DE19842240A1 - Bildrekonstruktionsverfahren - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft zwei Bildrekonstruktionsverfahren für ein periodisch bewegtes Objekt (9) mittels eines Computertomographen. Bei Verwendung einer mehrzeiligen Detektoreinheit (2), geeigneter Wahl der Drehzahl (n) des Trägers (7) des Computertomographen und Verwendung eines dreidimensionalen Rückprojektionsalgorithmus lassen sich qualitativ hochwertige Bilder des Objekts (9) in jeder Bewegungsphase erstellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zwei Bildrekonstruktions­ verfahren für ein sich periodisch bewegendes Objekt mittels einer auf einem Träger (Gantry) angeordneten Detektoreinheit, wobei der Träger mit einer Drehzahl um eine Rotationsachse rotiert.

Im Stand der Technik werden die Meßdatensätze eines Herzens in der Regel mit Detektoreinheiten aufgenommen, welche eine einzige Detektorzeile aufweisen, die senkrecht zur Rotations­ achse angeordnet ist. Während des Rotierens des Trägers wer­ den von der Detektorzeile an einer Vielzahl von Rotationswin­ keln Meßdatensätze aufgenommen. Gleichzeitig wird ein EKG- Signal mit aufgezeichnet. Mit Hilfe des EKG-Signals gelingt die Zuordnung von Rotationswinkeln und Herzphasen. Mit den in den Ruhephasen aufgenommenen Meßdatensätzen werden dann Bild­ rekonstruktionen vorgenommen. Danach wird der Patient ein Stück parallel zur Rotationsachse verschoben und neue Meßda­ tensätze aufgenommen.

Bei üblichen Rotationsgeschwindigkeiten (max. 120 Umdrehun­ gen/Minute) ist man mit diesem Verfahren jedoch nicht in der Lage, das menschliche Herz in seiner Gesamtheit während einer Atemanhaltepause zu tomographieren.

Es ist auch bekannt, den Patienten während des Rotierens des Trägers kontinuierlich zu verschieben und ebenfalls kontinu­ ierlich Meßdatensätze aufzunehmen. Auch hierbei stößt man aber sehr schnell an Grenzen. Nicht alle Verschiebe- bzw. Schichtpositionen können können aus während der Ruhephase des Herzens aufgenommenen Meßdaten rekonstruiert werden. Bei der Interpolation der Spiraldaten auf eine vorgegebene Verschie­ be- bzw. Schichtposition ist es daher erforderlich, aus Spi­ ralumläufen zu interpolieren, die in der Ruhephase des Her­ zens gemessen wurden. Dies kann die Interpolationsbreite deutlich erhöhen und die erreichbare Schärfe folglich erheb­ lich mindern.

Es ist zwar prinzipiell möglich, ein Bild des Objekts an al­ len Verschiebepositionen zu rekonstruieren. An den Verschie­ bepositionen, während derer sich das Herz in einer Schlagpha­ se befunden hat, sind aber nur qualitativ schlechte Bilder erreichbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Bildre­ konstruktionsverfahren anzugeben, mit denen auch mit einem konventionellen Computertomographen qualitativ hochwertige Bilder sich periodisch bewegender Objekte in zeitlich hoher Auflösung aufnehmbar und rekonstruierbar sind.

Wenn die periodische Bewegung des Objekts eine Bewegungsphase und eine Ruhephase aufweist, wird die Aufgabe dadurch gelöst,

• - daß die Detektoreinheit zumindest eine erste und eine letz­ te Detektorzeile aufweist, wobei die erste und die letzte Detektorzeile senkrecht zur Rotationsachse verlaufen und parallel zur Rotationsachse um eine Detektorhöhe voneinan­ der beabstandet sind,
• - daß zumindest während der Ruhephasen an einer Vielzahl von Rotationswinkeln pro Rotationswinkel von den Detektorzeilen jeweils gleichzeitig je ein dem jeweiligen Rotationswinkel zugeordneter Meßdatensatz aufgenommen wird,
• - daß die Drehzahl derart gewählt ist, daß der Träger während einer Ruhephase um einen Drehwinkel rotiert, der mindestens so groß ist wie ein zur Rekonstruktion des Objekts erfor­ derlicher Rekonstruktionswinkelbereich, und
• - daß aus den Meßdatensätzen mittels eines dreidimensionalen Rückprojektionsalgorithmus das Objekt rekonstruiert wird.

In diesem Fall können nämlich einerseits während der Ruhepha­ sen Meßdatensätze in einem so großen kontinuierlichen Rotati­ onswinkelbereich aufgenommenen werden, daß eine Rekonstrukti­ on des Objekts möglich ist. Andererseits wird durch den Ein­ satz des dreidimensionalen Rückprojektionsalgorithmus die Qualität des rekonstruierten Bildes erheblich gesteigert. Schließlich wird durch den Einsatz einer mehrzeiligen Detek­ toreinheit die Aufnahmezeit erheblich verkürzt. Durch die Kombination der Maßnahmen

• - mehrzeilige Detektoreinheit,
• - Aufnahme der Meßdatensätze in den Ruhephasen,
• - geeignete Wahl der Drehzahl und
• - Einsatz eines dreidimensionalen Rückprojektionsalgorithmus

können somit ein qualitativ hochwertige Bilder des Objekts aufgenommen und rekonstruiert werden.

Dieses Bildrekonstruktionsverfahren wird vorzugsweise einge­ setzt, wenn das Objekt das menschliche Herz ist. Zur Bestim­ mung der Ruhezeit des menschlichen Herzens wird dabei vor­ zugsweise ein Elektrokardiogramm des menschlichen Herzens mit aufgenommen.

Wenn die periodische Bewegung des Objekts hingegen keine oder nur ein kurze Ruhephase aufweist oder Aufnahmen des Objekts während der Bewegungsphase erfolgen sollen, wird die Aufgabe dadurch gelöst,

• - daß die Detektoreinheit zumindest eine erste und eine letz­ te Detektorzeile aufweist, wobei die erste und die letzte Detektorzeile senkrecht zur Rotationsachse verlaufen und parallel zur Rotationsachse um eine Detektorhöhe voneinan­ der beabstandet sind,
• - daß während einer Anzahl von Perioden an einer Vielzahl von Rotationswinkeln pro Rotationswinkel von den Detektorzeilen jeweils gleichzeitig ein dem jeweiligen Rotationswinkel zu­ geordneter Meßdatensatz aufgenommen wird,
• - daß die Meßdatensätze zumindest während eines Phasenbe­ reichs mit einem Phasenreferenzpunkt der periodischen Bewe­ gung des Objekts aufgenommen werden,
• - daß das Produkt aus der Anzahl von Perioden und einem wäh­ rend des Phasenbereichs überstrichenen Phasenwinkelbereich mindestens einem zur Rekonstruktion des Objekts erforderli­ chen Rekonstruktionswinkelbereich entspricht und
• - daß aus den Bilddatensätzen mittels eines dreidimensionalen Rückprojektionsalgorithmus das Objekt rekonstruiert wird.

Dieses Bildrekonstruktionsverfahren wird vorzugsweise einge­ setzt, wenn das Objekt das menschliche Herz ist und der Pha­ senbereich in der Schlagphase des menschlichen Herzens liegt. Zur Bestimmung des Phasenbereichs wird vorzugsweise wieder ein Elektrokardiogramm des menschlichen Herzens mit aufgenom­ men.

Wenn die Röntgenröhre mittels des Elektrokardiogramms getrig­ gert wird, so daß das Objekt nur während der Phasenbereiche durchstrahlt wird, wird der untersuchte Patient mit einer möglichst niedrigen Röntgendosis belastet.

Wenn die Drehzahl des Trägers derart gewählt wird, daß die Meßdatensätze unmittelbar aufeinanderfolgender Rotationswin­ kel entweder während des Phasenbereichs derselben oder wäh­ rend des Phasenbereichs der unmittelbar nachfolgenden Peri­ oden aufgenommen werden, ergibt sich eine besonders einfache Bildrekonstruktion. Wenn hingegen die Drehzahl des Trägers so hoch wie möglich gewählt wird, wird der untersuchte Patient mit einer niedrigeren Röntgendosis belastet.

Der Aufbau eines für die Bildrekonstruktion hinreichend gro­ ßen Gesamtmeßdatensatzes kann z. B. dadurch erfolgen,

• - daß pro Phasenbereich die während des Phasenbereichs aufge­ nommenen Meßdatensätze zu je einer Rotationswinkelgruppe zusammengefaßt werden,
• - daß zu jeder Rotationswinkelgruppe ein mit dem Phasenrefe­ renzpunkt korrespondierender Referenzwinkel bestimmt wird,
• - daß pro Rotationswinkel die Rotationswinkelgruppen bestimmt werden, deren Referenzwinkel maximal so groß ist wie der jeweilige Rotationswinkel, und
• - daß innerhalb der so bestimmten Rotationswinkelgruppen die Meßdatensätze derjenigen Rotationswinkelgruppe zur Rekon­ struktion des Objekts herangezogen werden, bei der die Dif­ ferenz zwischen dem jeweiligen Rotationswinkel und dem je­ weiligen Referenzwinkel minimal ist.

Alternativ kann der Gesamtmeßdatensatz dadurch aufgebaut wer­ den,

• - daß der Rekonstruktionswinkelbereich in eine Anzahl gleich­ großer Teilwinkelbereiche mit je einem Teilwinkelbereichs­ referenzwinkel unterteilt wird,
• - daß pro Phasenbereich die während des Phasenbereichs aufge­ nommenen Meßdatensätze zu je einer Rotationswinkelgruppe zusammengefaßt werden,
• - daß zu jeder Rotationswinkelgruppe ein mit dem Phasenrefe­ renzpunkt korrespondierender Referenzwinkel bestimmt wird und
• - daß pro Teilwinkelbereich die Meßdatensätze derjenigen Ro­ tationswinkelgruppe zur Rekonstruktion des Objekts herange­ zogen werden, bei der der Absolutwert der Differenz zwi­ schen dem jeweiligen Teilwinkelbereichsreferenzwinkel und dem jeweiligen Referenzwinkel minimal ist.

Wenn bei einem Wechsel von einer Rotationswinkelgruppe zu ei­ ner anderen Rotationswinkelgruppe die Meßdatensätze in einem Überlappungsbereich gewichtet überlagert werden, ist eine hö­ here Bildqualität erzielbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den übri­ gen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:

Fig. 1 eine Skizze eines Computertomographen,

Fig. 2 eine Detektoreinheit,

Fig. 3 schematisch ein Sortierverfahren,

Fig. 4 schematisch ein weiteres Sortierverfahren und

Fig. 5 schematisch eine Wichtungskurve.

Gemäß Fig. 1 weist ein Computertomograph eine Röntgenröhre 1 und eine Detektoreinheit 2 auf. Die Detektoreinheit 2 weist gemäß Fig. 2 eine erste Detektorzeile 3 und eine letzte De­ tektorzeile 4 auf. Zwischen der ersten und der letzten Detek­ torzeile 3, 4 können ggf. weitere Detektorzeilen 5 angeordnet sein. Insgesamt kann die Detektoreinheit 2 z. B. zwei oder drei weitere Detektorzeilen 5 aufweisen.

Die Detektorzeilen 3-5 verlaufen senkrecht zu einer Rotati­ onsachse 6, wie durch den Pfeil A angedeutet ist. Parallel zur Rotationsachse 6 sind die erste Detektorzeile 3 und die letzte Detektorzeile 4 um eine Detektorhöhe D voneinander be­ abstandet. Die Detektorhöhe D wird dabei von Zeilenmitte zu Zeilenmitte gemessen.

Die Röntgenröhre 1 und die Detektoreinheit 2 sind auf einem Träger 7 (Gantry 7) angeordnet. Der Träger 7 rotiert mit ei­ ner Drehzahl n um die Rotationsachse 6. Während des Rotierens des Trägers 7 sendet die Röntgenröhre 1 Röntgenstrahlen aus, welche einen Patienten 8 durchstrahlen. Die Röntgenstrahlen werden während der Rotation an einer Vielzahl von Rotations­ winkeln α detektiert und zu je einem Meßdatensatz zusammenge­ faßt. Ein Meßdatensatz ist also die Gesamtheit der von den Detektorzeilen 3-5 an einem Rotationswinkel α gleichzeitig aufgenommenen, diesem Rotationswinkel α zugeordneten Meßda­ ten. Aus der Gesamtheit der aufgenommenen Meßdatensätze wird dann das Objekt rekonstruiert.

Um das durchleuchtete Objekt sinnvoll rekonstruieren zu kön­ nen, sind Meßdatensätze zu aufeinanderfolgenden Rotationswin­ keln α erforderlich, welche sich über einen Rekonstruktions­ winkelbereich β erstrecken. Der Rekonstruktionswinkelbereich β liegt in der Größenordnung von mindestens 180°.

Soweit ruhigstellbare Körperpartien des Patienten 8 tomogra­ phiert werden sollen, stellen sich für die Aufnahme der Meß­ datensätze keine nennenswerten Probleme. Kritisch hingegen ist die Aufnahme von Meßdatensätzen eines sich periodisch be­ wegenden Objektes 9. Ein Beispiel eines derartigen Objektes 9 ist das menschliche Herz 9, welches in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.

Bekanntlich führt das menschliche Herz 9 im wesentlichen eine periodische Bewegung aus. Die periodische Bewegung besteht dabei aus einer abwechselnden Folge einer Ruhe- bzw. Er­ schlaffungsphase und einer Bewegungs- bzw. Schlagphase. Die Erschlaffungsphase hat eine Dauer zwischen üblicherweise 500 bis 800 ms, die Schlagphase eine Dauer von 200 bis 250 ms.

Die Drehzahl n des Trägers 7 liegt üblicherweise bei 45 bis 120 Umdrehungen/Minute. Durch Vergleich der Drehzahl n mit der Dauer der Erschlaffungsphase des Herzens 9 läßt sich so­ mit leicht feststellen, daß der Träger 7 in der Erschlaf­ fungsphase des Herzens 9 um einen Drehwinkel γ rotiert, der zwischen 135° (500 ms bei 45 Umdrehungen/Minute) und 576° (800 ms bei 120 Umdrehungen/Minute) liegt.

Wenn die Drehzahl n hoch genug gewählt wird, rotiert der Trä­ ger 7 während einer Ruhephase um einen Drehwinkel γ, der grö­ ßer ist als der zur Rekonstruktion des Objektes 9 erforderli­ che Rekonstruktionswinkelbereich β. Somit ist es möglich, während der Ruhephasen des Herzens 9 vollständige Meßdaten­ sätze aufzunehmen, so daß das Herz 9 im aufgenommenen Bereich rekonstruierbar ist.

Jeweils nach dem Aufnehmen der erforderlichen Meßdatensätze wird der Patient 8 um eine Vorschubtiefe parallel zur Rotati­ onsachse 6 verschoben. Die Vorschubtiefe ist dabei maximal so groß wie die Detektorhöhe D. In der nächsten Ruhephase des Herzens 9 werden dann neue Meßdatensätze aufgenommen. Diese Ablauffolge wird wiederholt, bis das gesamte Herz 9 des Pati­ enten 8 tomographiert ist.

Aus der Gesamtheit der aufgenommenen Meßdatensätze wird das Objekt 9 rekonstruiert. Aufgrund des Einsatzes einer mehrzei­ ligen Detektoreinheit 2 haben die Röntgenstrahlen das Herz 9 aber teilweise in einem Winkel zur Rotationsebene des Trägers 7 durchdrungen. Eine Rekonstruktion des Objekts 9 mittels der in der Computertomographie allgemein bekannten zweidimensio­ nalen Rückprojektionsalgorithmen führt somit zu systemati­ schen Fehlern. Um diese Fehler zu vermeiden, wird daher das Objekt 9 aus den Meßdatensätzen mittels eines dreidimensiona­ len Rückprojektionsalgorithmus rekonstruiert. Ein derartiger Rückprojektionsalgorithmus ist beispielsweise von L.A. Feld­ kamp, L.C. Davis und J.W. Kress im Journal der Optical Socie­ ty of America A, Volume 1, No. 6, Seiten 612 bis 619, (JOSA A, 1/1984, No. 6, pp. 612-619) veröffentlicht worden.

Wie bereits erwähnt, wird das Elektrokardiogramm 10 des menschlichen Herzens 9 mit aufgenommen, um aus ihm die Ruhe­ phasen 13 des menschlichen Herzens 9 bestimmen zu können. Ggf. kann das Elektrokardiogramm 10 auch genutzt werden, um die Röntgenröhre 1 entsprechend zu triggern, so daß sie nur während der Ruhephasen 13 des Herzens 9 Röntgenstrahlen emit­ tiert. In diesem Fall kann die Röntgenbelastung des Patienten 8 verringert werden. Darüber hinaus sollte bei diesem Meßda­ tenaufnahmeverfahren der Träger 7 mit der höchstmöglichen Drehzahl n rotieren.

Das obenstehend beschriebene Verfahren ist nicht mehr anwend­ bar, wenn das menschliche Herz 9 während eines Phasenbereichs 16 aufgenommen werden soll, der in der Schlagphase 12 liegt.

Denn der Phasenbereich 16 hat eine Zeitdauer, die erheblich kleiner ist als die Rekonstruktionszeit T. Der Phasenbereich 16 kann beispielsweise eine Dauer von 50 ms haben. In dieser Zeit rotiert der Träger 7 auch bei einer Drehzahl n von 120 Umdrehungen/Minute nur um 36°, also ein Fünftel des minimalen Rekonstruktionswinkelbereichs β. Dennoch kann mit dem glei­ chen Computertomographen das Herz 9 auch in diesem Phasenbe­ reich 16 abgebildet werden. Dies geschieht wie folgt:

Ebenso wie zuvor werden an einer Vielzahl von Rotationswin­ keln α von den Detektorzeilen 3-5 jeweils gleichzeitig dem jeweiligen Rotationswinkel α zugeordnete Meßdatensätze aufge­ nommen. Die Meßdatensätze werden dabei zumindest während des Phasenbereichs 16 der periodischen Bewegung des Herzens 9 aufgenommen. Das Objekt 9 durchläuft eine Anzahl von Peri­ oden. Die Anzahl von Perioden ergibt sich dabei aus der Be­ dingung, daß das Produkt aus der Anzahl von Perioden und ei­ nem Phasenwinkelbereich δ mindestens dem Rekonstruktionswin­ kelbereich β entsprechen muß. Der Phasenwinkelbereich δ ist dabei der von dem Träger 7 während der Dauer des Phasenbe­ reichs 16 überstrichene Winkel. Sicherheitshalber sollte die Anzahl von Perioden 1 1/2 bis 2 mal so groß wie die Min­ destanzahl von Perioden sein. Der Träger 7 führt z. B. eine Anzahl von Rotationen aus, die typischerweise zwischen 10 und 20 liegt. Während dieser Rotationen schlägt das menschliche Herz 9 ca. 5 bis 20 mal. Es durchläuft also 5 bis 20 Peri­ oden.

Beispielhaft ist in Fig. 3 angenommen, daß der Phasenbereich 16 eine Dauer von 50 ms hat und der Träger 7 mit einer Dreh­ zahl n von 120 Umdrehungen/Min rotiert. Mit diesen Annahmen überstreicht der Träger 7 während eines Phasenbereichs 16 ei­ nen Phasenwinkelbereich δ = 36°. Unter der weiteren Annahme, daß der Rekonstruktionswinkelbereich β 180° beträgt, müssen also mindestens 5, besser 8 bis 10, Schlagphasen 12 des Her­ zens 9 durchlaufen werden. Unter der Annahme, daß das mensch­ liche Herz 9 mit einem Puls von 80 Schlägen/Minute schlägt, muß der Tragring 7 also mindestens 7 1/2, besser 12 bis 15 mal, eine vollständige Umdrehung ausführen.

Im Regelfall sollte der Träger 7 mit einer Drehzahl n rotie­ ren, die so hoch wie möglich gewählt ist. Unter Umständen kann es aber günstiger sein, die Drehzahl n niedriger zu wäh­ len. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Bewegung des Ob­ jekts 9 streng periodisch ist. In diesem Fall wird die Dreh­ zahl n des Trägers 7 vorzugsweise derart gewählt, daß die Meßdatensätze unmittelbar aufeinanderfolgender Rotationswin­ kel α entweder während des Phasenbereichs 16 derselben oder während des Phasenbereichs 16 der unmittelbar nachfolgenden Periode aufgenommen werden.

Unter Annahme einer (starren) Herzfrequenz von 80/Minute und einem Phasenbereich 16 mit einer Dauer von 50 ms wird daher z. B. vorzugsweise in 700 ms eine vollständige Umdrehung des Trägers 7 ausgeführt.

Die Lage des Phasenbereichs 16 kann wieder aus einem Elektro­ kardiogramm 10 bestimmt werden, das zusammen mit den Bild­ datensätzen aufgenommen wird. Die Lage des Phasenbereichs 16 ist dabei prinzipiell beliebig. Der Phasenbereich 16 kann z. B. in der Ruhephase 13 des Herzens liegen. Von besonderer Be­ deutung aber ist, wenn der Phasenbereich 16 in der Schlagpha­ se 12 des menschlichen Herzens 9 liegt.

Wenn die Belastung des Patienten 8 mit Röntgenstrahlung be­ sonders klein gehalten werden soll, wird die Röntgenröhre 1 vorzugsweise mittels des Elektrokardiogramms 10 getriggert. Hierdurch wird erreicht, daß der Patient 8 nur während der Phasenbereiche 16 durchstrahlt wird. Wenn andererseits die Röntgenröhre 1 nicht getriggert wird, werden während aller Phasen des menschlichen Herzens 9 Meßdatensätze aufgezeich­ net. In diesem Fall können beispielsweise bei der Bildrekon­ struktion nachträglich die relevanten Phasenbereiche 16 fest­ gelegt werden.

In Fig. 3 ist eine derartige Vorgehensweise schematisch dar­ gestellt. Hier wird der Rekonstruktionswinkelbereich β aus Phasenwinkelbereichen δ zusammengesetzt, wobei die Meßdaten­ sätze unmittelbar aufeinanderfolgender Rotationswinkel α ent­ weder während des Phasenbereichs 16 derselben oder während des Phasenbereichs 16 der unmittelbar nachfolgenden Periode aufgenommen worden sind.

Falls die Drehzahl n des Trägers 7 nicht derart optimiert wird, muß der Rekonstruktionswinkelbereich β, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, mit Phasenwinkelbereichen δ gefüllt werden, die im allgemeinen eine rein stochastische Permutati­ on sind.

Um aus den aufgenommenen Meßdatensätzen ein Bild des Objekts 9 rekonstruieren zu können, muß pro Rotationswinkel α aus den aufgenommenen Meßdatensätzen ein Meßdatensatz ausgewählt wer­ den. Hierfür stehen zwei Auswahlverfahren zur Verfügung.

Gemäß dem ersten Verfahren werden pro Phasenbereich 16 die während des Phasenbereichs 16 aufgenommenen Meßdatensätze zu je einer Rotationswinkelgruppe 17 zusammengefaßt. Zu jeder Rotationswinkelgruppe 17 wird ein Referenzwinkel ε bestimmt, der mit einem Phasenreferenzpunkt innerhalb des Phasenbe­ reichs 16 korrespondiert. Beispielsweise kann der Phasenrefe­ renzpunkt der Mitte oder dem Anfang des Phasenbereichs 16 entsprechen. Zur Auswahl des Meßdatensatzes, der dann tat­ sächlich zur Rekonstruktion des Objekts 9 herangezogen wird, werden pro Rotationswinkel α die Rotationswinkelgruppen 17 bestimmt, deren Referenzwinkel ε maximal so groß wie der je­ weilige Rotationswinkel α ist. Innerhalb der so bestimmten Rotationswinkelgruppen 17 wird dann der Meßdatensatz des Ro­ tationswinkels α derjenigen Rotationswinkelgruppe 17 herange­ zogen, bei der die Differenz zwischen dem jeweiligen Rotati­ onswinkel α und dem jeweiligen Referenzwinkel ε minimal ist.

Anhand der Differenzen zwischen dem jeweiligen Rotationswin­ kel α und dem jeweiligen Referenzwinkel ε der tatsächlich zur Rekonstruktion des Objekts 9 herangezogenen Meßdatensätze kann eine effektive Zeitauflösung ermittelt werden. Sie kann insbesondere zusammen mit dem rekonstruierten Objekt 9 ausge­ geben werden. Die effektive Zeitauflösung ist das Maximum al­ ler Differenzen zwischen dem jeweiligen Rotationswinkel α und dem jeweiligen Referenzwinkel ε der tatsächlich zur Re­ konstruktion des Objekts 9 herangezogenen Meßdatensätze.

Alternativ kann der Rekonstruktionswinkelbereich β in eine Anzahl gleichgroßer Teilwinkelbereiche ξ mit je einem Teil­ winkelbereichsreferenzwinkel ξ unterteilt werden. Der Teil­ winkelbereichsreferenzwinkel ξ kann wie der Referenzwinkel ε der Mitte oder dem Anfang des Teilwinkelbereichs ξ entspre­ chen. Pro Teilwinkelbereich ξ werden dann die Meßdatensätze derjenigen Rotationswinkelgruppe 17 zur Rekonstruktion des Objekts 9 herangezogen werden, bei der der Absolutwert der Differenz zwischen dem jeweiligen Teilwinkelbereichsreferen­ zwinkel ξ und dem jeweiligen Referenzwinkel ε minimal ist.

Bei diesem Verfahren ist die effektive Zeitauflösung, inner­ halb derer Meßdatensätze zur Rekonstruktion des Objekts 9 herangezogen werden, größer als der selektierte Phasenbe­ reich. Denn die Differenz zwischen dem jeweiligen Teilwinkel­ bereichsreferenzwinkel ξ und dem jeweiligen Referenzwinkel ε ist im allgemeinen nicht Null. Die effektive Zeitauflösung wird daher anhand der Differenzen zwischen dem jeweiligen Teilwinkelbereichsreferenzwinkel ξ und dem jeweiligen Refe­ renzwinkel ε der tatsächlich zur Rekonstruktion des Objekts 9 herangezogenen Meßdatensätze, der Größe der Teilwinkelberei­ che ξ und der Drehzahl n ermittelt. Die Drehzahl n und die Größe der Teilwinkelbereiche ξ ergeben die minimale Zeitauf­ lösung. Diese wird dann durch die Differenzen zwischen dem jeweiligen Teilwinkelbereichsreferenzwinkel ξ und dem jewei­ ligen Referenzwinkel ε der tatsächlich zur Rekonstruktion des Objekts 9 herangezogenen Meßdatensätze vergrößert.

Bei beiden Verfahren findet bei einem Wechsel von einer Rota­ tionswinkelgruppe 17 zu einer anderen Rotationswinkelgruppe 17 stets auch ein Zeitsprung statt. Der Übergang von einer Rotationswinkelgruppe 17 zur nächsten Rotationswinkelgruppe 17 kann daher unstetig sein. Dies kann bei der Rekonstruktion zu einer verminderten Bildqualität führen. Die Bildqualität kann aber erhöht werden, wenn bei einem derartigen Wechsel die Meßdatensätze in einem Überlappungsbereich gewichtet überlagert werden. Der Überlappungsbereich umfaßt zumindest die aneinander angrenzenden Rotationswinkeln α zugeordneten Meßdatensätze. Z. B. kann der letzte Meßdatensatz einer Rota­ tionswinkelgruppe 17 dahingehend modifiziert werden, daß er zu 2/3 mit seinem eigenen Wert und zu 1/3 mit dem Wert des ersten Meßdatensatzes der nachfolgenden Rotationswinkelgruppe 17 gewichtet wird. Ebenso kann dann der erste Meßdatensatz der nachfolgenden Rotationswinkelgruppe 17 zu 2/3 mit seinem eigenen Wert und zu 1/3 mit dem Wert des letzten Meßdatensat­ zes der vorhergehenden Rotationswinkelgruppe 17 gewichtet werden. Dies ist schematisch in Fig. 7 durch die gestrichel­ ten Linien angedeutet. Bereits diese geringfügige Modifikati­ on führt zu einer erheblichen Verbesserung der Qualität des rekonstruierten Bildes.

Auch durch das gewichtete Überlagern der Meßdatensätze der Rotationswinkelgruppen 17 findet eine Zeitaufweitung statt. Die Größe des Überlappungsbereichs wird daher bei der Ermitt­ lung der effektiven Zeitauflösung berücksichtigt. Dies ermög­ licht einem geschulten Betrachter eine Einschätzung der Qua­ lität des rekonstruierten Bildes.

Mit den erfindungsgemäßen Bildrekonstruktionsverfahren ist es insbesondere möglich, innerhalb einer Atemanhaltepause des Patienten 8 qualitativ hochwertige Meßdatensätze zu generie­ ren, mittels derer das gesamte Herz 9 darstellbar ist.

Claims (16)

1. Bildrekonstruktionsverfahren für ein sich periodisch be­ wegendes Objekt (9) mit einer Bewegungs- und einer Ruhe­ phase (12, 13) mittels einer auf einem Träger (7) (Gantry 7) angeordneten Detektoreinheit (2) mit zumindest einer ersten und einer letzten Detektorzeile (3, 4), wobei die erste und die letzte Detektorzeile (3, 4) senkrecht zu einer Rotationsachse (6) verlaufen und parallel zur Rota­ tionsachse (6) um eine Detektorhöhe (D) voneinander beab­ standet sind,

• - wobei der Träger (7) mit einer Drehzahl (n) um die Ro­ tationsachse (6) rotiert,
• - wobei zumindest während der Ruhephasen (13) an einer Vielzahl von Rotationswinkeln (α) pro Rotationswinkel (α) von den Detektorzeilen (3-5) jeweils gleichzeitig je ein dem jeweiligen Rotationswinkel (α) zugeordneter Meßdatensatz aufgenommen wird,
• - wobei die Drehzahl (n) derart gewählt ist, daß der Trä­ ger (7) während einer Ruhephase (13) um einen Drehwin­ kel (γ) rotiert, der mindestens so groß ist wie ein zur Rekonstruktion des Objekts (9) erforderlicher Rekon­ struktionswinkelbereich (β), und
• - wobei aus den Meßdatensätzen mittels eines dreidimen­ sionalen Rückprojektionsalgorithmus das Objekt (9) re­ konstruiert wird.

2. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (9) das menschliche Herz (9) ist.

3. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Ruhephase (13) ein Elektrokardio­ gramm (10) des menschlichen Herzens (9) mit aufgenommen wird.

4. Bildrekonstruktionsverfahren für ein sich periodisch be­ wegendes Objekt (9) mittels einer auf einem Träger (7) (Gantry 7) angeordneten Röntgenröhre (1) und einer eben­ falls auf dem Träger (7) angeordneten Detektoreinheit (2) mit zumindest einer ersten und einer letzten Detektorzei­ le (3, 4), wobei die erste und die letzte Detektorzeile (3, 4) senkrecht zu einer Rotationsachse (6) verlaufen und parallel zur Rotationsachse (6) um eine Detektorhöhe (D) voneinander beabstandet sind,

• - wobei der Träger (7) mit einer Drehzahl (n) um die Ro­ tationsachse (6) rotiert,
• - wobei während einer Anzahl von Perioden an einer Viel­ zahl von Rotationswinkeln (α) pro Rotationswinkel (α) von den Detektorzeilen (3-5) jeweils gleichzeitig je ein dem jeweiligen Rotationswinkel (α) zugeordneter Meßdatensatz aufgenommen wird,
• - wobei die Meßdatensätze zumindest während eines Phasen­ bereichs (16) mit einem Phasenreferenzpunkt der peri­ odischen Bewegung des Objekts (9) aufgenommen werden,
• - wobei das Produkt aus der Anzahl von Perioden und einem während des Phasenbereichs (16) überstrichenen Phasen­ winkelbereich (δ) mindestens einem zur Rekonstruktion des Objekts (9) erforderlichen Rekonstruktionswinkelbe­ reich (β) entspricht, und
• - wobei aus den Meßdatensätzen mittels eines dreidimen­ sionalen Rückprojektionsalgorithmus das Objekt (9) re­ konstruiert wird.

5. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (9) das menschliche Herz (9) ist und daß der Phasenbereich (16) in der Schlagphase (12) des menschlichen Herzens (9) liegt.

6. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Phasenbereichs (16) ein Elektro­ kardiogramm (10) des menschlichen Herzens (9) mit aufge­ nommen wird.

7. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenröhre (1) mittels des Elektrokardiogramms (10) getriggert wird, so daß das Objekt (9) nur während der Phasenbereiche (16) durchstrahlt wird.

8. Bildrekonstruktionsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl (n) des Trägers (7) derart gewählt wird, daß die Meßdatensätze unmittelbar aufeinander folgender Rotationswinkel (α) entweder während des Phasenbereichs (16) derselben oder während des Phasenbereichs (16) der unmittelbar nachfolgenden Periode aufgenommen werden.

9. Bildrekonstruktionsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl (n) des Trägers (7) so hoch wie möglich gewählt wird.

10. Bildrekonstruktionsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

• - daß pro Phasenbereich (16) die während des Phasenbe­ reichs (16) aufgenommenen Meßdatensätze zu je einer Ro­ tationswinkelgruppe (17) zusammengefaßt werden,
• - daß zu jeder Rotationswinkelgruppe (17) ein mit dem Phasenreferenzpunkt korrespondierender Referenzwinkel (ε) bestimmt wird,
• - daß pro Rotationswinkel (α) die Rotationswinkelgruppen (17) bestimmt werden, deren Referenzwinkel (ε) maximal so groß ist wie der jeweilige Rotationswinkel (α), und
• - daß innerhalb der so bestimmten Rotationswinkelgruppen (17) die Meßdatensätze derjenigen Rotationswinkelgruppe (17) zur Rekonstruktion des Objekts (9) herangezogen werden, bei der die Differenz zwischen dem jeweiligen Rotationswinkel (α) und dem jeweiligen Referenzwinkel (ε) minimal ist.

11. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Differenzen zwischen dem jeweiligen Rota­ tionswinkel (α) und dem jeweiligen Referenzwinkel (ε) der tatsächlich zur Rekonstruktion des Objekts (9) herangezo­ genen Meßdatensätze eine effektive Zeitauflösung ermit­ telt und zusammen mit dem rekonstruierten Objekt (9) aus­ gegeben wird.

12. Bildrekonstruktionsverfahren für nach einem der Ansprüche 4 bis 9 aufgenommene Meßdatensätze, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Rekonstruktionswinkelbereich (β) in eine Anzahl gleichgroßer Teilwinkelbereiche (ξ) mit je einem Teil­ winkelbereichsreferenzwinkel (ξ) unterteilt wird,
• - daß pro Phasenbereich (16) die während des Phasenbe­ reichs (16) aufgenommenen Meßdatensätze zu je einer Ro­ tationswinkelgruppe (17) zusammengefaßt werden,
• - daß zu jeder Rotationswinkelgruppe (17) ein mit dem Phasenreferenzpunkt korrespondierender Referenzwinkel (ε) bestimmt wird und
• - daß pro Teilwinkelbereich (ξ) die Meßdatensätze derje­ nigen Rotationswinkelgruppe (17) zur Rekonstruktion des Objekts (9) herangezogen werden, bei der der Absolut­ wert der Differenz zwischen dem jeweiligen Teilwinkel­ bereichsreferenzwinkel (ξ) und dem jeweiligen Referenz­ winkel (ε) minimal ist.

13. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Differenzen zwischen dem jeweiligen Teil­ winkelbereichsreferenzwinkel (ξ) und dem jeweiligen Refe­ renzwinkel (ε) der tatsächlich zur Rekonstruktion des Ob­ jekts (9) herangezogenen Meßdatensätze, der Größe der Teilwinkelbereiche (ξ) und der Drehzahl (n) eine effekti­ ve Zeitauflösung ermittelt und zusammen mit dem rekon­ struierten Objekt (9) ausgegeben wird.

14. Bildrekonstruktionsverfahren nach einem der Ansprüche 10

bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechsel von einer Rotationswinkelgruppe (17) zu einer anderen Rotationswinkelgruppe (17) die Meß­ datensätze in einem Überlappungsbereich gewichtet überla­ gert werden.

15. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 14 und einem der Ansprüche 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Überlappungsbereichs bei der Ermittlung der effektiven Zeitauflösung berücksichtigt wird.