkelbereich A von 315°.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun Rohdatensätze R1, R2, R3, R4 aus den zur Verfügung stehenden Rohdaten RD gebildet, wobei die Rohdatensätze R1, R2, R3, R4 jeweils Rohdaten RD aus einem Aufnahme-Winkelbereich A von 180° umfassen. Die einzelnen Rohdatensätze R1, R2, R3, R4 unterscheiden sich jedoch durch den Startwinkel, der jeweils um 45° verschoben ist. So umfasst der erste Rohdatensatz R1 Rohdaten RD aus dem Aufnahme-Winkelbereich A von 0° bis 180°, der zweite Rohdatensatz R2 Rohdaten RD aus dem Aufnahme-Winkelbereich A von 45° bis 225°, der dritte Rohdatensatz R3 Rohdaten RD aus dem Aufnahme-Winkelbereich A von 90° bis 270° und der vierte Rohdatensatz R4 Rohdaten RD aus dem Aufnahme-Winkelbereich A von 135° bis 315°.
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Aus diesen jeweils überlappenden Rohdatensätzen R1, R2, R3, R4 werden dann unterschiedliche CT-Bilder B1, B2, B3, B4 (s. z.B. 6) rekonstruiert, welche zeitlich aufeinander folgen, da die Rotation der Aufnahmeeinheit während der Aufnahme kontinuierlich war.
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5 zeigt einen Ablaufplan für einen möglichen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, zur Rekonstruktion eines Bilddatensatzes aus Rohdaten eines Computertomographie-Systems. Da die Rekonstruktion Teil der Funktion eines Computertomographie-Systems ist, dient das Verfahren also auch zur Steuerung eines solche Computertomographie-Systems. Gleiches gilt für eine Befundungsstation, wenn die Rekonstruktion dort geschieht.
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In Schritt 1 erfolgt eine Bereitstellung von Rohdaten RD einer CT-Aufnahme wie sie vorangehend beschrieben worden sind (s. z.B. 4). Die Bereitstellung kann dabei durch Herunterladen der Rohdaten RD von einem Datenspeicher erfolgen, jedoch kann die Bereitstellung auch direkt durch eine Aufnahme erfolgen.
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In Schritt 2 erfolgt eine Rekonstruktion von drei CT-Bildern B1, B2, B3 derselben Schicht S in einem Aufnahmevolumen AV unter Verwendung von jeweils unterschiedlichen Rohdatensätzen R1, R2, R3 (s. z.B. 3 und 4) der bereitgestellten Rohdaten RD, wobei für jedes CT-Bild B1, B2, B3 ein Rohdatensatz R1, R2, R3 eines zusammenhängenden Aufnahme-Winkelbereichs von mindestens 180° verwendet wird.
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In Schritt 3 erfolgt eine Erstellung eines Bilddatensatzes BD aus den rekonstruierten CT-Bildern B1, B2, B3, wobei diese zeitlich geordnet in dem Bilddatensatz BD vorliegen.
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6 zeigt eine Darstellung eines solche Bilddatensatzes BD mit rekonstruierten CT-Bildern B1, B2, B3, B4, B5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In jedem Bild befindet sich unten rechts eine relative Zeitinformation. Besonders an den Herzkammern kann man Unterschiede in den CT-Bildern B1, B2, B3, B4, B5 erkennen, welche durch die Bewegung des Herzens während der Aufnahme hervorgerufen worden sind.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei dem dargestellten Computertomographiesystem lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Einheit“ und „Modul“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
