NL2001251C2 - Werkwijze en systeem voor driedimensionale afbeelding in een niet-gekalibreerde geometrie. - Google Patents

Description

P29186NL00/RWT gewijzigd 29 januari 2009

Korte aanduiding: Werkwijze en systeem voor driedimensionale afbeelding in een niet-gekalibreerde geometrie.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op het gebied van medische afbeelding en meer in het bijzonder op het gebied van afbeeldingsgeometriekalibratie en -reconstructie. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op driedimensionale afbeelding in een niet-gekalibreerde geometrie.

5 Volumetrische afbeeldingsinrichtingen worden algemeen gebruikt op het gebied van zowel medische als niet-medische afbeelding. Bijvoorbeeld dienen verschillende modaliteiten voor het genereren van beeldgegevens op basis van specifieke fysische eigenschappen van materialen en hun wisselwerking met afbeeldingssystemen. Dergelijke modaliteiten omvatten computertomografie(CT)systemen, röntgensystemen, magnetische-resonantieafbeelding(MRI)-10 systemen, positronemissietomografie(PET)systemen, ultrageluidsystemen, enz. Deze systemen zijn in het algemeen ontworpen om beeldgegevens te verzamelen in reactie op verschillende straling-, prikkel- of signaal bronnen, die door een subject worden uitgezonden of doorgelaten. De signalen kunnen vervolgens worden gefilterd en gemanipuleerd om een gegevensverzameling te vormen, waaruit een gereconstrueerd beeld kan worden gegenereerd. Er dient opgemerkt te 15 worden dat, hoewel in de onderhavige toelichting verwezen wordt naar op het gebied van medische afbeelding toegepaste modaliteiten, dezelfde en andere modaliteiten kunnen worden toegepast in een groot bereik van andere gebieden, waaronder bagageverwerking, menselijke en niet-menselijke doorlichting, industriële kwaliteitscontrole, fabricagebewaking, seismografie, meteorologie, enz.

20 Een eenvoudige röntgenafbeeldingstechniek kan het genereren van röntgenstralen onder gebruikmaking van een röntgenbuis of andere röntgenbron en het leiden van de röntgenstralen door een afbeeldingsvolume, waarin het af te beelden deel van de patiënt is geplaatst, met zich meebrengen. Bij doorgang door de patiënt worden de röntgenstralen afgezwakt op basis van de samenstelling van het weefsel waardoorheen deze röntgenstralen gaan. De 25 afgezwakte röntgenstralen treffen vervolgens een detector, die de röntgenstralen omzet in signalen, die kunnen worden bewerkt om een beeld van het deel van de patiënt, waardoorheen de röntgenstralen zijn gegaan, te genereren op basis van de afzwakking van de röntgenstralen. Driedimensionale informatie kan worden verkregen door het verwerven van extra beelden onder verschillende kijkhoeken ten opzichte van het afbeeldingsvolume. De op deze wijze verworven, 30 over een hoek verplaatste beelden kunnen vervolgens worden gereconstrueerd om een driedimensionale representatie van het afbeeldingsvolume, dat inwendige structuren bevat, te produceren, welke representatie op een monitor kan worden weergegeven, door een afdrukin- -2- richting kan worden afgedrukt of op film kan worden gereproduceerd. Een technoloog of arts kan vervolgens de driedimensionale representatie bekijken, om bijvoorbeeld klinisch belangrijke onregelmatigheden of abnormaliteiten te detecteren of de driedimensionale omgeving vast te stellen voorafgaande aan een invasieve of niet-invasieve medische procedure. De gerecon-5 strueerde volumetrische gegevensverzameling kan ook worden gebruikt voor verdere bewerking, zoals bijvoorbeeld computer-ondersteunde detectie en/of diagnose (CAD).

Om een nauwkeurig gereconstrueerd driedimensionaal beeld uit de door de hierboven toegelichte verschillende modaliteiten geproduceerde gegevens te genereren, is het belangrijk om de afbeeldingsgeometrie nauwkeurig te kennen. Dit wil zeggen, dat de posities van de bron, 10 detector en het afgebeelde volume ten opzichte van elkaar nauwkeurig bekend dienen te zijn om de wijze te bepalen waarop de gegevens op de juiste wijze kunnen worden gereconstrueerd en/of gecombineerd om een getrouwe representatie van het afgebeelde volume te genereren. In sommige afbeeldingsmodaliteiten, zoals C-armsystemen en tomosynthese, kan de afbeeldingsgeometrie bijvoorbeeld veranderen bij elke nieuwe gegevensverwerving.

15 Tegenwoordig dient een afbeeldingssysteem te worden gekalibreerd om driedimen sionale beelden uit in het systeem verkregen gegevens nauwkeurig te reconstrueren. Deze kalibratie kan het meten van de afstanden en hoeken tussen de elementen van het systeem of het afbeelden onder gebruikmaking van één of meer kalibratiefantomen bevatten. Het meten van systeemcomponenten kan tijdrovend zijn en is niet altijd nauwkeurig genoeg om goede 20 resultaten te produceren. Kalibratie onder gebruikmaking van geschikte fantomen kan nauwkeuriger zijn dan het simpelweg meten van het afbeeldingssysteem, echter kan deze techniek tot systemen beperkt zijn, waarin de afbeeldingsgeometrie consistent en herhaalbaar is. In sommige gevallen kan het systeem niet eenvoudig worden gekalibreerd voordat een subject wordt afgebeeld. Bijvoorbeeld kan de positie of het traject van het afbeeldingssysteem in reële tijd 25 worden bepaald als een functie van patiëntanatomie of andere factoren, of kunnen de mechanische of bewegingbesturingstoleranties van het systeem niet voldoende nauwkeurig zijn.

Het gebruik van kalibratiefantomen is bijvoorbeeld bekend uit US 5442674 waarin een werkwijze voor driedimensionale afbeelding in een niet-gekalibreerde geometrie wordt beschreven. Een methode voor het kalibreren van een afbeeldingssysteem met behulp van fantomen is eveneens 30 bekend uit US 2003/072417, US 2003/058999, US 2005/094771 en DE 199 36 408.

Het zou daarom gunstig zijn om een werkwijze te hebben voor het bepalen van de afbeeldingsgeometrie en het reconstrueren van een volumetrisch beeld in een driedimensionaal afbeeldingssysteem, waarin voorafgaande kalibratie van het afbeeldingssysteem niet mogelijk is of niet praktisch is.

35 Er is een werkwijze verschaft voor driedimensionale afbeelding in een niet-gekali breerde geometrie, omvattende het verwerven van een aantal projectiebeelden van een af-beeldingsvolume; het schatten van een afbeeldingsgeometrie onder gebruikmaking van ten -3- minste één van vaste markeringen en anatomische kenmerken, die in de projectiebeelden zijn gerepresenteerd; en het reconstrueren van een configureerbare volumetrische representatie van een deel van of het gehele afbeeldingsvolume onder gebruikmaking van de geschatte af-beeldingsgeometrie, waarin de werking van het reconstrueren rekening houdt met één of meer 5 geometrie-afhankelijke factoren.

Er is verder een werkwijze verschaft voor driedimensionale afbeelding in een niet-ge-kalibreerde geometrie, omvattende het verwerven van een aantal projectiebeelden van een afbeeldingsvolume; het schatten van een afbeeldingsgeometrie onder gebruikmaking van één of meer in de projectiebeelden gerepresenteerde anatomische kenmerken; en het reconstrueren 10 van een volumetrische representatie van een deel van of het gehele afbeeldingsvolume onder gebruikmaking van de vastgestelde afbeeldingsgeometrie.

Er is verder een beeldbewerkingssysteem verschaft, omvattende een computer, waarin de computer is ingericht om een afbeeldingsgeometrie te schatten onder gebruikmaking van ten minste één van, in een aantal projectiebeelden, die van een afbeeldingsvolume zijn verworven, 15 gerepresenteerde vaste markeringen en anatomische kenmerken, en om een configureerbare volumetrische representatie van een deel van of het gehele afbeeldingsvolume te reconstrueren onder gebruikmaking van de geschatte afbeeldingsgeometrie, waarin de werking van het reconstrueren rekening houdt met één of meer geometrie-afhankelijke factoren.

Er is verder een beeldbewerkingssysteem verschaft, omvattende een computer, waarin 20 de computer is ingericht om een afbeeldingsgeometrie te schatten onder gebruikmaking van in een aantal projectiebeelden, die van een afbeeldingsvolume zijn verworven, gerepresenteerde anatomische kenmerken en om een volumetrische representatie van een deel van of het gehele afbeeldingsvolume te reconstrueren onder gebruikmaking van de vastgestelde afbeeldingsgeometrie.

25 Er zijn verder één of meer tastbare, machine-leesbare media verschaft, die een code bevatten, die uitvoerbaar is om de werking van het schatten van een afbeeldingsgeometrie uit te voeren onder gebruikmaking van ten minste één van vaste markeringen en anatomische kenmerken, die in een aantal van van een afbeeldingsvolume verworven projectiebeelden zijn gerepresenteerd, en de werking van het reconstrueren van een configureerbare volumetrische 30 representatie van een deel van of het geheel van het afbeeldingsvolume onder gebruikmaking van de geschatte afbeeldingsgeometrie uit te voeren, waarin de werking van het reconstrueren met één of meer geometrie-afhankelijke factoren rekening houdt.

Er zijn verder één of meer tastbare, machine-leesbare media, die voor het uitvoeren van de werking van het schatten van een afbeeldingsgeometrie onder gebruikmaking van in een 35 aantal van van een afbeeldingsvolume verworven projectiebeelden gerepresenteerde anatomische kenmerken en voor het uitvoeren van de werking van het reconstrueren van een -4- volumetrische representatie van een deel van of het geheel van het afbeeldingsvolume onder gebruikmaking van de geschatte afbeeldingsgeometrie uitvoerbare code bevatten.

Deze en andere kenmerken, aspecten en voordelen van de uitvinding zullen duidelijker worden bij het lezen van de volgende gedetailleerde beschrijving onder verwijzing naar de 5 bijgaande tekeningen, waarin dezelfde verwijzingscijfers gelijke onderdelen in de verschillende tekeningen representeren, waarin: fig. 1 een schematisch aanzicht is van een voorbeeld van een afbeeldingssysteem in de vorm van een tomosyntheseafbeeldingssysteem voor gebruik bij het produceren van bewerkte beelden volgens aspecten van de onderhavige techniek; 10 fig. 2 een stroomschema is van een voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige techniek; en fig. 3 een stroomschema is van een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige techniek.

Fig. 1 is een schematische representatie van een voorbeeld van een tomosynthese-15 systeem, dat in het algemeen met het verwijzingscijfer 10 is aangeduid, voor het verwerven, bewerken en weergeven van tomosynthesebeelden, waaronder beelden van verschillende plakken van een subject van belang, volgens de onderhavige technieken. In de in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm bevat het tomosynthesesysteem 10 een bron 12 van röntgenstraling, die in het algemeen in een vlak of in drie dimensies beweegbaar is. In een voorbeelduitvoeringsvorm 20 bevat een röntgenbron 12 een röntgenbuis en bijbehorende ondersteunings- en filte-ringscomponenten.

Een bundel van straling 14 wordt uitgezonden door de bron 12 en komt in een gebied van een subject, zoals een menselijke patiënt 18. Een collimator 16 dient voor het definiëren van de omvang en vorm van de röntgenbundel 14, die uit de röntgenbron in de richting van het 25 subject treedt. Een gedeelte van de straling 20 gaat door en rond het subject en treft een de-tectorarray, die in het algemeen met het verwijzingscijfer 22 is aangeduid. Detectorelementen van de array produceren elektrische signalen, die de intensiteit van de invallende röntgenbundel representeren. Deze signalen worden verworven en bewerkt om een beeld van de kenmerken binnen het subject te reconstrueren.

30 De bron 12 wordt bestuurd door een systeemstuureenheid 24, die zowel energie als stuursignalen levert voor tomosynthesonderzoekssequenties, waaronder positie van de bron 12 ten opzichte van het subject 18 en detector 22. Bovendien is de detector 22 gekoppeld aan de systeemstuureenheid 24, die het verwerven van de door de detector 22 gegenereerde signalen opdraagt. De systeemstuureenheid 22 kan ook verschillende signaalbewerkings- en filterfuncties 35 uitvoeren, zoals voor begininstelling van dynamische bereiken, tussenvoeging van digitale beeldgegevens enzovoort. In het algemeen draagt de systeemstuureenheid 24 het afbeeldingssysteem op om onderzoeksprotocollen uit te voeren en om verworven gegevens te be- -5- werken. In de onderhavige context bevat de systeemstuureenheid 24 ook signaalbewerkings-schakelingen, die typisch zijn gebaseerd op een digitale computer voor algemene doeleinden of voor een specifieke toepassing, bijbehorende geheugenschakelingen voor het opslaan van door de computer uitgevoerde programma's en routines, alsmede configuratieparameters en 5 beeldgegevens, koppelingsschakelingen, enzovoort.

In de in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm bevat de systeemstuureenheid 24 een rönt-genstuureenheid 26, die opwekking van röntgenstralen door de bron 12 regelt. In het bijzonder is de röntgenstuureenheid 26 ingericht om energie- en timingsignalen aan de röntgenbron 12 te verschaffen. Een motorstuureenheid 28 dient voor het besturen van de beweging van een posi-10 tioneel subsysteem 32, dat de positie en oriëntatie van de bron 12 ten opzichte van het subject 18 en de detector 22 regelt. Het positionele subsysteem kan ook beweging van de detector 22 of zelfs van de patiënt 18 veroorzaken in plaats van of in aanvulling op de bron 12. Er dient opgemerkt te worden, dat in bepaalde configuraties het positionele subsysteem 32 kan zijn geëlimineerd, in het bijzonder wanneer meerdere adresseerbare bronnen 12 zijn verschaft. In 15 dergelijke configuraties kunnen projecties worden verkregen via de triggering van verschillende bronnen van röntgenstraling, welke bronnen ten opzichte van de patiënt 18 en/of de detector 22 verschillend zijn gepositioneerd. Ten slotte is de detector 22 in de illustratie van fig. 1 gekoppeld aan een gegevensverwervingssysteem 30, dat door uitleeselektronica van de detector 22 verzamelde gegevens ontvangt. Het gegevensverwervingssysteem 30 ontvangt typisch bemon-20 sterde analoge signalen van de detector en zet de signalen om in digitale signalen voor daaropvolgende bewerking door een computer 34. Een dergelijke omzetting, en natuurlijk enige voorbewerking, kan in werkelijkheid tot een zekere mate binnen het detectorsamenstel zelf worden uitgevoerd.

De computer 34 is typisch gekoppeld aan de systeemstuureenheid 24. Door het gege-25 vensverwervingssysteem 30 verzamelde gegevens worden naar de computer 34 gezonden en bovendien naar een geheugeninrichting 36. Enig geschikt type van geheugeninrichting, en natuurlijk van een computer, kan worden aangepast aan de onderhavige techniek, in het bijzonder processors en geheugeninrichtingen, aangepast om door het systeem geproduceerde grote hoeveelheden gegevens te bewerken en op te slaan. Bijvoorbeeld kan de geheugeninrichting 36 30 een optisch of magnetisch medium, zoals een harde schijf, optisch schijf, flitsgeheugen, enz., bevatten, dat geschikt is voor het opslaan van gegevens volgens de onderhavige techniek of routines en algoritmen voor het implementeren van een deel van of de gehele onderhavige techniek op een op een processor gebaseerd systeem, zoals de computer 34. Bovendien is de computer 34 ingericht om commando's en aftastparameters van een bediener via een bedie-35 nerwerkstation 38, dat typisch is uitgerust met een toetsenbord, muis of andere invoerinrichtin-gen, te ontvangen. Een bediener kan het systeem besturen via deze inrichtingen en onderzoeken laten beginnen voor het verwerven van beeldgegevens. Bovendien is de computer 34 aan- -6- gepast om reconstructie van de beeldgegevens uit te voeren, zoals hieronder in detail is toegelicht. Desgewenst kunnen andere computers of werkstations enkele van of alle functies van de onderhavige techniek, waaronder nabewerking van uit de geheugeninrichting 36 of andere ge-heugeninrichting op de afbeeldingssysteemlocatie of op afstand van deze locatie verkregen 5 beeldgegevens.

In de schematische illustratie van fig. 1 is een weergave 40 gekoppeld aan het be-dienerwerkstation 38 voor het bekijken van gereconstrueerde beelden en voor het besturen van de afbeeldingswerking. Bovendien kan het beeld ook via een afdrukinrichting 42 worden afgedrukt of op andere wijze in een gedrukte kopievorm worden afgegeven. Het bedienerwerk-10 station, en natuurlijk het totale systeem, kan aan grote gegevensopslaginrichtingen gekoppeld zijn, zoals een beeldarchiverings- en communicatiesysteem (PACS) 44. Het PACS 44 kan met een cliënt op afstand, zoals deze is aangegeven met het verwijzingscijfer 46, verbonden zijn voor het opvragen en verzenden van beelden en beeldgegevens voor het bekijken en bewerken op afstand, zoals hierin beschreven. Er dient verder opgemerkt te worden, dat de computer 34 en 15 het bedienerwerkstation 38 aan andere uitvoerinrichtingen gekoppeld kunnen zijn, welke andere uitvoerinrichtingen standaard computermonitors of computermonitors voor speciale doeleinden, computers en bijbehorende bewerkingsschakelingen kunnen bevatten. Verder kunnen één of meer bedienerwerkstations 38 met het systeem verbonden zijn voor het afgeven van systeemparameters, het vragen naar onderzoeken, het bekijken van beelden enzovoort. In het 20 algemeen kunnen weergaven, afdrukinrichtingen, werkstations en soortgelijke binnen het systeem verschafte inrichtingen ten opzichte van de gegevensverwervingscomponenten lokale inrichtingen zijn of op afstand van deze componenten gelegen zijn, zoals ergens anders binnen een instituut of op een geheel andere locatie, die door enig geschikt netwerk, zoals het Internet, virtuele privénetwerken, lokale netwerken, enzovoort, met het afbeeldingssysteem verbonden 25 zijn.

Er wordt nu verwezen naar fig. 2, waarin een stroomschema een voorbeelduitvoe-ringsvorm van de onderhavige techniek in een proces 50 toont. Van een subject kunnen ruwe beeldgegevens 51 worden verworven, zoals hierboven beschreven onder verwijzing naar fig. 1.

In het afgebeelde volume zijn markeringen opgenomen, die kunnen bestaan uit anatomische 30 kenmerken en/of vaste markeringen. Anatomische kenmerken kunnen bijvoorbeeld botten, botstructuren, verkalkingen, implantaten, referentiepunten of bepaalde organen, overgangen tussen lucht en weefsel of bloedvatvertakkingspunten omvatten. In één uitvoeringsvorm van de onderhavige techniek kan de gehele anatomie of een uitvoerig gedeelte van de anatomie (in tegenstelling tot afzonderlijke kenmerken of structuren) als een markering worden gebruikt.

35 Bijvoorbeeld kan een atlas, zoals een driedimensionaal CT-model van de afgebeelde anatomie, zodanig worden gedeformeerd, dat deze past bij het projectiebeeld. Deze aanpassing schat op effectieve wijze twee verschillende geometrische componenten. Eén component is een totale -7- deformatie van de door de atlas gerepresenteerde gegevensverzameling om te passen bij de afgebeelde patiëntanatomie. De andere component, bekend als 3D naar 2D registratie, schat de afbeeldingsgeometrie zodanig, dat de geschatte projectie van de gedeformeerde atlas past bij het projectiebeeld. Dit kan onder gebruikmaking van geschikte algoritmen worden gedaan voor 5 enkele of alle projectiebeelden, totdat er een benaderde representatie van de afgebeelde anatomie is alsmede een goede aanpassing aan de waargenomen projectiebeelden. Er kunnen ook iteratieve hybride aanpakken zijn, waarin de eerste iteraties zijn gebaseerd op relatief weinig oriëntatiepunten om een schatting van de afbeeldingsgeometrie te verkrijgen, die redelijk dicht bij de werkelijke afbeeldingsgeometrie ligt, en waarin extra iteraties het verkregen resultaat verfijnen 10 door de uitvoerige anatomie in beschouwing te nemen.

Vaste markeringen zijn afzonderlijke markeringen, d.w.z., niet-anatomische markeringen, die als referenties binnen het afgebeelde volume zijn geplaatst. Dergelijke vaste markeringen kunnen bijvoorbeeld bolvormige markeringen, veelhoekige platen, cilindrische staven of rechte draden zijn. De vaste markeringen kunnen ondoorlatend of ten minste gedeeltelijk door-15 latend voor hoge frequentie zijn. Deze markeringen kunnen bijvoorbeeld aan het lichaam worden bevestigd, in het lichaam worden geïmplanteerd of door een geschikte ondersteuningsstructuur worden ondersteund, welke ondersteuningsstructuur niet beweegt ten opzichte van de afgebeelde anatomie. In aanvulling, of als alternatief, kunnen de vaste markeringen star worden bevestigd aan de detector 22 en/of de röntgenbron 12. In één uitvoeringsvorm van de on-20 derhavige techniek kunnen de anatomische kenmerken en de vaste markeringen worden gebruikt om de afbeeldingsgeometrie te bepalen, terwijl in andere uitvoeringsvormen slechts anatomische kenmerken of vaste markeringen worden gebruikt om de afbeeldingsgeometrie te bepalen.

De ruwe beeldgegevens 51 worden bewerkt (blok 52) om projectiebeelden 53 te gene-25 reren. Deze voorbewerking kan bijvoorbeeld log-correctie van beelden, correctie voor buis-pixelafstand, correctie voor de invalshoek van de röntgenstralen op de detector, en omzetting van de verzwakkingscoëffiënt naar een lijn-integraal of naar een gemiddelde verzwakking langs een baan van röntgenstraling bevatten. Bovendien kan de voorbewerking aanpassingen voor dubbele-energieafbeelding of voor een niet-vlakke detector bevatten. Enkele van de of alle vaste 30 markeringen en/of anatomische kenmerken zijn zichtbaar in de resulterende projectiebeelden 53. Volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige techniek behoeven niet alle markeringen zichtbaar te zijn in elk van de projectiebeelden 53, hoewel in andere uitvoeringsvormen alle markeringen zichtbaar zijn in elk projectiebeeld 53. Bovendien behoeven sommige projectiebeelden 53 geen zichtbare markeringen te bevatten, in het bijzonder wanneer er een 35 goed gedefinieerde relatie tussen afbeeldingsgeometrieën voor verschillende subverzamelingen van de gegevensverzameling is of wanneer nauwkeurige schattingen van de afbeeldingsgeometrie van bepaalde aanzichten kunnen worden afgeleid uit de geometrie van andere aan- -8- zichten. Bijvoorbeeld kan één bronpunt in een systeem met meerdere bronnen een gedeelte van het afgebeelde volume bestralen, terwijl een ander bronpunt een ander gedeelte van het volume bestraalt. Indien er een goed gedefinieerde geometrische relatie tussen de verwer-vingsgeometrieën van de meerdere aanzichten is, kan de afbeeldingsgeometrie van één aan-5 zicht worden bepaald uit de afbeeldingsgeometrie van het andere aanzicht. Daarom behoeven markeringen slechts zichtbaar te zijn in projectiebeelden 53 van één van de aanzichten.

De projectiebeelden 53 kunnen vervolgens worden gebruikt om de verwervingsgeo-metrie 55 van het afbeeldingssysteem te bepalen (blok 54). In een voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige techniek bestaat het bepalen van de geometrie uit het schatten van de 10 afbeeldingsgeometrie 55 op basis van de driedimensionale posities van de vaste markeringen en/of anatomische kenmerken, die zichtbaar zijn in ten minste sommige van de projectiebeelden 53. In één uitvoeringsvorm van de onderhavige techniek worden de projectiebeelden 53 niet gewijzigd, geroteerd of aangepast, maar worden in plaats daarvan louter gebruikt om informatie over de afbeeldingsgeometrie 55 te onttrekken. Een verdere voorbeelduitvoeringsvorm van de 15 stap 54 van het bepalen van de geometrie is getoond in fig. 3.

Zodra de afbeeldingsgeometrie 55 is bepaald, kan een volumetrische representatie van de afgebeelde anatomie worden gereconstrueerd (blok 56) uit de projectiebeelden 53. Deze reconstructie houdt rekening met de afbeeldingsgeometrie 55 bij het reconstrueren van de volumetrische representatie 58. De afbeeldingsgeometrie 55 kan de positie en oriëntatie van de 20 röntgenbron, de anatomie en de detector alsmede andere geometrische informatie bevatten. Bijvoorbeeld kan de reconstructie rekening houden met de geometrie van een niet-vlakke detector. De projectiebeelden 53 kunnen worden bewerkt door middel van bijvoorbeeld normalisatie, filtering of lineaire combinatie van verschillende projecties. Reconstructie kan rekening houden met één of meer afbeeldingsgeometrie 55 afhankelijke factoren en kan bijvoorbeeld 25 gefilterde terugprojectie, gewogen terugprojectie, gegeneraliseerde gefilterde terugprojectie, Fourier-gebaseerde reconstructie, volgorde-statistieken-gebaseerde reconstructie, algebraïsche reconstructietechniek, directe algebraïsche reconstructietechniek of maximum-waarschijn-lijkheidsreconstructie, bevatten. Reconstructie kan ook zijn gebaseerd op een onregelmatig rooster, zoals bijvoorbeeld een piramidevormig rooster, een hexagonaal rooster, een systeem 30 van gekromde coördinaten, of enig coördinatensysteem, dat op geschikte wijze kan worden uitgelijnd met enige anatomische structuur. De resulterende volumetrische representatie 58 van het afgebeelde volume kan vervolgens worden weergegeven en/of geanalyseerd of opgeslagen voor latere weergave/analyse.

Er wordt nu verwezen naar fig. 3, waarin een stroomschema een voorbeelduitvoe-35 ringsvorm van een aspect van de onderhavige techniek in een proces 60 toont, waarin een voorbeelduitvoeringsvorm van de geometriebepaling 54 is weergegeven. De projectiebeelden 53 kunnen worden gegenereerd uit het voorbewerken van de ruwe beeldgegevens, zoals hierboven -9- onder verwijzing naar fig. 2 is toegelicht. Locaties 64 van de vaste markeringen en/of anatomische kenmerken kunnen worden geïdentificeerd (blok 62) in sommige van de of alle projectiebeelden 53. Deze identificatie kan automatisch, handmatig of half-automatisch, dat wil zeggen, met enige gebruikerinteractie, plaatsvinden. Automatische identificatie kan bijvoorbeeld 5 aanpakken van algemene beeldbewerking, medische beeldbewerking of computerbeeld gebruiken. Voor de identificatie en lokalisering van anatomische markeringen, kunnen algemene anatomische modellen, anatomische atlassen en algoritmen, die speculeren over eerdere anatomische kennis, worden gebruikt. Indien de verzameling van markeringen algemeen genoeg is, behoeven niet alle markeringen te worden geïdentificeerd en in elk beeld te worden geplaatst, 10 dat wil zeggen, dat een subverzameling voldoende kan zijn. In sommige gevallen behoeven niet alle markeringen zichtbaar of identificeerbaar te zijn in elk projectiebeeld.

Vervolgens kan een schatting 68 van de afbeeldingsgeometrie worden vastgesteld (blok 66). In sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige techniek kan de afbeeldingsgeometrie gedeeltelijk bekend zijn voor ten minste sommige van de projectiebeelden 53. Dit wil 15 zeggen, dat bijvoorbeeld de afbeeldingssysteemconfiguratie zodanig kan zijn, dat tijdens de beeldverwerving er een vaste bron-detectorafstand of een vast hoofdpunt, zoals een projectie van een brandpunt of het detectorvlak, is. Als alternatief kan de detector tijdens de verwerving stationair zijn ten opzichte van het afgebeelde subject of kan de detector langs een goed gedefinieerd cirkelvormig traject bewegen en behoeft het slechts nodig te zijn om de hoekpositie langs 20 dit traject te bepalen. In andere uitvoeringsvormen van de onderhavige techniek kan de relatieve positie van de afgebeelde markeringen ten minste gedeeltelijk bekend zijn. Dit wil zeggen, dat er voorafgaande kennis over de afstand tussen sommige van de of alle markeringen kan zijn of dat er voorafgaande kennis over de hoeken tussen paren van lijnen door drie of meer markeringen kan zijn. In één uitvoeringsvorm van de onderhavige techniek kunnen vaste markeringen zodanig 25 worden gebruikt, dat hun driedimensionale posities volledig bekend zijn, zoals bij het gebruik van een goed gedefinieerd kalibratiefantoom, in welk geval de afbeeldingsgeometrie 55 kan worden geschat uit de aan de projectiebeelden onttrokken informatie. Volgens een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige techniek kan de driedimensionale positie van de markeringen worden geschat. Deze schatting kan een iteratief proces bevatten, waarin een 30 schatting van de driedimensionale markeringsposities wordt berekend en vervolgens de afbeeldingsgeometrie 55 zodanig wordt berekend, dat de voorspelde locatie van de markeringen in de projectiebeelden 53 het beste overeenstemt met de gedetecteerde markeringslocaties in de projectiebeelden 53.

Uit de geschatte afbeeldingsgeometrie 68 kunnen de geschatte locaties 72 van de 35 vaste markeringen en/of anatomische kenmerken in de projectiebeelden 53 worden bepaald (blok 70). In sommige uitvoeringsvormen kunnen de geïdentificeerde locaties 64 in samenhang met kennis van de bijbehorende projectiebeelden 53 worden gebruikt om de driedimensionale -10- locaties van de markeringen als deel van het schatten van de afbeeldingsgeometrie 68 in werkelijkheid te schatten. In dit geval kan schatting van de afbeeldingsgeometrie 68 worden uitgevoerd in samenhang met het schatten van de driedimensionale locaties van de markeringen of deze bewerkingen kunnen als afzonderlijke stappen worden uitgevoerd. De stap 70 van het 5 schatten van de driedimensionale locaties van de markeringen behoeft niet elke iteratie te worden uitgevoerd. Zodra de geschatte locaties 72 zijn bepaald, kunnen deze vervolgens worden vergeleken met de eerder geïdentificeerde locaties 64. Voor elke markering worden projectie-fouten 76 berekend (blok 74) op basis van het verschil tussen de geïdentificeerde locaties 64 en de geschatte locaties 72. Deze projectiefouten 76 kunnen worden ontbonden (blok 78) in twee of 10 meer foutcomponenten 80, waarvan ten minste één correspondeert met een respectieve geometrische parameter van de afbeeldingsgeometrie 55. Geometrische parameters van de afbeeldingsgeometrie kunnen bijvoorbeeld de drie parameters, die de driedimensionale positie van de bron 12 (d.w.z., translatie in beide horizontale richtingen en in de verticale richting ten opzichte van de detector) beschrijven, de drie parameters, die de driedimensionale positie van 15 de detector 22 (d.w.z., translatie in beide horizontale richtingen en in de verticale richting) beschrijven, en de drie parameters, die de driedimensionale oriëntatie van de detector 22 (d.w.z., in-vlakrotatie en kanteling in twee richtingen) beschrijven, bevatten.

De foutcom ponenten 80 kunnen worden geanalyseerd (blok 82) om te bepalen of de geschatte afbeeldingsgeometrie 68 adequaat is, dat wil zeggen, of er geen significante beeld-20 kwaliteitsachteruitgang als gevolg van geometrische onvolkomenheden aanwezig is. Indien de foutcomponenten te groot zijn, kunnen één of meer geometrische parameters worden bijgewerkt (blok 66) om een nieuwe geschatte afbeeldingsgeometrie 68 te produceren op basis van de projectiebeelden 53 en de foutcomponenten 80. In sommige gevallen kan een goede beeldkwaliteit worden verkregen zonder dat een zeer nauwkeurige representatie van de driedimen-25 sionale afbeeldingsgeometrie 55 bepaald dient te worden. In dergelijke gevallen is er in het algemeen een goede uitlijning van de geschatte locaties 72 van de markeringen met de geïdentificeerde locaties 64 op basis van de geschatte afbeeldingsgeometrie 68, hetgeen voldoende is voor een goede beeldkwaliteit in de gereconstrueerde gegevensverzameling. In een voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige techniek, waarin de afbeeldingsgeometrie 55 30 gedeeltelijk bekend is, kan deze kennis worden gebruikt om iteratieve bijwerkingen van de geschatte afbeeldingsgeometrie 68 te beperken. In een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige techniek, waarin de relatieve posities van de markeringen ten minste gedeeltelijk bekend zijn, kan deze kennis ook worden gebruikt om iteratieve bijwerkingen van de geschatte driedimensionale posities van de markeringen te beperken. Deze beperkingen behoeven niet te wor-35 den toegepast in elke iteratie. De vakman op dit gebied van de techniek zal onderkennen, dat ook technieken kunnen worden toegepast, zoals deze zijn beschreven in U.S. aanvrage serie nr. 11/289,346, getiteld "Method and Device for Geometry Analysis and Calibration of Volumetric -11 -

Imaging Systems", ingediend op 29 november 2005 door Bernhard Claus, dat hierin in zijn geheel door verwijzing is opgenomen.

De bewerkingen in blokken 66 tot 82 kunnen zoveel malen als noodzakelijk is worden herhaald om een adequate afbeeldingsgeometrie 55 te verkrijgen. In elke iteratie kunnen één of 5 meer geometrische parameters worden aangepast om de geschatte afbeeldingsgeometrie 68 bij te werken. Bovendien kunnen verschillende parameters worden aangepast in verschillende iteraties. Zodra de foutcomponenten 80 voldoende klein zijn, kan de afbeeldingsgeometrie 55 worden gebruikt om de projectiebeelden 53 te reconstrueren onder gebruikmaking van technieken, die soortgelijk of identiek zijn aan die van reconstructie 56, die hierboven is toegelicht 10 onder verwijzing naar fig. 2 (blok 86). Volgens een voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige techniek kunnen sommige delen van of het gehele afgebeelde volume worden gereconstrueerd. Dit wil zeggen, dat een gebruiker een verzocht volume 84 kan invoeren, dat slechts het volume of subvolume, waarin de gebruiker in het bijzonder geïnteresseerd is, kan bevatten. Een configureerbare volumetrische representatie 88 van het afgebeelde subject kan vervolgens 15 worden geanalyseerd of worden opgeslagen voor later gebruik.

Hoewel hierin slechts bepaalde kenmerken van de uitvinding zijn getoond en beschreven, zullen vele modificaties en veranderingen duidelijk zijn voor de vakman. Het zal daarom duidelijk zijn, dat de bijgevoegde conclusies bedoeld zijn om dergelijke modificaties en veranderingen als vallende binnen de werkelijke gedachte van de uitvinding te omvatten.

- 12-

ELEMENTENLIJST

10 tomosynthesesysteem 12 röntgenstralingsbron 14 röntgenbundel 16 collimator 18 menselijke patiënt 20 gedeelte van straling 22 detectorarray 24 systeemstuureenheid 26 röntgenstuureenheid 28 motorstuureenheid 30 gegevensverwervingssysteem 32 positioneel subsysteem 34 computer 36 geheugeninrichting 38 bedienerwerkstation 40 weergave 42 afdrukinrichting 44 beeldarchiverings- en communicatiesysteem (PACS) 46 cliënt op afstand 50 proces 51 ruwe beeldgegevens 52 bewerk ruwe gegevens 53 projectiebeelden 54 bepaal verwervingsgeometrie 55 verwervingsgeometrie 56 reconstrueer volumetrische representatie 58 volumetrische representatie 60 proces 62 identificeer locaties van vaste markeringen en/of anatomische kenmerken 64 locaties van vaste markeringen en/of anatomische kenmerken 66 stel afbeeld ingsgeometrie vast 68 geschatte afbeeldingsgeometrie 70 bepaal geschatte locaties van vaste markeringen en/of anatomische kenmer ken - 13- 72 geschatte locaties van ijkmarkeringen en/of anatomische kenmerken 74 bereken projectiefouten 76 projectiefouten 78 ontbindt projectiefouten 80 foutcomponenten 82 analyseer foutcomponenten 84 verzocht volume 86 reconstrueer volumetrische representatie 88 configureerbare volumetrische representatie

Claims (10)

1. Werkwijze voor het driedimensionaal afbeelden in een niet-gekalibreerde omgeving, omvattende: het verwerven van een aantal projectiebeelden (53) van een afgebeeld volume met behulp van een afbeeldingssysteem (10), het afbeeldingssysteem omvattende elementen 5 waaronder een bron (12), een detector (22) en het afgebeelde volume, waarbij het afbeeldingssysteem een afbeeldingsgeometrie (55) van relatieve posities en oriëntaties van de elementen verondersteld; het schatten (54) van de afbeeldingsgeometrie (55) onder gebruikmaking van ten minste één van vaste markeringen en anatomische kenmerken of gebieden, die in de projec-10 tiebeelden (53) zijn gerepresenteerd; en het reconstrueren (56) van de driedimensionale afbeelding van een deel van of het gehele afgebeelde volume onder gebruikmaking van de geschatte afbeeldingsgeometrie (55), resulterend in een volumetrische representatie (58) van een deel van of het gehele afgebeelde volume waarin de werking van het reconstrueren (56) rekening houdt met één of meer 15 geometrie-afhankelijke factoren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het schatten (54) van de afbeeldingsgeometrie (55) het schatten (70) van locaties (72) van ten minste sommige van de vaste markeringen of anatomische kenmerken in ten minste één van de respectieve projectiebeelden (53) of in een respectief driedimensionaal volume omvat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, omvattende het beperken van de geschatte afbeel dingsgeometrie (55) op basis van een gedeeltelijk bekende afbeeldingsgeometrie en het gebruiken van de gedeeltelijk bekende afbeeldingsgeometrie samen met de geschatte afbeeldingsgeometrie voor het reconstrueren van de driedimensionale afbeelding .

4. Werkwijze volgens conclusie 1, omvattende het beperken van de geschatte afbeel-25 dingsgeometrie (55) op basis van gedeeltelijk bekende relatieve posities van de vaste markeringen of anatomische kenmerken en het gebruiken van de gedeeltelijk bekende relatieve posities van de vaste markeringen of anatomische kenmerken en de geschatte afbeeldingsgeometrie (55) voor het reconstrueren van de driedimensionale afbeelding

5. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin niet alle vaste markeringen of anatomische 30 kenmerken in elk projectiebeeld worden gerepresenteerd.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het schatten (54) van de afbeeldingsgeometrie omvat: het identificeren (62) van locaties (64) van de vaste markeringen of anatomische kenmerken in sommige of in alle van het aantal projectiebeelden (53); het vaststellen (66) van een schatting (68) van de afbeeldingsgeometrie; het schatten (70) van locaties (72) van de vaste markeringen of anatomische kenmer-5 ken in de projectiebeelden (53) op basis van de schatting (68) van de afbeeldingsgeometrie; het berekenen (74) van een projectiefout (76) tussen de geschatte locaties (72) van de vaste markeringen of anatomische kenmerken en de geïdentificeerde locaties (64) van de respectieve vaste markeringen of anatomische kenmerken voor ten minste één projectiebeeld (53); en 10 het bijwerken (66) van de geschatte afbeeldingsgeometrie (68) op basis van de pro jectiefout.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarin het bijwerken (66) van de geschatte afbeeldingsgeometrie (68) omvat: het ontbinden (78) van de berekende projectiefout (76) in één of meer foutcomponen-15 ten (80), die corresponderen met respectieve parameters van de afbeeldingsgeometrie (68); en het bijwerken (66) van ten minste één parameter van de geschatte afbeeldingsgeometrie (68) op basis van de ene of meerdere foutcomponenten (80).

8. Beeldbewerkingssysteem, omvattende: een computer (34), waarin de computer (34) is ingericht voor het generen van een 20 gereconstrueerde driedimensionale afbeelding van een deel van of een gehele afgebeelde volume, waarin de computer verder is ingericht voor het schatten (54) van een afbeeldingsgeometrie (55) onder gebruikmaking van ten minste één van vaste markeringen en anatomische kenmerken of gebieden, die in een aantal projectiebeelden (53) zijn gerepresenteerd voor het schatten van de relatieve posities en oriëntaties van elementen van 25 een afbeeldingssysteem, waarbij de projectiebeelden verworven zijn met behulp van een afbeeldingssysteem, en waarbij de computer (34) is ingericht voor het reconstrueren (56) van de driedimensionale afbeelding van een deel van of het gehele afgebeelde volume van de projectiebeelden onder gebruikmaking van de geschatte afbeeldingsgeometrie (55), resulterend in een volumetrische representatie (58) van een deel van of het gehele afgebeelde volume.

9. Beeldbewerkingssysteem volgens conclusie 8, omvattende een geheugen (36), dat is ingericht om ten minste één van het aantal projectiebeelden (53), de configureerbare volumetrische representatie (58) en door de computer uitvoerbare routines voor het uitvoeren van de schatting (54) of de reconstructie (56) op te slaan.

10. Beeldbewerkingssysteem volgens conclusie 8, omvattende een bedienerwerksta-35 tion (38) en een weergave (40) voor het bekijken van ten minste één van het aantal projectiebeelden (53) of de configureerbare volumetrische representatie (58)