NL1027185C2

NL1027185C2 - Werkwijzen en apparatuur voor beeldproductie door middel van dynamische schroefvormige aftasting.

Info

Publication number: NL1027185C2
Application number: NL1027185A
Authority: NL
Inventors: Thomas Louis Toth; Jiang Hsieh; Eugene Clifford Williams
Original assignee: Ge Med Sys Global Tech Co Llc
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-01-31
Also published as: DE102004048402A1; US20050074085A1; JP4576193B2; CN1636513A; US6977984B2; NL1027185A1; CN100496400C; JP2005111269A

Description

P27439NL00/GB/fhe

Korte aanduiding: Werkwijzen en apparatuur voor beeldproductie door middel van dynamische schroefvormige aftasting.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op aftastende beeldvormingssystemen en meer in het bijzonder op de productie van beelden door middel van aftastende beeldvormingssystemen met een ta-5 fel, die in staat is om met een variabele snelheid tijdens een aftasting van een object of een persoon te bewegen.

Bekende aftastende computertomografie(CT)beeldvormingssystemen maken het niet mogelijk dat de pitch van een schroefvormige aftasting kan variëren tijdens een aftasting. In plaats daarvan wordt de 10 schroefpitch (d.w.z., tafelsnelheid) tijdens een CT-aftasting constant gehouden. Om een constante tafelsnelheid te verkrijgen, wordt de tafel op een afstand van een gewenste startlocatie gepositioneerd en tot een gewenste snelheid versneld. Tijdens de versnelling is de röntgenbundel niet aangeschakeld en worden er geen gegevens verworven. Wanneer de 15 tafel de gewenste snelheid heeft bereikt en de startlocatie passeert, wordt de bundel aangeschakeld en begint de gegevensverwerving.

Snellere aftastende CT-beeldvormingssystemen met grotere prestaties maken een toegenomen aantal klinische toepassingen mogelijk. Verschillende nieuwe klinische toepassingen op de hart- en perfusiege-20 bieden vereisen, dat een aftastend CT-beeldvormingssysteem zijn pitch tijdens aftasting varieert. Bijvoorbeeld vereist een typische hoofd-perfusie een bestrijking van 4-8 cm langs de as van de patiënt (d.w.z., een z-as van het beeldvormingssysteem, die gewoonlijk correspondeert met een hoofd-tot-teen as van een patiënt). Bekende multi-25 plak CT-beeldvormingssystemen zijn in staat op een gegeven moment slechts 2 cm te bestrijken. Het zou derhalve van voordeel zijn om de perfusiegegevens in een pendelmodus te verwerven, in welke modus de patiënttafel heen en weer beweegt tijdens aftasting om het gehele per-fusieorgaan te bestrijken. Een pendelmodus zoals deze vereist, dat de 30 gegevensverwerving en -reconstructie plaatsvinden tijdens de oplopende en aflopende perioden van de tafelbeweging. Bekende aftastende CT-beeldvormingssystemen verschaffen deze capaciteit niet.

1 027 1 8 5 - 2 -

KORTE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Enkele configuraties van de uitvinding verschaffen dus een werkwijze voor het produceren van beelden van een object. De werkwijze bevat het op dynamische wijze schroefvormig aftasten van een object op 5 een bewegende tafel onder gebruikmaking van een aftastend beeldvor-mingssysteem. Tijdens de aftasting worden projectieaanzichten van het object verworven en tezamen met corresponderende tafellocaties opgeslagen. Een vlak voor de reconstructie van een beeld van het object wordt geselecteerd. De opgeslagen tafellocaties worden gebruikt om 10 geometrische variabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaanzichten, te bepalen; en de opgeslagen projectieaanzichten worden gefilterd en teruggeprojecteerd onder gebruikmaking van de geometrische variabelen om een beeld van het object op het reconstructievlak te reconstrueren.

15 Enkele andere configuraties van de uitvinding verschaffen een werkwijze voor het produceren van beelden van een object, welke werkwijze het op dynamische wijze schroefvormig aftasten van een object op een bewegende tafel onder gebruikmaking van een aftastend beeldvor-mingssysteem, het verwerven en opslaan van projectieaanzichten van het 20 object en het voor slechts enkele van de verworven projectieaanzichten verwerven en opslaan van corresponderende vastgestelde of geschatte tafellocaties, bevat. Een vlak voor het reconstrueren van een beeld van het object wordt geselecteerd en geometrische variabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaanzichten, worden bepaald on-25 der gebruikmaking van de opgeslagen tafellocaties. De opgeslagen projectieaanzichten worden gefilterd en teruggeprojecteerd onder gebruikmaking van de geometrische variabelen om een beeld van het object op het reconstructievlak te reconstrueren.

Nog andere configuraties van de uitvinding verschaffen een 30 beeldvormingstoestel dat is ingericht om een object op een bewegende tafel op dynamische wijze schroefvormig af te tasten. Het toestel is verder ingericht om projectieaanzichten van het object en corresponderende tafellocaties te verwerven en op te slaan, opgeslagen tafellocaties te gebruiken om geometrische variabelen, die toepasbaar zijn op 35 de opgeslagen projectieaanzichten, te bepalen, en de opgeslagen projectieaanzichten te filteren en terug te projecteren onder gebruikmaking van de geometrische variabelen om een beeld van het object op een geselecteerd reconstructievlak te reconstrueren.

1 0 2 7 1 8 5 - 3 -

Andere configuraties van de uitvinding verschaffen ook een beeldvormingstoestel, dat is ingericht om een object op een bewegende tafel op dynamische wijze schroefvormig af te tasten. Het beeldvor-mingstoestel is verder ingericht om projectieaanzichten van het object 5 te verwerven en op te slaan en om voor slechts enkele van de verworven projectieaanzichten corresponderende vastgestelde of geschatte tafel-locaties te verwerven en op te slaan. Het beeldvormingstoestel is ook ingericht om opgeslagen tafellocaties te gebruiken teneinde geometrische variabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaan-10 zichten, te bepalen en om de opgeslagen projectieaanzichten onder gebruikmaking van de geometrische variabelen te filteren en terug te projecteren om een beeld van het object op een geselecteerd recon-structievlak te reconstrueren.

Verschillende configuraties van de uitvinding maken het moge-15 lijk dat een exacte of nagenoeg exacte tafellocatie in het beeldrecon-structieproces kan worden gebruikt. Deze configuraties zijn bijvoorbeeld bruikbaar voor het variëren van de snelheid of versnelling van een patiënt tijdens een schroefvormige aftasting om te voldoen aan klinische voorwaarden. Toepassingen van de uitvinding bevatten, maar 20 zijn daartoe niet beperkt, hartaftasttoepassingen en perfusietoepas-singen. Bovendien kan de mogelijkheid om een schroefvormige aftasting tijdens versnelling en/of vertraging van de patiënttafel te beginnen worden verschaft bij het aftasten met een vaste schroefpitch.

25 KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENNGEN

Fig. 1 is een illustratief aanzicht van een CT-beeldvormings-systeem.

Fig. 2 is een blokschema van het in fig. 1 getoonde systeem.

Fig. 3 is een stroomschema, dat representatief is voor aftasten 30 en beeldreconstructie, uitgevoerd in enkele configuraties van de uitvinding, waarbij de tafellocatie bij elk verworven projectieaanzicht wordt opgeslagen.

Fig. 4 is een stroomschema, dat representatief is voor aftasten en beeldreconstructie, uitgevoerd in enkele configuraties van de uit-35 vinding, waarbij de tafellocatie slechts bij enkele verworven projectieaanzichten wordt opgeslagen.

Fig. 5 is een stroomschema, dat representatief is voor aftasten en beeldreconstructie, uitgevoerd in enkele configuraties van de uitvinding, waarbij de tafellocatie slechts bij enkele verworven projec- 1 0 2 7 1 8 5 - 4 - tieaanzichten wordt opgeslagen en waarbij ook de verworven aanzichten worden gewogen om schaduwvormende en/of streepvormige artefacten in gereconstrueerde beelden te voorkomen.

5 GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Het zal duidelijk zijn, dat een technisch effect van de hierin beschreven configuraties van de uitvinding het aftasten en reconstrueren van een object of patiënt onder gebruikmaking van een dynamische schroefvormige aftasting is.

10 In enkele bekende CT-afbeeldingssysteemconfiguraties projec teert een röntgenstralingsbron een waaiervormige bundel, die gecolli-meerd wordt om binnen een X-Y vlak van een Carthesiaans coördinatensysteem te liggen en die in het algemeen als een "afbeeldingsvlak" wordt aangeduid. De röntgenstralingsbundel gaat door een af te beelden 15 voorwerp, zoals een patiënt. Na door het voorwerp te zijn afgezwakt treft de bundel een reeks van stralingsdetectoren. De intensiteit van de op de detectorreeks ontvangen afgezwakte stralingsbundel is afhankelijk van de door het voorwerp veroorzaakte verzwakking van een röntgenstralingsbundel. Elk detectorelement van de reeks produceert een 20 afzonderlijk elektrisch signaal, dat een maat van de bundelverzwakking op de detectorlocatie is. De resultaten van de verzwakkingsmetingen van alle detectoren worden gescheiden verworven om een doorlaatprofiel te produceren.

In CT-systemen van de derde generatie worden de röntgenstra-25 lingsbron en de detectorreeks met een portaal in het afbeeldingsvlak en rond het af te beelden voorwerp geroteerd, zodat de hoek, waaronder de röntgenstralingsbundel het voorwerp snijdt, constant verandert. Een groep van röntgenstralingverzwakkingsmetingen, d.w.z. projectiegege-vens, afkomstig van de detectorreeks bij één portaalhoek, wordt als 30 een "aanzicht" aangeduid. Een "aftasting" van het voorwerp bevat een reeks van onder verschillende portaalhoeken of kijkhoeken gemaakte aanzichten tijdens één omwenteling van de stralingsbron en de detector.

In een axiale aftasting worden de projectiegegevens bewerkt om 35 een beeld, dat correspondeert met een tweedimensionele plak van het voorwerp, te construeren. Eén werkwijze voor het reconstrueren van een beeld uit een reeks van projectiegegevens wordt in de techniek met de term gefilterde terugprojectietechniek aangeduid. Dit proces zet de verzwakkingsmetingen van een aftasting om in gehele getallen, "CT- 1027185 - 5 - getallen" of "Hounsfield-eenheden" genoemd, die worden gebruikt om de helderheid van een corresponderend pixel op een weergave-inrichting te regelen.

Om de totale aftasttijd te verminderen, kan een "schroefvormi-5 ge" aftasting worden uitgevoerd. Om een "schroefvormige" aftasting uit te voeren wordt de patiënt verplaatst terwijl de gegevens voor het voorgeschreven aantal plakken worden verworven. Een dergelijk systeem genereert een enkele schroeflijn uit een schroefvormige aftasting met een waaierbundel. De door de waaierbundel afgebeelde schroeflijn le-10 vert projectiegegevens op, waaruit beelden in elke voorgeschreven plak gereconstrueerd kunnen worden.

Reconstructiealgoritmen voor schroefvormige aftasting gebruiken typische weegalgoritmen, die de verzamelde gegevens als een functie van de kijkhoek en detectorkanaalindex wegen. In het bijzonder worden 15 de gegevens voorafgaande aan een gefilterde-terugprojectieproces gewogen volgens een schroefvormige weegfactor, welke factor een functie van de portaalhoek en de detectorhoek is. De gewogen gegevens worden vervolgens bewerkt om CT-getallen te genereren en om een beeld te construeren, dat correspondeert met een uit het object genomen tweedimen-20 sionale plak.

Om de totale verwervingstijd verder te verminderen, is multi-plak-CT geïntroduceerd. In multi-plak-CT worden meerdere rijen projectiegegevens op enig tijdsmoment gelijktijdig verworven. Bij combinatie met de schroefvormige aftastmodus genereert het systeem een enkele 25 schroef van kegelbundelprojectiegegevens. Overeenkomstig het enkelvou-dige-plak schroefvormige weegschema kan een werkwijze worden verkregen om de weegfactor met de projectiegegevens te vermenigvuldigen voorafgaande aan het gefilterde-terugprojectiealgoritme.

Zoals hierin gebruikt, dient een in enkelvoud vermelde en door 30 het woord "een" voorafgegaan element of stap niet opgevat te worden als meervoudsvormen daarvan uitsluitend, tenzij een dergelijke uitsluiting expliciet vermeld is. Verwijzingen naar "één uitvoeringsvorm" van de uitvinding zijn niet bedoeld om te worden opgevat als het bestaan van aanvullende uitvoeringsvormen, die ook de vermelde kenmerken 35 bevatten, uitsluitend.

Zoals hierin gebruikt, is de zinsnede "het reconstrueren van een beeld" niet bedoeld om uitvoeringsvormen van de uitvinding, waarin gegevens, die een beeld representeren, worden gegenereerd doch een zichtbaar beeld niet, uit te sluiten. Echter genereren vele uitvoe 1027185 - 6 - ringsvormen (of zijn ingericht om te genereren) ten minste één zichtbaar beeld.

Zoals hierin gebruikt verwijst de term "dynamische schroefvormige aftasting" naar een schroefvormige aftasting, waarbij gegevens 5 worden verzameld terwijl de pitch van de aftasting varieert. Meer in het bijzonder wordt in configuraties van de uitvinding een tafel, die een object vasthoudt, tijdens een aftasting versneld of vertraagd, terwijl een aftasting plaatsvindt om een aftasting met variabele pitch te produceren. Voor doeleinden van de uitvinding maakt het niet uit of 10 de versnelling of vertraging opzettelijk, incidenteel of geheel onopzettelijk is uitgevoerd, hoewel in de hierin beschreven configuraties de versnelling of vertraging opzettelijk plaatsvindt. In enkele opzettelijke gevallen van versnelling of vertraging wordt een terugkoppellus gebruikt om de tafelsnelheid tijdens een aftasting aan te passen. 15 In enkele configuraties van de uitvinding is de pitch van een aftasting een variabele in die zin, dat de locatie van de röntgenbuis en de detector ten opzichte van een beeldreconstructievlak wordt bepaald onder gebruikmaking van een gemeten of geschatte tafelpositie.

In deze configuraties kan de tafel met een constante snelheid geduren-20 de een deel van of de gehele aftasting bewegen, maar is niet beperkt om dit te doen zoals in een aftasting met constante pitch. Tenzij anderszins specifiek vermeld, is het de bedoeling dat aftastingen, waarin de pitch van een aftasting een variabele in de bovenvermelde zin is, vallen binnen het kader van de term "dynamische schroefvormige 25 aftasting".

Verder hebben de hierin beschreven configuraties van de'uitvinding een constante portaalrotatiesnelheid tijdens gegevensverzameling, hoewel een constante portaalrotatiesnelheid niet vereist is om de uitvinding in praktijk te brengen.

30 Er wordt nu verwezen naar fig. 1 en 2, waarin een multi-plak aftastend beeldvormingssysteem, bijvoorbeeld een computertomografie (CT)beeldvormingssysteem 10, is weergegeven en dit systeem bevat een portaal 12, dat representatief is voor een "derde generatie" CT-beeldvormingssysteem. Het portaal 12 heeft een röntgenstralingsbuis 14 35 (hierin ook wel röntgenstralingsbron genoemd), die een bundel 16 van röntgenstralen naar een detectorreeks 18 aan de tegenovergestelde zijde van het portaal 12 projecteert. De detectorreeks 18 wordt gevormd door een aantal detectorrijen (niet weergegeven), welke rijen een aantal detectorelementen 20 bevatten, welke elementen tezamen de 1027185 - 7 - geprojecteerde röntgenstralen, die door een object, zoals een medische patiënt 22 tussen de reeks 18 en de bron 14, heen gaan, waarnemen. Elk detectorelement 20 produceert een elektrisch signaal, dat de intensiteit van een daarop invallende röntgenstralingsbundel representeert, 5 en daardoor kan worden gebruikt om de verzwakking van de bundel bij doorgang door het object of de patiënt 22 te schatten. Tijdens een aftasting voor het verwerven van röntgenstralingsprojectiegegevens, draaien het portaal 12 en de daarop gemonteerde componenten rond een rotatiecentrum 24. Fig. 2 toont slechts een enkele rij van detector-10 elementen 20 (d.w.z., een detectorrij). Een meerplaks detectorreeks 18 bevat echter een aantal evenwijdige detectorrijen van detectorelemen-ten 20, zodat met een aantal quasi-evenwijdige of evenwijdige plakken corresponderende projectiegegevens tijdens een aftasting gelijktijdig worden verworven.

15 De rotatie van componenten op het portaal 12 en de werking van de röntgenstralingsbron 14 worden bestuurd door een stuurmechanisme 26 van het CT-systeem 10. Het stuurmechanisme 26 bevat een röntgenstra-lingsbesturing 28, die energie en tijdbepalingssignalen aan de röntgenstralingsbron 14 verschaft, en een portaalmotorbesturing 30, die de 20 draaisnelheid en de positie van het portaal 12 bestuurt. Een gegevens-verwervingssysteem (DAS) 32 in het stuurmechanisme 26 bemonstert de van de detectorelementen 20 afkomstige analoge gegevens en zet de gegevens om in digitale signalen voor daaropvolgende verwerking. Een beeldreconstructie-element 34 ontvangt de bemonsterde en gedigitali-25 seerde röntgenstralingsgegevens van DAS 32 en voert een hoge-snelheid beeldreconstructie uit. Het gereconstrueerde beeld wordt toegevoerd als een invoer aan een computer 36, die het beeld in een massa-opslag-inrichting 38 opslaat. Het beeldreconstructieorgaan 34 kan gespecialiseerde apparatuur of op de computer 36 werkende computerprogramma's 30 zijn.

De computer 36 ontvangt ook commando's en aftastparameters van een bediener via een console 40, dat een toetsenbord heeft. Een bijbehorende kathodestraalbuisweergave 42 maakt het voor de bediener mogelijk om het gereconstrueerde beeld en andere van de computer 36 afkom-35 stige gegevens te observeren. De door de bediener geleverde commando's en parameters worden door de computer 36 gebruikt om stuursignalen en informatie aan DAS 32, de röntgenstralingsbesturing 28 en de portaalmotorbesturing 30 te verschaffen. Bovendien stuurt de computer 36 een tafelmotorbesturing 44 aan, welke besturing een gemotoriseerde tafel 1027185 - 8 - 46 bestuurt om een patiënt 22 in het portaal 12 te positioneren. In het bijzonder beweegt de tafel 46 delen van de patiënt 22 door een portaalopening 48 heen.

In één uitvoeringsvorm bevat de computer 36 een inrichting 50, 5 bijvoorbeeld een flexibele-schijfstation, CD-ROM-station, DVD-station, magnetische optische-schijf(MOD)inrichting of een andere digitale inrichting, die een netwerkaansluitinrichting, zoals een Ethernet-in-richting bevat, voor het lezen van instructies en/of gegevens vanaf een computer-leesbaar medium 52, zoals een flexibele schijf, een 10 CD-ROM, een DVD of andere digitale bron, zoals een netwerk of het Internet, alsmede nog te ontwikkelen digitale middelen. In een andere uitvoeringsvorm voert de computer 36 de in de door de fabrikant geïnstalleerde programmatuur (niet weergegeven) opgeslagen instructies uit. De computer 36 is geprogrammeerd om de hierin beschreven functies 15 uit te voeren en de hierin gebruikte term computer is niet beperkt tot die geïntegreerde schakelingen, die in de techniek als computer worden aangeduid, doch verwijzen in brede zin naar computers, processoren, microbesturingen, microcomputers, programmeerbare logische besturingen, toepassingsspecifieke geïntegreerde schakelingen en andere pro-20 grammeerbare schakelingen, en deze termen worden hierin afwisselend gebruikt. Hoewel de hierboven genoemde specifieke uitvoeringsvorm verwijst naar een derde generatie CT-systeem, zijn de hierin beschreven werkwijzen gelijkelijk van toepassing op vierde generatie CT-systemen (stationaire detector - roterende röntgenbron) en vijfde generatie CT-25 systemen (stationaire detector en stationaire röntgenbron). Er wordt bovendien beoogd, dat de voordelen van de uitvinding toekomen aan beeldvormingsmodaliteiten anders dan CT. Hoewel de hierin beschreven werkwijzen en toestellen in een medische omgeving zijn beschreven, kunnen de voordelen van de uitvinding ook toekomen aan niet-medische 30 beeldvormingssystemen, zoals de systemen, die typisch in een industriële omgeving of een transportomgeving worden toegepast. Een voorbeeld van een dergelijk beeldvormingssysteem bevat, doch is daartoe niet beperkt, een bagageaftastsysteem voor een luchthaven of ander transportcentrum.

35 Enkele configuraties van de uitvinding maken het mogelijk dat de schroefpitch kan variëren tijdens een aftasting. Dergelijke aftas-tingen worden hierin aangeduid met de term "dynamische schroefvormige aftastingen". Deze configuraties bepalen of schatten op accurate wijze de locatie van een object of patiënt- 22 in een z-richting en slaan 1027185 - 9 - deze positiegegevens met de verworven ruwe CT-beeldgegevens op. In deze configuraties wordt een locatie van de tafel 46 gerapporteerd met een frequentie, die volgens nauwkeurigheidseisen en uitvoerbaarheid wordt bepaald.

5 Meer in het bijzonder wordt in enkele configuraties een locatie van de tafel 46 gerapporteerd met elk projectiemonster van een dynamische schroefvormige aftasting, d.w.z., elk projectieaanzicht, verworven met verzwakkingsinformatie en locatie van de tafel 46. Voor vele toepassingen, die met voordeel een dynamische schroefvormige af-10 tastmodus kunnen gebruiken, is echter de snelheid en de nauwkeurigheid van positiecodeerorganen (niet weergegeven) in vele bekende CT-beeld-vormingssystemen 10 onvoldoende om te voldoen aan de strenge eisen, die deze mate van positierapportage zou vereisen. Andere configuraties van de uitvinding rapporteren de locatie van de tafel 46 derhalve elk 15 N-de aanzicht, waarin N wordt gekozen volgens versnellings- en vertra-gingskarakteristieken van de tafel 46 of vooraf wordt bepaald (d.w.z., vooraf geselecteerd). In configuraties, waarin versnelling en vertraging voldoende gelijkmatig zijn, kan de waarde van N groot zijn. In configuraties, waarin versnelling en vertraging aanzienlijk hoge fre-20 quentiecomponenten hebben, dient de waarde van N kleiner te zijn.

De selectie van schattingsalgoritmen, die worden gebruikt om de positie van de tafel 46 te schatten, kan ook het praktische bereik van N beïnvloeden. Om bijvoorbeeld tussengelegen locaties tussen twee gemeten locaties te schatten, gebruiken enkele configuraties een lineai-25 re interpolatie of interpolatie van hogere orde (zoals Lagrange-inter-polatie). Interpolatie van hogere orde staat een aanzienlijke niet-li-neariteit toe, terwijl de schattingsnauwkeurigheid blijft gehandhaafd. Na interpolatie wordt de locatie van de tafel 46 gegenereerd voor elk projectieaanzicht. Om enkele typen interpolatie te bewerkstelligen en 30 in het bijzonder om niet-lineaire interpolatie te bewerkstelligen, wordt in enkele configuraties de waarde van N gewijzigd tijdens een aftasting. Indien bij wijze van voorbeeld een teller J wordt gebruikt om aftastingen te tellen en de eerste waarde van N 8 bedraagt, kan een eerste tafelpositie met J=8 worden geregistreerd, gevolgd door het 35 naar 1 terugstellen van J en het naar 5 wijzigen van N. De tweede tafelpositie zal vervolgens worden geregistreerd, wanneer J=5, gevolgd door het naar 1 terugstellen van J en het naar 6 wijzigen van N, enz.

De beeldreconstructie gebruikt ruwe beeldgegevens tezamen met de Z-aslocatie (of "z-locatie") van een object of patiënt 22 om een 1027185 - 10 - beeld op een door de gebruiker gedefinieerde locatie (d.w.z., een door een gebruiker gedefinieerde "plak" of beeldreconstructievlak van het object of de patiënt 22) te reconstrueren. Het reconstructieproces bevat in enkele configuraties een aanpassing van het terugprojectiepro-5 ces. Meer in het bijzonder wordt voor dynamische schroefvormige aftasting in configuraties van de uitvinding de locatie van de röntgenbuis 14 en de detector 18 ten opzichte van het beeldreconstructievlak berekend volgens een gemeten of geschatte locatie van de tafel 46. Deze locatie-informatie wordt in het terugprojectieproces ingevoerd om te 10 waarborgen, dat elke röntgenstralingsweg nauwkeurig wordt bepaald.

In aanvulling op het gebruik van gemeten of geschatte locaties van de tafel 46 bij het bepalen van elke röntgenstralingsweg, worden in enkele configuraties van de uitvinding ook de bijdrage van projec-tiemonsters aan elk pixel van het gereconstrueerde beeld genormali-15 seerd. In configuraties van de uitvinding worden weegfactoren voor dynamische schroefvormige aftastingen bepaald, wanneer de aftasting wordt uitgevoerd. Deze bepaalde weegfactoren worden gebruikt om redundante gegevens op een zodanige wijze te wegen, dat schaduwvormende en/of streepvormende artefacten worden voorkomen (voor schroefvormige 20 aftastingen met constante pitch kan de locatie van elk projectiemon-ster voorafgaande aan het begin van een aftasting worden bepaald, waardoor weegfactoren voorafgaande aan een aftasting kunnen worden bepaald) .

Voor elke beeldlocatie wordt bijvoorbeeld een centraal aanzicht 25 bepaald onder gebruikmaking van de locatie van het portaal 12 voor het aanzicht. In het algemeen bedraagt de voor de reconstructie van een bepaald beeld beschikbare hoeveelheid verzwakkingsgegevens meer dan de minimale halfaftastingseis. Daarom wordt in enkele configuraties de locatie van het centrale aanzicht (in plaats van de beeldreconstruc-30 tielocatie) gewijzigd en wordt een reeks van weegfactoren voor een andere projectiereeks geproduceerd. In enkele configuraties wordt dit proces herhaald om te waarborgen, dat alle projecties, die aan het beeldvormingsvlak bijdragen, zijn gebruikt. De halfaftastingweegfacto-ren worden vervolgens correct gewogen en gesommeerd om een uiteinde-35 lijke schroefvormige weegfactor te produceren.

In enkele configuraties van de uitvinding wordt het aantal pro-jectieaanzichten, die aan elke pixellocatie in een beeld hebben bijgedragen, bepaald. Zodra het aantal projecties voldoende is om aan de voorwaarden voor een volledige reconstructie te voldoen, worden de 1027185 - 11 - bijdragen van aanvullende projecties, indien aanwezig, geëlimineerd om redundantie te voorkomen.

In vele configuraties van de uitvinding worden één of meer beeldvlakken op hetzelfde moment dat de tafel beweegt gereconstrueerd 5 en worden gegevens tijdens een aftasting verzameld. Het pijplijnen van de processen is algemeen bekend voor de vakman zoals ook het opnieuw ordenen van de processen, waarin de invoer van één daarvan niet in tijd of waarde afhankelijk is van de uitvoer van de andere. Er wordt dus verondersteld, dat de toegevoegde complexiteit, die vereist zou 10 zijn voor de beschrijving van een pijplijnconfiguratie, een rechttoe rechtaan beschrijving van de uitvinding zou beletten. Omwille van toe-lichtingseenvoud verzamelen vele van de hierin beschreven configuraties aanzichtgegevens tijdens een aftasting en reconstrueren slechts één beeld op een vooraf geselecteerd beeldvlak nadat de aftasting is 15 voltooid en de tafelbeweging is beëindigd.

Bovendien zijn er vele manieren, waarop iteratieve lussen kunnen worden verwezenlijkt. Variaties bevatten het initialiseren van een lusvariabele op 1 en het omhoog tellen naar een limiet, het initialiseren van de lusvariabele op de limiet en het omlaag tellen naar 1, 20 het initialiseren van de lusvariabele op 0 in plaats van 1, het testen aan de bovenzijde van de lus in plaats van de onderzijde (of omgekeerd) , enz. Het "bijhouden" van details, zoals welke lusverwezenlij-king te gebruiken, kan als een ontwerpkeuze aan de vakman worden overgelaten. Bepaalde andere details passen in een categorie, die het best 25 beschreven kan worden als "eindeffecten". Eindeffecten bevatten details, zoals het feit of het noodzakelijk of gewenst is om de positie van de tafel 46 voor het eerste aanzicht (in plaats van de eerste maal voor het N-de aanzicht) en/of voor het uiteindelijke aanzicht te registreren, zelfs wanneer het uiteindelijke aanzicht niet een "N-de aan-30 zicht" is. De behandeling van dergelijke eindeffecten kan ook als een ontwerpkeuze aan de vakman worden overgelaten.

Er zal ook worden onderkend dat de in configuraties van de uitvinding beschikbaar gemaakte informatie over de locatie van de tafel 46 door de computer 36 en/of het beeldreconstructieorgaan 34 wordt ge-35 bruikt om geometrische variabelen te bepalen, welke variabelen worden gebruikt bij de weeg-, normalisatie-, filterings- en terugprojectie-processen. De vakman zal de voor het configureren van het beeldvor-mingssysteem 10 noodzakelijke ontwerpkeuzen onderkennen om de informatie over de locatie van de tafel 46 te gebruiken om deze variabelen te 1027185 - 12 - bepalen. De uitvinding beperkt bovendien geen andere ontwerpkeuzen, zoals de keuze van de te gebruiken weegfunctie. Niets beperkt een configuratie om bijvoorbeeld één of meer verschillende weegfuncties te verschaffen, of om één of meer verschillende weegfuncties als een 5 keuze beschikbaar te hebben.

Met de voorgaande opmerkingen in gedachte en onder verwijzing naar fig. 3, is een stroomschema 100, dat representatief is voor enkele configuraties van de uitvinding, weergegeven. Een technisch effect van de door het stroomschema 100 beschreven processen van de uitvin-10 ding is het aftasten van een object of patiënt. 22 en het genereren van beelden daarvan. Configuraties van de uitvinding worden toegestaan om de in het stroomschema 100 weergegeven bewerkingen te pijplijnen, aanvullende bewerkingen toe te voegen of de volgorde van bewerkingen in enige mate te wijzigen, welke logisch is en mogelijk is om uit te voe-15 ren, teneinde het beoogde technische effect te verkrijgen.

In stap 102 wordt een dynamisch schroefvormig aftasttype geselecteerd (de selectie 102 kan in configuraties, die geen selectie van aftasttypes anders dan dynamische schroefvormige aftastingen verschaffen, worden weggelaten). In stap 104 wordt vervolgens de beweging van 20 de tafel 46 gestart volgens de parameters van de dynamische aftasting. In stap 106 wordt een projectieaanzicht van een op de tafel 46 afgetast object of afgetaste patiënt 22 verworven. In door het stroomschema 100 beschreven configuraties wordt voor elke verwerving de locatie van de tafel 46 bepaald en worden in stap 108 het aanzicht en de 25 corresponderende tafellocatie opgeslagen. Indien de aftasting niet is voltooid keert de procedure terug naar stap 106 om een ander projec-tieaanzicht te verwerven. Indien de aftasting is voltooid, wordt de beweging van de tafel 46 in stap 112 stopgezet en wordt in stap 114 een vlak voor de reconstructie van een beeld geselecteerd. In stap 116 30 worden de opgeslagen tafellocaties gebruikt om een locatie van de röntgenbuis 14 en de detector 18 ten opzichte van het geselecteerde beeldreconstructievlak voor elk corresponderend opgeslagen aanzicht te bepalen. In stap 118 worden filtering en terugprojectie uitgevoerd om een beeld van het object of de patiënt 22 op het reconstructievlak te 35 reconstrueren onder gebruikmaking van de bepaalde locaties van de röntgenbuis en de detector en de opgeslagen aanzichten.

In enkele configuraties van de uitvinding en onder verwijzing naar fig. 2 en fig. 3, worden de locaties van de tafel 46 gerapporteerd aan de computer 36 tijdens de aftasting in stap 108 en worden de 1027185 - 13 - tijdens een aftasting uitgevoerde fysische bewerkingen direct of indirect door de computer 36 bestuurd. In stap 108 worden de verworven gegevens en de locaties van de tafel 46 in een opslaginrichting 38 opgeslagen. De selectie van een dynamische schroefvormige aftasting in 5 stap 102 en/of de selectie van een beeldlocatie of reconstructievlak kunnen door een bediener worden uitgevoerd onder gebruikmaking van een bedienerconsole 40 en weergave 42 om de selectie te maken. Anderzijds kan de selectie van de schroefvormige aftasting en/of de selectie van een beeldlocatie of reconstructievlak automatisch worden uitgevoerd 10 door de computer 36 (vele pijplijnconfiguraties selecteren op automatische of handmatige wijze een aantal beeldlocaties of reconstructie-vlakken voor elke aftasting en gebruiken aanzichten, die reeds zijn verworven en zijn opgeslagen, om beelden van het object of de patiënt te reconstrueren, terwijl andere aanzichten voor andere beelden worden 15 verworven en opgeslagen). De bepaling van locaties in stap 116 wordt door de computer 36 uitgevoerd onder gebruikmaking van in de opslaginrichting 38 opgeslagen gegevens en de filtering en terugprojectie wordt door het beeldreconstructieorgaan 34 uitgevoerd. Andere configuraties worden toegestaan om de hierboven beschreven functies op ver-20 schillende wijze te verdelen onder de verschillende componenten van het beeldvormingssysteem 10.

Er wordt nu verwezen naar fig. 4, waarin een ander stroomschema 200, dat representatief is voor enkele configuraties van de uitvinding, is weergegeven. Een technisch effect van de door het stroomsche-25 ma 200 beschreven processen van de uitvinding is het aftasten van een object of een patiënt 22 en het generen van beelden daarvan. Configuraties van de uitvinding worden toegestaan om de in het stroomschema 200 weergegeven bewerkingen te pijplijnen, aanvullende bewerkingen toe te voegen of de volgorde van de bewerkingen in enige mate te wijzigen, 30 welke logisch is en mogelijk is om uit te voeren om het beoogde technische effect te verkrijgen.

In stap 202 wordt een dynamisch schroefvormig aftasttype geselecteerd. (De selectie 202 kan in configuraties, die geen selectie van aftasttypes anders dan dynamische schroefvormige aftastingen verschaf-35 fen, worden weggelaten). In stap 204 wordt vervolgens de beweging van de tafel 46 gestart volgens de parameters van de dynamische aftasting, en een lusvariabele J wordt geïnitialiseerd. In stap 206 wordt een projectieaanzicht van een op de tafel 46 afgetast object of patiënt 22 verworven. In door het stroomschema 200 beschreven configuraties wordt 1 0 2 7 1 8 5 - 14 - de locatie van de tafel 46 slechts voor elke N-de verwerving bepaald. Daarom wordt in stap 208 een test uitgevoerd om te bepalen of de locatie van de tafel 46 voor deze verwerving dient te worden bepaald. Indien geen locatie opgeslagen dient te worden, wordt in stap 210 de 5 lusvariabele geïncrementeerd en wordt het verworven beeld opgeslagen. Anderzijds wordt in stap 212 de locatie van de tafel 46 bepaald (of geschat), wordt de locatie met het corresponderende verworven aanzicht opgeslagen en wordt de lusvariabele opnieuw geïnitialiseerd. In beide gevallen wordt in stap 214 een test uitgevoerd om te bepalen of de af-10 tasting is voltooid. Indien dit niet het geval is, wordt in stap 206 een ander projectieaanzicht van een object verworven. Anderzijds wordt in stap 216 de tafel stopgezet en wordt in stap 218 een vlak voor het reconstrueren van een beeld geselecteerd. In stap 220 worden de opgeslagen locaties van de tafel 46 gebruikt om de locatie van de röntgen-15 buis 14 en de detector 18 voor de opgeslagen aanzichten ten opzichte van het beeldreconstructievlak te bepalen. Voor opgeslagen aanzichten, waarvoor in stap 212 geen corresponderende tafellocatie werd opgeslagen, wordt een tafellocatie geschat onder gebruikmaking van een interpolatie. In stap 222 worden filtering en terugprojectie uitgevoerd om 20 een beeld van het object of de patiënt 22 op het reconstructievlak te reconstrueren onder gebruikmaking van de bepaalde en/of geïnterpoleerde locaties van de röntgenbuis en de detector en de opgeslagen aanzichten.

Er wordt nu verwezen naar fig. 5, waarin een ander stroomschema 25 300, dat representatief is voor enkele configuraties van de uitvin ding, is weergegeven. Een technisch effect van de door het stroomschema 300 beschreven processen van de uitvinding is het aftasten van een object of een patiënt 22 en het generen van beelden daarvan. Configuraties van de uitvinding worden toegestaan om de in het stroomschema 30 300 weergegeven bewerkingen te pijplijnen, aanvullende bewerkingen toe te voegen of de volgorde van de bewerkingen in enige mate te wijzigen, welke logisch is en mogelijk is om uit te voeren om het beoogde technische effect te verkrijgen.

In stap 302 wordt een dynamisch schroefvormig aftasttype gese-35 lecteerd. (De selectie 302 kan in configuraties, die geen selectie van aftasttypes anders dan dynamische schroefvormige aftastingen verschaffen, worden weggelaten). In stap 304 wordt vervolgens de beweging van de tafel 46 gestart volgens de parameters van de dynamische aftasting, en een lusvariabele J wordt geïnitialiseerd. In stap 306 wordt een 1027185 - 15 - projectieaanzicht van een op de tafel 46 afgetast object of patiënt 22 verworven. In stap 308 wordt een centraal aanzicht voor een geselecteerde beeldlocatie bepaald onder gebruikmaking van de huidige locatie van het portaal 12, en worden in stap 308 halfaftasting-5 weegfactoren bepaald voor het projectieaanzicht voor de geselecteerde beeldlocatie. In door het stroomschema 300 beschreven configuraties wordt de locatie van de tafel 46 slechts voor elke N-de verwerving bepaald. Daarom wordt in stap 310 een test uitgevoerd om te bepalen of de locatie van de tafel 46 voor deze verwerving dient te worden be-10 paald. Indien geen locatie opgeslagen dient te worden, wordt in stap 312 de lusvariabele geïncrementeerd en wordt het verworven beeld opgeslagen. Anderzijds wordt in stap 314 de locatie van de tafel 46 bepaald (of geschat), wordt de locatie met het corresponderende verworven aanzicht opgeslagen en wordt de lusvariabele opnieuw geïnitiali-15 seerd. In beide gevallen wordt in stap 314 een test uitgevoerd om te bepalen of de aftasting is voltooid. Indien dit niet het geval is, wordt in stap 306 een ander projectieaanzicht van een object verworven. Anderzijds wordt in stap 318 de tafel stopgezet. In stap 320 worden uiteindelijke schroefweegfactorten bepaald onder gebruikmaking van 20 de halfaftastingweegfactoren en worden de opgeslagen aanzichten gewogen onder gebruikmaking van de uiteindelijke schroefweegfactoren. In stap 322 worden de opgeslagen tafellocaties gebruikt om de locatie van de röntgenbuis 14 en de detector 18 voor opgeslagen aanzichten ten opzichte van het beeldreconstructievlak te bepalen onder gebruikmaking 25 van interpolatie om de locaties van de tafel 46 voor de aanzichten, waarvoor geen tafellocatiegegevens in stap 314 waren opgeslagen, te schatten. Vervolgens worden in stap 324 filtering en terugprojectie uitgevoerd op de gewogen aanzichten om een beeld van het object op het reconstructievlak te reconstrueren. Deze filtering en terugprojectie 30 gebruikt de in stap 322 bepaalde posities van de röntgenbuis 14 en de detector 18.

Het zal duidelijk zijn, dat talrijke configuraties van de uitvinding het mogelijk maken dat een exacte of nagenoeg exacte tafello-catie in het beeldreconstructieproces kan worden gebruikt, zodat de 35 snelheid of de versnelling van een patiënt tijdens een schroefvormige aftasting kan worden gevarieerd om te voldoen aan klinische voorwaarden. Deze capaciteit is in het bijzonder bruikbaar voor het vergroten van het aantal toepassingen, die hartaftasttoepassingen en perfusie-toepassingen bevatten doch daartoe niet beperkt zijn. Bovendien is de 1027185 - 16 - mogelijkheid verschaft om een schroefvormige aftasting tijdens versnelling en/of vertraging van de patiënttafel te starten wanneer wordt afgetast met een vaste schroefpitch.

Configuraties van de uitvinding zijn niet beperkt tot computer-5 tomografie (CT). Andere beeldvormingsmodaliteiten, zoals magnetische resonantie (MR), kunnen worden gebruikt om beelden met een dynamisch veranderende tafelsnelheid te verwerven.

Bovendien worden verschillende in de hierin geopenbaarde voorbeelden beschreven dynamische aftastingen op een "open lus" wijze uit-10 gevoerd. Configuraties van de uitvinding kunnen echter een terugkoppeling bevatten om de tafelsnelheid tijdens een aftasting aan te passen. Bijvoorbeeld kan de schroefpitch op basis van gemeten projecties en/of andere informatie worden aangepast om verbeterde of optimale klinische resultaten, zoals een maximum-contrastverbetering, te verkrijgen. Een 15 voorbeeld van een dergelijke configuratie zou een aanvullende functie tussen de blokken 108 en 110 van fig. 3 kunnen verschaffen, welke functie de huidige tafellocatie met een gewenste tafellocatie vergelijkt en de beweging van de tafel op een compenserende wijze aanpast. Een soortgelijke functie kan bijvoorbeeld onmiddellijk voorafgaande 20 aan het blok 214 van fig. 4 worden toegevoegd (ongeacht het feit of het blok 214 via blok 210 of via blok 212 wordt bereikt), of onmiddellijk voorafgaande aan het blok 316 van fig. 5 (ongeacht het feit of het blok 316 via het blok 312 of via het blok 314 wordt bereikt). Deze voorbeelden zijn niet uitputtend bedoeld voor de vele wijzen, waarop 25 terugkoppeling kan worden toegevoegd om de tafelsnelheid tijdens een aftasting aan te passen.

Hoewel de uitvinding in termen van verschillende specifieke uitvoeringsvormen is beschreven, zal de vakman onderkennen, dat de uitvinding in de praktijk kan worden gebracht met modificaties die 30 vallen binnen de gedachte en het kader van de conclusies.

1027185

Claims

1. Werkwijze voor het produceren van beelden van een object (22), omvattende: het op dynamische wijze schroefvormig aftasten van een object op een bewegende tafel (46) onder gebruikmaking van een aftastend 5 beeldvormingssysteem; het verwerven (108) en opslaan van projectieaanzichten van het object en corresponderende tafellocaties; het selecteren (114) van een vlak voor reconstructie van een beeld van het object; 10 het gebruiken (116) van de opgeslagen tafellocaties om geome trische variabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaanzichten, te bepalen; en het filteren (118) en het terugprojecteren van de opgeslagen projectieaanzichten onder gebruikmaking van de geometrische variabelen 15 om een beeld van het object op het reconstructievlak te reconstrueren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het aftastende beeldvormingssysteem een computertomografiebeeldvormingssysteem (10) is.

3. Werkwijze voor het produceren van beelden van een object (22) omvattende: 20 het op dynamische wijze schroefvormig aftasten van een object op een bewegende tafel onder gebruikmaking van een aftastend beeldvormingssysteem; het verwerven (108) en opslaan van projectieaanzichten van het object en het voor slechts enkele van de verworven projectieaanzichten 25 verwerven en opslaan van corresponderende vastgestelde of geschatte tafellocaties; het selecteren (114) van een vlak voor reconstructie van een beeld van het object; het gebruiken (116) van de opgeslagen tafellocaties om geome-30 trische variabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaanzichten, te bepalen; en het filteren (118) en het terugprojecteren van de opgeslagen projectieaanzichten onder gebruikmaking van de geometrische variabelen om een beeld van het object op het reconstructievlak te reconstrueren. 35

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarin het gebruik (116) van de opgeslagen tafellocaties om geometrische variabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaanzichten, te bepalen het 1 0 27 1 8 5 *> - 18 -Ψ gebruik van interpolatie omvat om tafellocaties tussen opgeslagen projectieaanzichten, die een corresponderende vastgestelde of geschatte tafellocatie missen, te schatten.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, waarin de geometrische va-5 riabelen een locatie van een röntgenbuis (14) en een detector (18) ten opzichte van het beeldreconstructievlak bevatten.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarin het aftastende beeldvormingssysteem een computertomografiebeeldvormingssysteem (10) met een roterend portaal (12) is, en de werkwijze verder om- 10 vat: het bepalen (308) van een centraal aanzicht voor een geselecteerde beeldlocatie voor de projectieaanzichten onder gebruikmaking van de portaal locatie van de pro jectieaanzichten; het bepalen van een weegfactor voor elk projectieaanzicht voor 15 de geselecteerde beeldlocatie; het bepalen (320) van uiteindelijke schroefvormige weegfactoren onder gebruikmaking van de bepaalde weegfactoren voor elk projectieaanzicht; en het wegen van de opgeslagen projectieaanzichten onder gebruik-20 making van de bepaalde uiteindelijke schroefvormige weegfactoren; en waarin verder het filteren en terugprojecteren van de opgeslagen projectieaanzichten het filteren (324) en het terugprojecteren van de gewogen opgeslagen projectieaanzichten omvat.

7. Beeldvormingstoestel ingericht om: 25 een object (22) op een bewegende tafel (46) op dynamische wijze schroefvormig af te tasten; aanzichten van het object en corresponderende tafellocaties te verwerven (108) en op te slaan; opgeslagen tafellocaties te gebruiken (116) om geometrische va-30 riabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaanzichten, te bepalen; en de opgeslagen projectieaanzichten te filteren (118) en terug te projecteren onder gebruikmaking van de geometrische variabelen om een beeld van het object op een geselecteerd reconstructievlak te recon-35 strueren.

8. Beeldvormingstoestel ingericht om: een object (22) op een bewegende tafel (46) op dynamische wijze schroefvormig af te tasten; 1027185 • - 19 - projectieaanzichten van het object en corresponderende vastgestelde of geschatte tafellocaties voor slechts enkele van de verworven projectiegegevens te verwerven (108) en op te slaan; opgeslagen tafellocaties te gebruiken (116) om geometrische va-5 riabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaanzichten, te bepalen; en de opgeslagen projectieaanzichten te filteren (118) en terug te projecteren onder gebruikmaking van de geometrische variabelen om een beeld van het object op een geselecteerd reconstructievlak te recon- 10 strueren.

9. Toestel volgens conclusie 8, waarin voor het gebruik (116) van de opgeslagen tafellocaties om geometrische variabelen, die toepasbaar zijn op de opgeslagen projectieaanzichten, te bepalen, het toestel is ingericht om interpolatie te gebruiken om tafellocaties 15 tussen de opgeslagen projectieaanzichten, die een corresponderende vastgestelde of geschatte tafellocatie missen, te schatten.

10. Toestel volgens conclusie 8, verder omvattende een rönt-genbuis (14) en een detector (18), en waarin de geometrische variabelen een locatie van de röntgenbuis en de detector ten opzichte 20 van het beeldreconstructievlak bevatten. . 1027185