DE4321080C1 - Computertomograph mit Spiralabtastung - Google Patents

Description

Mit zunehmender Bedeutung der Spiraltechnik in der Computertomographie nimmt auch die Zahl der Anwendungen zu, bei denen viele Einzelbilder bereitgestellt werden müssen. Hierher gehören dreidimensionale Reformationen aus vielen ebenen Bildern oder Cine-Darstellungen. Unter diesen Umständen wird der Rechen- und Zeitaufwand eines Algorithmus ein wichtiger Gesichtspunkt. Als Maß für diesen Aufwand wird die Zahl der Faltungs-Rückprojektion-Operationen angesehen, die insgesamt zur Berechnung einer gewünschten Anzahl von Bildern erforderlich ist.

Will man mit herkömmlicher Spiraltechnik Bilder auf einer Distanz von N_S Schichtdicken d im Abstand d/n berechnen, das sind nN_S Bilder, dann sind hierzu nN_SN₂_π Faltungs- Rückprojektions-Operationen erforderlich (N₂_π = Zahl der Projektionen auf 2 π). Je nach Wahl der Parameter können hier große Werte erreicht werden. Daher besteht ein großes Interesse an Verfahren, die diese Aufgabe schnell und ohne Bildqualitätseinbuße lösen.

Für einen Spiralalgorithmus, der zur Berechnung eines Bildes Daten aus dem Bereich zweier ganzer Schichtdicken benötigt, ist durch die EP-A-0 504 855 eine Möglichkeit bekannt, durch ein rekursives Verfahren die Bildberechnung schneller zu machen. Allerdings leidet dabei die Bildqualität, insbesondere die Auflösung in Richtung der Patientenachse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computertomographen mit Spiralabtastung zur schnellen Berechnung von vielen Bildern aus Spiraldaten so auszubilden, daß Daten aus dem Bereich von nur einer Schichtdicke benötigt werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches.

Die Erfindung beruht auf einem Gewichtungsalgorithmus, hat eine gute Auflösung in Richtung der Patientenachse und liefert einen hohen Kontrast. Zur Berechnung der obengenannten nN_S Bilder sind hier nur 2 N_SN₂_π faltungsrückprojektions- artige Operationen erforderlich. Dieses Verfahren ist also für 2 < n N₂_π gegenüber dem herkömmlichen Verfahren um den Faktor n/2 schneller.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Röntgenstrahler 1 dargestellt, der ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 2 aussendet, das auf einem um den Fokus des Röntgenstrahlers 1 gekrümmten, aus einer Reihe von Detektorelementen bestehenden Strahlendetektor 3 auftritt. Zwischen dem Röntgenstrahler 1 und dem Strahlendetektor 3 liegt eine Patientenliege 4 mit einem Patienten 5.

Zur Abtastung eines Volumens des Patienten 5 wird die Patientenliege 4 in Richtung des Pfeiles 6 um ein vorbestimmtes Maß verstellt, während die Meßeinheit 1, 3 um die Systemachse 7 rotiert. Die dabei von den Detektorelementen des Strahlendetektors 3 gelieferten Daten werden einem Rechner 8 zugeführt, der daraus Bilder des Patienten 5 berechnet und ihre Wiedergabe auf einem Sichtgerät 9 bewirkt. Diese Bilder sind Computertomogramme des abgetasteten Volumens. Alternativ zur Verstellung der Patientenliege 4 in Richtung des Pfeiles 6 kann zur Abtastung eines vorbestimmten Volumens des Patienten 5 auch bei stillstehender Patientenliege 4 die Meßeinheit 1, 3 in Richtung des Pfeiles 10 verstellt werden.

Aus einem Bild in der Ebene einer Referenzprojektion l_r an einer bestimmten Stelle längs der Systemachse 7 und einem Hilfsbild wird ein neues Bild im Abstand d/N₂π vom Ausgangsbild nach folgender Formel berechnet.

Das Hilfsbild beschreibt die insgesamt durch den Vorschub bewirkten Änderungen und wird seinerseits rekursiv aus dem vorhergehenden Hilfsbild und zwei faltungsrückprojektions- artigen Operationen berechnet. Im folgenden wird mit S_k,l der Schwächungswert des k-ten Kanals der l-ten Projektion des Spiraldatensatzes bezeichnet. Wenn man mit O_k (x, α) den Faltungs-Rückprojektions-Operator zum Bildpunkt x für die Projektion zum Winkel α bezeichnet, dann läßt sich diese Rekursion wie folgt darstellen.

Dabei sind die Gewichte gⁱ _k im wesentlichen ein Maß für die Entfernung zwischen dem beteiligten Schwächungswert und dem dazu komplementären Schwächungswert. Im einzelnen gilt

wobei

typischerweise Werte zwischen -0,25 und +0,25 annimmt. Weiter ist

l₂(k) = 1 + int(-f_k N_π)

und mit i_s ist der Drehsinn des Scans gemeint, mit N die Gesamtzahl der Kanäle, mit AM das Alignment einer Projektion und mit Δβ das Winkelraster des Detektors.

Um die Rekursion beginnen zu können, muß ein Bild und ein Hilfsbild vollständig berechnet werden. Für das Bild geschieht dies nach der Vorschrift

wobei h_l = 1 für 1 < N_π + 1 und h_l = -1 sonst. Das Hilfsbild berechnet sich aus

Claims (1)

1. Computertomograph mit Spiralabtastung, bei dem der Rechner (8) aus einem Ausgangsbild in der Ebene einer Referenzprojektion (l_r) an einer bestimmten Stelle längs der System-Längsachse (7) und einem Hilfsbild rekursiv ein neues Bild im Abstand d/N₂_π vom Ausgangsbild nach folgender Formel berechnet: wobei d die Schichtdicke, N₂_π die Zahl der Projektionen auf den Umfangswinkel 2 π ist und für jedes Bild nur Daten aus dem Bereich einer Schichtdicke (d) benutzt werden, wobei das Hilfsbild seinerseits auch rekursiv aus seinem Vorgänger bestimmt wird.