DE3429155C2 - Einrichtung zum Minimieren von Nichtkoplanaritäts-Artefakten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Computer-Tomographie und insbesondere auf Einrichtungen zum Eliminieren oder mindestens Minimieren von Artefakten, die durch fehlende Planarität zwischen der Meßvorrichtung und der Strahlenquelle in der Abtastvorrichtung von CT-Abtastvorrichtungen verursacht werden.

Die Entwicklung der Computertomographien (CT) hat zu Abtastvorrichtungen mit verringerten Datenerfassnungs- unnd Bildrekonstruktionszeiten sowie verbesserter Dichte und räumlicher Auflösung geführt. Diese Verbesserungen wurden hauptsächlich durch Verwendung von höher entwickelten Datenerfassungseinrichtungen und schneller arbeitender Bildrekonstruktions-Einrichtungen möglich. Die Bildqualität wurde ferner dadurch verbessert, daß Annahmen, die in den Algorithmen der früheren Generationen von CT-Abtastvorrichtungen gemacht wurden, neu bewertet worden sind, und in den Korrekturen und/oder Verbesserungen dieser Annahmen innerhalb des Bildrekonstruktionsalgorithmus eingeführt wurden.

Die Annahmen wurden ursprünglich gemacht, um die Kompatibilität der Echtdaten sicherzustellen, die durch eine tatsächliche Abtastvorrichtung mit theoretischen Rekonstruktions-Algorithmen gesammelt wurden, die z. B. eine unbegrenzte Anzahl von Linienintegralwerten der zweidimensionalen Dämpfungsfunktion erforderlich machen. Bei Rekonstruktions-Algorithmen werden die Linienintegralwerte invertiert, was zweidimensionale Objektdichtefunktionen ergibt, die dem Benutzer als Bilder dargeboten werden.

CT-Abtastvorrichtungen verwenden eine Vielzahl von Quellen und eine Vielzahl von Meßvorrichtungen, die jeweils eine Abtastbewegung relativ zu einem Körper ausführen, um ein Maß für die Dämpfung für jede einer Vielzahl von geradlinigen Strahlungen zu erzielen, die die Quelle mit der Meßvorrichtung verbinden. Diese Dämpfungsmessungen werden dann durch eine entsprechende Vorrichtung verarbeitet, um eine Verteilung der Linienintegralwerte der Objektdichtefunktion zu erhalten. Um die gewünschte Vielzahl von Linienintegralen zu erzielen, werden die Quellen und Meßvorrichtungen in vorbestimmten Scheinen bewegt.

In einem Translations-Rotations-System, bei dem die Quelle einen Fächerstrahl emittiert, der aus schmalgebündelten Strahlen besteht, ergeben die Meßvorrichtungen während der Umsetzung eine Information, die sich auf eine Vielzahl von Sätzen von parallelen Strahlpfaden beziehen. Die Sätze sind im Winkel durch die Winkeltrennung der Strahlen versetzt. Jeder schmalgebündelte Strahl ergibt im Verlauf der seitlichen Abtastung die Daten für einen Satz von parallelen Datenpfaden. Daten aus jedem solchen parallelen Satz werden so verarbeitet, daß sie parallele Projektionen der Objektdichtefunktion ergeben. Üblicherweise werden gefilterte Rückprojektionsmethoden verwendet, um die Dichtefunktion aus den parallelen Projektionen zu rekonstruieren, die über mindestens 180° der Rotation gesammelt werden.

Bei Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen, bei denen Quelle und Meßvorrichtung in bezug aufeinander fest angeordnet sind und miteinander um das Objekt rotieren, ist es üblich, die nicht parallelgeschalteten Daten, die dabei gesammelt werden, in paralleles Datenformat durch entsprechendes Umsortieren umzuformen. Dies ist deshalb der Fall, weil herkömmliche Rückprojektionsmethoden den parallelgeschalteten Daten angepaßt sind, die durch eine Translations- Rotations-Abtastvorrichtung erzeugt werden. Entsprechende Sortiertechniken sind in der US-PS 4 266 136 beschrieben. Der Umsortieralgorithmus erfordert einen Rotationswinkel von 180° plus dem Winkel, der von dem Quellenfächer eingeschlossen wird. Es gibt auch Methoden, um die Fächerstrahldaten, die von dem Umsortieralgorithmus gefordert werden, direkt zu rekonstruieren. Eine solche Methode ist in dem Aufsatz von D. L. Parker, "Optimal Short Scan Convolution Reconstruction for Fanbeam CT" aus Medical Physics, Band 9, Nr. 2, März 1982, Seiten 254-258 beschrieben.

Die meisten der zur Zeit zur Verfügung stehenden CT-Abtastvorrichtungen verwenden koplanare Anordnungen aus Quelle und Meßvorrichtung. Dies bedeutet, daß die Mittelpunkte aller Meßvorrichtungs- und Quellen-Positionen in der gleichen Ebene, d. h. in der Abtastebene liegen. Diese zweidimensionale Konfiguration ist das Ergebnis mathematischer Ableitungen der herkömmlichen Rekonstruktionstheorie, die erforderlich machen, daß alle Linienintegrale der Dichtefunktion in einer Ebene liegen. Ein entscheidendes Problem bei CT-Abtastvorrichtungen besteht darin, daß Meßvorrichtung und Quelle Öffnungen haben, die in axialer Richtung verlaufen, d. h. senkrecht zu der Abtastebene. Implizit zu dem Bildkonstruktionsalgorithmus ist die Annahme, daß das Objekt in axialer Richtung räumlich sich nicht ändert. Diese Annahme ist selten erfüllt. So sind die sogenannten "Teilvolumen"-Artefakte bei der End-Rekonstruktion der Abtastebene vorhanden. Um die Teilvolumenartefakte zu reduzieren, wird die jeweilige Höhe der Quellen- und Meßvorrichtungen so klein wie möglich gemacht.

Bei manchen CT-Abtastvorrichtungen sind die Quellen- und Meßvorrichtungsöffnungen absichtlich so ausgelegt, daß sie in getrennten Ebenen liegen. Derartige Einrichtungen werden als nichtkoplanare Konfigurationen aufweisend beschrieben. Nichtkoplanare Einrichtungen sind in folgenden Aufsätzen beschrieben worden: D. P. Boyd, "Theoretical Possibilities for CT Scanner Development", aus Diagnostic Imaging, Dezember 1982; R. A. Robb, "X-ray Computed Tomography: An Engeneering Synthesis of Multiscientific Principles" aus "Critical Reviews in Biochemical Engineering", herausgegeben von J. R. Bourne, CRC Press, März 1982, Seiten 265-327. Aus dieser nichtkoplanaren Geometrie ergibt sich, daß die Teilvolumenartefakte verstärkt werden. Dieser neue Pegel von Teilvolumenartefakten wird als "Nichtkoplanaritäts-Artefakte" bezeichnet.

Die Nichtkoplanarität bewirkt verschiedene unterschiedliche arten von Artefakten, von denen zwei besonderer Bedeutung sind. Der erste ist auf die axiale Auflösung bezogen, der andere auf Unvereinbarkeiten in Zusammenwirken der Daten mit dem Rekonstruktions-Algorithmus.

Das Scheibenvolumen einer Meßvorrichtung ist das Volumen, das durch die Ansammlung aller Pfade gebildet wird, die von den Linienintegralwerten genommen werden. Das Scheibenvolumen in der nichtkoplanaren Geometrie ist wesentlich größer und unregelmäßiger als das Scheibenvolumen in der koplanaren Geometrie. Da Objekte sich räumlich in axialer Richtung ändern, sind die axialen Auflösungen von nichtkoplanaren Einrichtungen entscheidend geringer als bei entsprechenden koplanaren Abtastvorrichtungen.

Die zweite Art von Artefakten, die durch die Nichtkoplanarität verursacht werden, ist ein Ergebnis von Unvereinbarkeiten in den gemessenen Linienintegraldaten. Alle vorhandenen Rekonstruktions-Algorithmen unterstellen oder fordern, daß Linienintegrale längs zweier entgegengesetzter Pfade identisch sind. Wenn jedoch eine Änderung im Dämpfungskoeffizienten des Objekts in axialer Richtung auftritt, sind die Linienintegrale längs der beiden entgegengesetzten Pfade in der nichtkoplanaren Konfiguration nicht identisch. Der Einfluß dieser Unvereinbarkeit bewirkt Artefakte in rekonstruierten Bildern. Aufgrund der physikalischen Form und Dichteverteilung der Artefakte der physikalischen Form und Dichteverteilung der Artefakte werden sie als "Schmetterlings-Artefakte" bezeichnet.

Wenn Meßvorrichtungen mit koplanarer Geometrie überhaupt brauchbare Bilder ergeben sollen, müssen das große Scheibenvolumen und die "Schmetterlings-Artefakte" reduziert werden. Da stets ein gewisses Maß an Nichtkoplanarität vorhanden ist, gibt es stets einen Punkt, bei dem die Nichtkoplanaritäts-Artefakte die Bilder klinisch unbrauchbar machen.

Entgegengehaltener Stand der Technik:

• 1. US-PS 422 72 820 befaßt sich mit Korrekturmaßnahmen für Artefakte in Form geradliniger Streifen, nicht aber mit der Korrektur von Artefakten, die durch Nichtkoplanarität zwischen der Strahlungsquelle und der Meßvorrichtung eines Kathodenstrahlsystems entstehen. Quelle und Meßvorrichtung liegen dabei in einer gemeinsamen Ebene; der Gegenstand ist ein dreidimensionaler Körper mit einem Schnitt in der Ebene, die durch die Strahlen der Strahlungsquelle definiert ist, welche durch den Körper hindurchgehen und auf die Meßvorrichtung auftreffen. Die Meßvorrichtung ist als Kathodenstrahlabtastvorrichtung ausgeführt, die ein Rekonstruktionsbild ergibt, und zur Bestimmung eines "Fehlersignals" wird ein Bereich in Luft, der vom Röntgenstrahl durchlaufen wird, verwendet. Das Fehlersignal wird dabei grundsätzlich von dem nicht korrigierten Meßsignal subtrahiert. Das Problem der Nichtkoplanarität ist hierbei nicht angesprochen und auch nicht relevant.
• 2. DE-OS 30 02 1187 zeigt eine Vorrichtung zum Beschleunigen der Reprojektion von Fächerstrahlen, die zwar eine beschleunigte Erfassung ermöglichen, jedoch zu einer Verzögerung in der Reprojektion führen. Hierzu wird eine Vorrichtung zum Beschleunigen von Reprojektionsvorgängen bei Verwendung von Fächerstrahlen vorgeschlagen, ein Hinweis auf das Problem der Nichtkoplanarität und der dadurch verursachten Artefakte ergibt sich hieraus nicht.
• 3. DE-OS 29 44 252 betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Korrigieren "der Härte" von Röntgenstrahlen während des Durchgangs durch einen Körper, nicht jedoch von Artefakten, die durch Nichtkoplanarität entstehen.
• 4. Auch aus der DE-AS 25 59 427 ergibt sich kein Hinweis auf die Nichtkoplanarität. Die hier dargestellte Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung arbeitet anstatt mit parallelen Strahlen mit Fächerstrahlen, die so ausgelegt sind, daß sie gleichzeitig auf eine Vielzahl von Meßvorrichtungen auftreffen. Die Fächerstrahlen werden in analoge parallele Strahlen umgewandelt. Das Umsortieren der Fächerstrahlen in parallele Strahlen umfaßt das Kombinieren von Signalen aus Winkelpositionen, die etwa 180° voneinander entfernt sind. Zur Durchführung des Umsortierens wird hierbei eine 180°-Analyse der Strahlen verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe durch Nichtkoplanarität verursachte Artefakte korrigiert werden können.

Gemäß der Erfindung wird eine Einrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 vorgeschlagen; weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, die beiden Rekonstruktionen der radialen Linien, die ein Bild darstellen, gleichzeitig auszubilden. Das Resultat ist die Erzeugung getrennter Bilder, die die oberen und unteren Abschnitte des Scheibenvolumens darstellen. Die Verwendung der beiden Bilder verbessert die axiale Auflösung entscheidend und reduziert die "Schmetterlings-Artefakte", die charakteristisch für die Nichtkoplanarität sind.

Dies wird implizit für Daten optimiert, die aus Translations-Dreh-CT-Abtastvorrichtungen stammen, die auch als Vorrichtungen der ersten oder zweiten Generation bezeichnet werden. Es ist jedoch möglich, Daten von Vorrichtungen beliebiger Konfiguration zu sortieren bzw. zu behandeln, um zu erreichen, daß die Daten den Daten entsprechen, die aus der Translations-Dreh-Konfiguration gesammelt werden. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren weiter gekennzeichnet durch das Neusortieren der aus einer willkürlichen Konfiguration erhaltenen Daten in parallele Projektionsdaten und in der vorbeschriebenen Weise zu verfahren.

Weiterhin wird mit vorliegender Erfindung eine Behandlung von Daten vorgeschlagen, um die Nichtkoplanarität zu korrigieren. Das Umsortieren macht häufig die Verwendung einer Interpolation erforderlich, wie im Falle der Verwendung von Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen. Interpolierte Werte sind jedoch nicht notwendigerweise reproduzierbar, und deshalb führt eine Umsortierung häufig zu Schlierenartefaktren in den Rekonstruktionen. Somit kann dieser Interpolationsschritt Artefakte einführen, die schlechter sind als die ursprünglichen Nichtkoplanaritäts-Artefakte. Es wird deshalb beim Stand der Technik ein direkter Rückkprojektions-Algorithmus (ohne Interpolation in parallele Projektionsdaten) vorgesehen, der auf die spezielle Geometrie ausgelegt ist, wenn die Daten von einer Abtastvorrichtung mit einer Rotations-Rotations-Konfiguration erhalten werden. Des weiteren werden Fächerstrahlprojektionsdaten verwendet, die direkt aus den Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen anstelle von parallelen Projektionen erhalten werden. Dies ummfaßt die Schritte der Unterteilung des Bildes in dicke keilförmige Speichen und Weiterbehandlung in der vorstehend erläuterten Weise, indem die Keile als radiale Linien behandelt werden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnunng anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Teilblockschaltbild, das eine nichtkoplanare Anordnunng aus Quelle und Meßvorrichtung nach der Erfindung darstellt,

Fig. 2a) und 2b) eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine koplanare und eine nichtkoplanare Anordnung aus Quelle und Meßvorrichtung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Bildverarbeitungsvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Darstellung der Aufteilung der Rückprojektion in obere und untere Bilder, und

Fig. 5 eine Darstellung einer dicken keilförmigen Speiche, die bei Fächerstrahlkonfiguration nach der Erfindung verwendet wird.

Die Quelle 1 nach Fig. 1 richtet durchdringende Strahlung durch einen Körper, der zwischen der Meßvorrichtung 3 und der Quelle 1 im Bereich der axialen Achse 13 angeordnet ist. Die Meßvorrichtung 3 ist in einer Ebene angeordnet. die außerhalb und parallel zu einer Ebene liegt, in der die Quelle 1 angeordnet ist. Die Meßvorrichtung 3 nimmt Strahlung aus der Quelle 1 auf, die Intensitätssignale erzeugt, welche der Intensität von Strahlen entsprechen, die durch den zu prüfenden Körper geschickt werden. Der Ausgang der Meßvorrichtung 3 wird der Vorprozessoreinrichtung 57 zugeführt, die Projektionsdaten erzeugt, welche Linienintegrale durch den zu untersuchenden Körper darstellen. Die Linienintegral-Daten werden einer Bildverarbeitungseinrichtung 59 zugeführt, die eine Vielzahl von Bildern erzeugt, welche dem zu untersuchenden Körper entsprechen.

In Fig. 1 ist ein Rotations-Rotations-System gezeigt, in dem eine Quelle 1 längs der gestrichelten Kreislinie 51 rotiert, während die Meßvorrichtung 3 um die Kreislinie 53 rotiert. Vorliegende Erfindung ist nicht auf Rotations-Rotations-Konfiguration beschränkt, sondern es können auch andere CT-Konfigurationen verwendet werden, z. B. Translations-Rotations-, Rotations-Stationär- oder vollstationäre Konfigurationen mit Quelle. Die Quelle 1 und die Meßvorrichtung 3 sind auf einer entsprechenden Halterung (nicht dargestellt) angeordnet.

Mit 17 ist in Fig. 1 ein Strahlenbündel bezeichnet, das von der Quelle 1 emittiert wird und das auf die Meßvorrichtung 3 auftrifft. Eine Brennpunktebene 16 liegt parallel zu und etwa in der Mitte zwischen den entsprechenden Ebenen 51, 53, in denen die Quelle 1 und die Meßvorrichtung 3 angeordnet sind. Eine Verschiebungsvorrichtung 55 bewirkt, daß die Quelle 1 Strahlung von einer Vielzahl von Stellen emittiert, damit Parallelprojektionssignale über einen vollen Kreis von 360° in bezug auf den zu prüfenden Körper für ein Translations-Rotations-System oder Fächerstrahldaten über volle 360° in bezug auf den Körper für ein Rotations-Rotations-System erzielt werden. Die Verschiebungsvorrichtung 55 bewirkt, daß sowohl die Quelle 1 als auch die Meßvorrichtung 3 im Tandembetrieb in einem Rotations-Rotations-Betrieb umlaufen, bewirkt jedoch, daß nur die Quelle 1 in einem Rotations-Stationär-System umläuft. Ferner führt in einem Translations-Rotations-System die Verschiebungsvorrichtung 55 eine Translations- und Rotationsbewegung der Quelle 1 und der Meßvorrichtung 3 in bezug auf den Körper aus.

Bei den üblichen zur Verfügung stehenden CT-Abtastvorrichtungen ist im Idealfall eine Koplanarität (in Fig. 2A gezeigt) zwischen den Mittelpunkten aller Öffnungen der Quelle und der Meßvorrichtung gegeben. Eine Strahlungsquelle, z. B. eine Röntgenröhre 21, liegt in der gleichen Ebene wie ein Detektor (Meßvorrichtung 22). Wenn das Paar aus Quelle und Detektor sich um 180° in die Positionen 21′, 22′ gedreht hat, verbindet der gleiche Pfad die Mittelpunkte der Quellen- und Detektoröffnungen.

Fig. 2B zeigt im Gegensatz hierzu eine Quelle und eine Meßvorrichtung, die nicht koplanar sind. Die Quelle liegt in der Quellenebene 23 und die Meßvorrichtung in der Detektorebene 24. Die Ebene, die mittig zwischen den Quellen- und Detektorebenen liegt, ist die Brennpunktebene 16. Wie in Fig. 2B dargestellt, ist, wenn die Quelle 21 sich in die Position 21′ und der Detektor 22 sich nach 22′ bewegt, ein die Mittelpunkte der Öffnungen der Quelle und der Meßvorrichtung verbindender Pfad unterschiedlich von dem ursprünglichen Verbindungspfad.

Die vorbeschriebenen Unvereinbarkeiten in den Pfaden führen zu den vorerwähnten "Schmetterlingsartefakten". Die Nichtkoplanarität der Quelle und der Meßvorrichtung bringt eine verringerte Auflösung in axialer Richtung mit sich. Die Methoden, die zur Reduzierung der Einflüsse der Nichtkoplanarität verwendet werden, werden anhand der folgenden mathematischen Erläuterungen, die sich auf die Rekonstruktionstheorie beziehen, verständlicher. Es sei die Funktion f (x, y) betrachtet, die einen Querschnitt eines Gegenstandes und des Pfades darstellt, gekennzeichnet durch (R, t):

t=x*cos (R)+y*sin (R). (1)

Eine Probe p (R, t) der Projektion der Objektfunktion längs des Pfades, gekennzeichnet durch (R, t) ist gegeben durch:

p (R, t)=∬ f (x, y) δ (t-x*sin (R)) dxdy (2)

wobei ∫ (z) durch folgende Integralgleichung ausgedrückt ist:

∫δ (z) g (z) dz=g (R). (3)

Die Projektion eines Objektes wird in an sich bekananter Weise erhalten.

Gefilterte Objektprojektionen sind gegeben durch:

q (R, t)p (R, t) ⟨*⟩ h (t) (4)

wobei der Vorgang der Faltung durch eine Spitze ⟨*⟩ bezeichnet ist und h (t) eine der bekannten Filterfunktionen ist, die für die Rückprojektions-Algorithmen erforderlich ist.

Bei bekannten Geräten wird der Rückprojektionsvorgang, der zum Rekonstruieren des Objektes f (x, y) verwendet wird, beschrieben durch:

f (x, y)=∫q (R, x*cos (R) · y*sin (R)) d R, (5)

wobei die Grenzen im Integral über einem beliebigen Bereich von R legen, der eine Erstreckung von 180° hat. Der Bereich ist jedoch für alle Werte von "x" und "y" fest.

f (Φ, ρ) sei die Polarkoordinatendarstellung der Objektfunktion f (x, y). Die beiden Funktionen können wie folgt aufeinander bezogen sein:

f (x, y)=f (Φ, ρ), (6)

für

xρ*cos (Φ) (7a)

yρ*sin (Φ), (7b)

wobei

R<=ρ<∞.

Das Rekonstruktionsintegral kann in Polarkoordinaten ausgedrückt werden, wenn die Gleichungen (6) und (7) in (5) eingesetzt werden:

F (Φ, ρ)=∫ q (R, ρ *cos (R-Φ)) d R, (8)

wobei zu betonen ist, daß Φ alle Werte zwischen Null und 2π einnimmt und ρ nicht negativ ist.

Es wird eine radiale Linie von "f" bei Φ betrachtet. Aus der Geometrie der nichtkoplanaren Konfiguration läßt sich leicht entnehmen, daß ρ (Φ, 0) seine größten Anteile aus Objekten längs der radialen Linie bei Φ erhält, die über der Brennpunktebene liegen, und durch Objekte, die unterhalb der Brennpunktebene längs der radialen Linie und Φ+π liegen. Damit ergibt sich eine optimierte Rekonstruktion der radialen Linie entsprechend dem Scheibenvolumen oberhalb der Brennpunktebene zu:

Obiges Argument kann leicht so weit erstreckt werden, daß gezeigt wird, daß p (Φ-π, 0) seine größten Anteile aus Objekten erhält, die unterhalb der Brennebene für die durch Φ gekennzeichnete Linie liegen, und für Objekte längs der radialen Linie, die mit Φ+π gekennzeichnet sind und die über der Brennebene liegen. Damit ergibt sich eine optimierte Rekonstruktion der radialen Linie entsprechend dem Scheibenvolumen unterhalb der Brennebene zu:

Da jedes Bild eine Ansammlung von 360° von radialen Linien ist, können die Integralgleichungen nach (9) und (10) zum Rekonstruieren zweier Bilder verwendet werden. Daraus ergibt sich die Erzeugung der beiden getrennten Bilder, die die oberen und unteren Abschnitte des Scheibenvolumens darstellen. Die beiden Bilder verbessern entscheidend die axiale Auflösung und verringern die "Schmetterlings-Artefakte", die ein Charakteristikum der Nichtkoplanarität sind.

Eine Einrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens ist in Fig. 3 gezeigt, bei der ein erweitertes Diagramm einer Bildverarbeitungsvorrichtung 59 gezeigt ist. Eine Parallelprojektionsformungsvorrichtung 61 erzeugt 360° parallele Projektionsdaten. Der Ausgang aus 61 wird in eine Filtervorrichtung 63 geführt. Die Rekonstruktionsvorrichtung 67 erzeugt ein Bild aus den gefilterten Projektionsdaten, indem die Bilder dadurch rekonstruiert werden, daß die Rekonstruktionen einer Serie von radialen Linien gesammelt werden. Die Daten, die durch die Rekonstruktionsvorrichtung 67 verwendet werden, werden durch eine Auswählvorrichtung 65 ausgewählt, die Daten als eine Funktion der jeweiligen radialen Linie, die durch die Rekonstruktionsvorrichtung 67 rekonstruiert wird, ausgewählt. Die Auswählvorrichtung 65a ist so ausgelegt, daß sie Projektionsdaten auswählt, die mit dem Winkel der radialen Linie zentriert sind, und die Auswählvorrichtung 65b ist so ausgelegt, daß sie Daten auswählt, die mit dem Winkel der radialen Linie plus 180° zentriert sind. Eine Rückkopplungsvorrichtung 71 ergibt den Winkel der radialen Linie, die durch die Rekonstruktionsvorrichtung 67 rekonstruiert ist, zur Auswählvorrichtung 65. Die resultierenden Bilder wurden auf der Bildsichtanzeigevorrichtung 69 zur Anzeige gebracht.

Die Integrale in den Gleichungen (9) und (10) haben die Standardform von Rückprojektionsintegralen. Es ist einfach, die normale Rückprojektierung so zu erweitern, daß sie die oben beschriebene Doppelbildmethode einschließt. Dies ist der Fall, weil jede radiale Linie unter Verwendung von 180° der gefilterten Projektionen rekonstruiert ist.

Die erweiterte Methode ist in Fig. 4 dargestellt. Diese Methode umfaßt die folgenden Schritte:
Bildung von 360° paralleler Projektionen,
Filtern der parallelen Projektionen,
Voreinstellen auf Null eines Bildes, das das obere Volumen darstellt, und eines Bildes, das das untere Volumen darstellt, und
Rückprojizieren der gesamten 360° der gefilterten Projektionen, wobei der Rückprojektionsschritt so modifiziert wird, daß eine Projektion in das obere Bild für alle Pixelwerte vor dem Brennpunktübergang und in das untere Bild nach dem Brennpunktebenenübergang rückrpojiziert wird, wobei der Brennpunktebenenübergang die gerade Linie ist, die den Abtastursprung im gleichen Winkel wie die gerade rückprojizierte Projektion schneidet.

Dies ergibt kreisförmige Artefakte wegen des scharfen "Überganges", wenn die Schaltung zwischen den Bildern erfolgt, falls der Brennpunktebenenübergang gekreuzt wird. Die Kreisartefakte verbinden Objekte hoher Dichte mit dem Ursprung der Abtastebene. Diese Kreisartefakte können durch Glätten des Überganges um die Brennebene herum reduziert werden. Der Glättungsvorgang wird dadurch durchgeführt, daß für einen Bereich in der Nähe des Brennpunktüberganges in beide Bilder rückprojiziert wird. Jedoch werden die Werte, die in diesem Bereich rückprojiziert werden, so bewertet, daß die Summe des Beitrages einer gegebenen Projektion und des Beitrages der Projektion, die um genau 180° gegenüber der gegebenen Projektion versetzt ist, exakt Eins ist.

Die vorbeschriebenen Methoden können verallgemeinert werden, weil vom mathematischen Standpunkt aus die Daten, die in der Translations-Rotations-Konfiguration gesammelt werden, identisch mit den Daten sind, die in einer beliebigen anderen rekonstruierbaren Konfiguration gesammelt werden. Es ist stets möglich, Daten umzusortieren, um eine Übereinstimmung mit Daten aus dem Translations-Rotations- Betrieb zu erhalten. Wenn das Umsortieren einmal durchgeführt ist, kann das vorbeschriebene Verfahren zum Korrigieren der Nichtkoplanarität verwendet werden.

Das Umsortieren macht häufig die Verwendung einer Interpolation erforderlich, wie bei der Verwendung von Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen. Interpolierte Werte sind nicht notwendigerweise widerspruchsfrei, und deshalb ergibt das Umordnen häufig Schlierenartefakte in den Rekonstruktionen. Somit kann dieser Interpolationsschritt Artefakte einführen, die schlechter sind als die ursprünglichen Nichtkoplanaritäts- Artefakte. Deshalb ist es erwünscht, die obigen Vorgänge auf den Fall der Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung zu erstrecken, ohne daß der Schritt des Umsortierens verwendet wird. Beim Korrigieren der Nichtkoplanarität (in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben), nimmt jede der beiden Oberflächenrekonstruktionen Anteile von 180° der gefilterten Projektionen anstatt von ganzen 360° auf. Die Methode nach Fig. 4 ist ein schneller Algorithmus für alle Pixel in beiden Bildern. Der Algorithmus nach Fig. 4 ist jedoch nicht direkt auf die Rotations-Rotations-Daten anwendbar, weil Projektionen von 180° plus dem Fächerwinkel erforderlich sind. Zusätzlich werden die Projektionen vor einer Filterung mit einer Funktion bewertet, die von dem Winkel einer Projektion abhängt.

Die direkte Analogie des Algorithmus nach Fig. 4 auf Fächerstrahldaten dient zur Rekonstruktion einer jeden radialen Linie in jedes der oberen und unteren Bilder unabhängig von den anderen radialen Linien. Jede radiale Linie wird dadurch erzielt, daß ein direkter 180° plus Fächerstrahl-Rekonstruktions- Algorithmus verwendet wird. Dieser Algorithmus ist sehr zeitaufwendig. Die Lösung besteht darin, einige Abkürzungen zu verwenden, wie in Fig. 5 gezeigt, wo im Prinzip "fette" radiale Linien durch Verwendung von Sektoren gezeigt werden. Die 360° der Fächerstrahlprojektionsdaten werden in K überlappende Sätze von Daten unterteilt, deren jeder 180° plus den Fächerwinkel überdeckt. Für jeden Satz wird ein innerhalb der Daten zentrierter Sektor rekonstruiert. Ferner wird unmittelbar die Reflexion der Sektoren rekonstruiert. Es werden die K Sektoren kombiniert, um die obere Fläche zu bilden, und es werden die reflektierenden Sektoren kombiniert, um die untere Fläche zu bilden. Die sich überlappenden Sektoren werden verwendet, um die Übergänge an den Sektorgrenzen zu glätten.

Claims (11)

1. Einrichtung zum Minimieren von Artefakten, die durch Nichtkoplanarität zwischen einer Strahlungsquelle und einer Meßvorrichtung in der Computer-Tomographie entstehen, bei der die Strahlungsquelle einen Strahl durchdringender Strahlung erzeugt, der um eine Achse drehbar ist und der auf die Meßvorrichtung auftrifft, wobei die Nichtkoplanarität durch die Lage der Positionen der Strahlungsquelle, die die erste Ebene festlegt, und die Lage der Positionen der Meßvorrichtung, die eine zweite, gegenüber dieser Ebene axial verschobene Ebene festlegt, definiert ist, mit

• a) einer Röntgenstrahlquelle (1; 221), deren Strahlung von der Strahlungsquelle zur Meßvorrichtung (3; 23) durch einen dazwischen angeordneten Körper geht und die bewirkt, daß die Meßvorrichtung (3) Ausgangssignale erzeugt,
• b) einer Vorrichtung (57) zum Verarbeiten dieser Ausgangssignale in Darstellungen von Zeilenintegralen der Dämpfungskoeffizienten des Körpers,
• c) einer Vorrichtung (59) zum Verarbeiten dieser Darstellungen in Projektionsdaten über 360°, und
• d) einer Vorrichtung (63) zum Filtern der projizierten Daten,

gekennzeichnet durch

• e) eine Vorrichtung (67; 65a, 65b; 67a, 67b; 69a, 69b) zum Erzeugen zweier Bilder durch zweimaliges Rekonstruieren einer begrenzten Anzahl von radialen Linien unter Verwendung eines Rekonstruktionsalgorithmus, wobei die eine Rekonstruktion die minimal gefilterten Projektionsdaten, die für den um den Winkel einer jeden radialen Linie zentrierten Rekonstruktionsalgorithmus erforderlich sind, benutzt, und die andere Rekonstruktion die um den Winkel der radialen Linie plus 180° zentrierten gefilterten Projektionsdaten verwendet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (67a, 67b) zum Erzeugen zweier Bilder zum gleichzeitigen Rekonstruieren beider Bilder ausgelegt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Rückprojizieren von gefilterten Projektionen, um eine Projektion in ein erstes Bild für alle Pixelwerte auf einer Seite eines Brennpunktebenen-Überganges und in ein zweites Bild auf der anderen Seite des Brennpunktebenen-Überganges rückzuprojizieren, wobei der Brennpunktebenen-Übergang als die gerade Linie durch den Abtastursprung in einem Winkel gleich dem Winkel der rückprojizierenden Projektion definiert ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glättungsvorrichtung vorgesehen ist, die in einem Bereich um den Brennpunktebenen-Übergang arbeitet.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Verwendung bewerteter Mittelungen der rückprojizierten Werte aus entgegengesetzten Richtungen aufweist.

6. Einrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sektoren anstelle von radialen Linien verwendet werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren sich überlappen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Glättungsvorrichtungen zum Kombinieren sich überlappender Sektoren für die Ausbildung der Bilder vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Verwendung bewerteter Mittelwerte der Teile der sich überlappenden Sektoren aufweist.

10. Einrichtung zum Minimieren von Artefakten, die durch Nicht-Koplanarität zwischen einer Speisequelle und einem Detektor in der computergesteuerten Tomographie entstehen, bei der die Quelle um eine Achse drehbar ist und einen Strahl durchdringender Strahlung erzeugt, der auf den Detektor auffällt, wobei die Nicht-Koplanarität durch die Lagen der Positionen der Quelle, die eine erste Ebene definiert, und durch die Lagen der Positionen des Detektors, der eine zweite Ebene definiert, festgelegt ist, und wobei die ersten und zweiten Ebenen durch eine dritte Ebene getrennt sind, die einen Teil des abzutastenden Gegenstandes einschließt, mit
einer Vorrichtung zum Erregen der Quelle (1), um eine Strahlung zu erzeugen, die von der Quelle zum Detektor (3) durch einen Körper läuft, wenn dieser Gegenstand zwischen der Quelle und dem Detektor angeordnet ist, wobei Ausgangssignale aus dem Detektor erhalten werden, und
einer Vorrichtung (57) zum Verarbeiten der Ausgangssignale, um Strahlungsintensitätsdämpfungsdaten für den Körper über 360° zu erzielen,
gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung (65, 67) zum Formen zweier Bilder aus den Daten, wobei ein Bild aus den Daten auf eine Seite der dritten Ebene und das zweite Bild aus den Daten auf die andere Seite der dritten Ebene bezogen ist.