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Dokumentenidentifikation DE102005012654B4 06.12.2007
Titel Verfahren und Computertomographie-System zur Erstellung tomographischer Aufnahmen eines Objektes
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Raupach, Rainer, Dr., 91325 Adelsdorf, DE;
Sembritzki, Otto, Dr., 96193 Wachenroth, DE
DE-Anmeldedatum 18.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005012654
Offenlegungstag 05.10.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse G06T 5/50(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61B 6/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G06T 11/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01N 23/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Computertomographie-System zur Erstellung computertomographischer Aufnahmen eines Objektes, vorzugsweise eines Patienten, bei dem zur Abtastung des Objektes mindestens eine Röntgenröhre relativ zum Objekt um diese und um eine Systemachse rotiert, wobei mit mindestens einem Detektor, vorzugsweise mindestens einem Mehrzeilendetektor, die Schwächung der Röntgenstrahlen während der Rotation der mindestens einen Röntgenröhre detektiert und als Detektorausgangsdaten an eine Steuer- und Recheneinheit ausgegeben und aus diesen Detektorausgangsdaten computertomographische Aufnahmen rekonstruiert werden. Dabei kann es sich entweder um zweidimensionale Schnittbilder des Objektes oder um Volumendatensätze handeln.

Solche Verfahren sind in mannigfaltigen Variationen allgemein bekannt, wobei grundsätzlich zwischen 2D- und 3D-Rekonstrukionsverfahren unterschieden werden kann und diese Verfahren im Wesentlichen zur Patientendiagnostik verwendet werden. Aufgrund der ionisierenden Eigenschaft der verwendeten Strahlung zur Abtastung des Patienten und des damit einhergehenden Risikos bezüglich der Zellentartung ist man bei diesen Verfahren stets bemüht, die Untersuchungen mit möglichst geringer Dosis durchzuführen. Aufgrund dieser geringen zur Verfügung stehenden Dosis bei der Abtastung der Patienten, erhält das vorhandene Quantenrauschen für die Bildqualität starke Relevanz und beeinträchtigt die Bildqualität negativ.

Zur Verbesserung der Bildqualität wird teilweise vorgeschlagen, nichtlineare Bildfilter einzusetzen, die im Gegensatz zu einfachen linearen Verfahren das Rauschen reduzieren können, ohne im Bild enthaltene Kanten von Objekten zu beeinträchtigen. Üblicherweise nutzen solche intelligenten Filter die Bildeigenschaften in der zwei- oder dreidimensionalen Umgebung des jeweiligen Pixels aus, um zunächst die Lage von Kanten zu ermitteln und anschließend geeignete Filter, beispielsweise parallel zu detektierten Kanten, anzuwenden.

Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2004 008 979.5-53 der Fa. Siemens beschrieben. Ein derartiges Verfahren zur Rauschreduktion hat jedoch folgenden Nachteil:

Wird der Filter in nur einem Schritt ausgeführt, so muss die räumliche Reichweite hinreichend groß sein, um eine ausreichende Tiefpass-Wirkung zu realisieren. Dadurch steigt jedoch die Gefahr, dass kleine Strukturen beeinträchtigt werden. Möchte man die Reichweite der Filter so klein wie möglich halten und trotzdem das Rauschen effektiv reduzieren, so muss man auf iterative Verfahren zurückgreifen, die im Hinblick auf die Performanz und aufgrund der begrenzten Rechenkapazität im praktischen Einsatz problematisch sind.

Eine andere Möglichkeit zur Reduktion des Quantenrauschens wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 103 05 221 A1 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Schrift wird hiermit vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung übernommen. In dieser Schrift wird ein Verfahren zur Reduktion von Rauschstrukturen in zwei- oder dreidimensionalen Bildern gezeigt, wobei das gleiche Objekt unter gleichen oder in definierter Weise geänderten geometrischen Bedingungen aufgenommen wird, anschließend eine Transformation der erzeugten Bilder in einem Frequenzraum durchgeführt wird und durch Zerlegen der Bilder in mehrere Frequenzbänder frequenzabhängige Korrelationen gesucht und ausschließlich aus den frequenzabhängigen Korrelationen wieder ein neues Bild zurücktransformiert wird. Hierdurch verbleiben die nichtkorrelierten Rauschanteile des Bildes zurück und das neu entstandene retransformierte Bild enthält lediglich korrelierte Bildanteile, also Anteile die auf tatsächliche Objektstrukturen zurückzuführen sind.

Es wird weiterhin auf die DE 103 20 882 A1 verwiesen, in der gemäß Anspruch 1, Absatz [0008] und 5, ein Verfahren beschrieben wird, bei dem unvollständige Zwischenbilder aus Datensätzen errechnet werden, die keinen vollständigen Umlauf enthalten und anschließend mit Hilfe der unvollständigen Zwischenbilder Schnittbilder erzeugt werden.

Aus der DE 195 47 277 A1 ist im Zusammenhang mit der dort gezeigten Figur und der diesbezüglichen Beschreibung ein Verfahren bekannt, bei dem die Daten eines Mehrzeilensensors in getrennte Datensätze für jede Sensorzeile aufgeteilt werden, hierfür jeweils ein Zwischenbild rekonstruiert und anschließend die einzelnen Bilder zu einem endgültigen Schnittbild zusammengefügt werden.

Schließlich ist aus der US 5,907,593 A bekannt, dass zur Beschleunigung der Bildrekonstruktion beispielsweise eine homogene Verringerung der Anzahl der zur Rekonstruktion verwendeten Projektionen vorgenommen werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und ein Computertomographie-System zu finden, welche ebenfalls das Quantenrauschen aus computertomographischen Darstellungen entfernt, wobei jedoch auf die Forderung zweier zeitlich oder räumlich versetzter Aufnahmen verzichtet werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfinder haben erkannt, dass es auch möglich ist, bezüglich des Quantenrauschens statistisch voneinander unabhängige Bilder oder dreidimensionale Bildinformationen zu erhalten, wenn die Daten eines Scandurchlaufs homogen auf mehrere Datensätze aufgeteilt werden, aus diesen Datensätzen Bilder oder Volumendatensätze rekonstruiert werden und diese Bilder beziehungsweise Volumendatensätze anschließend einer Korrelationsanalyse unterworfen werden, wobei nichtkorrelierte Bildanteile unterdrückt und aus den korrelierten Bildanteilen, die dann die tatsächlich vorliegenden Objektstrukturen enthalten müssen, die Bilder selbst wiederum erzeugt werden. Beispielsweise können hier Kreuzkorrelationsfunktionen im Ortsraum oder Wavelet-Koeffizienten zur Bestimmung der Korrelation zwischen den Datensätzen verwendet werden.

Es ist also nicht mehr notwendig, zeitlich versetzte oder örtlich versetzte Abtastungen durchzuführen, sondern es können während eines einzigen Scans die Gesamtsumme der Daten erhalten werden, wobei lediglich eine homogene Aufteilung der Daten in vollständige Teildatensätze notwendig wird. Vollständig sind die Datensätze dann, wenn sie den gleichen Winkelbereich abdecken, Teildatensätze, weil sie lediglich einen Teil des gesamten vorhandenen Datenmaterials umfassen und die Summe der Teildatensätze wieder den Gesamtdatensatz ergibt, wobei zwischen den einzelnen Teildatensätzen keine Redundanz vorliegen darf, damit statisch voneinander unabhängige Daten in den einzelnen Teildatensätze vorliegen.

Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder ein Verfahren zur Erstellung computertomographischer Aufnahmen eines Objektes, vorzugsweise eines Patienten, mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten vor:

  • – es wird zur Abtastung des Objektes mindestens eine Röntgenröhre relativ zum Objekt um dieses und um eine Systemachse rotiert,
  • – es wird von mindestens einem Detektor, vorzugsweise mindestens einem Mehrzeilendetektor, die Schwächung der Röntgenstrahlen während der Rotation der mindestens einen Röntgenröhre detektiert und als Detektorausgangsdaten an eine Steuer- und Recheneinheit ausgegeben,
  • – ein Satz von Detektorausgangsdaten, die Strahlen über einen bestimmten Winkelbereich repräsentieren und einen bestimmten Teilbereich des Objekts abtasten, werden in m≥2 vollständige Teildetektorausgangsdatensätze aufgeteilt, die jeweils den gleichen vollständigen Winkelbereich überstreichen, jedoch mit ihrer Abtastdichte um 1/m verringert sind und voneinander unabhängige Datensätze aufweisen,
  • – aus den m vollständigen Teildetektorausgangsdatensätzen werden m Zwischenbilddatensätze rekonstruiert, die den identischen Objektbereich repräsentieren,
  • – zwischen den m Zwischenbilddatensätzen wird eine Korrelationsanalyse durchgeführt,
  • – es wird ein Bilddatensatz erstellt, der nur aus korrelierten Daten besteht und keine nichtkorrelierten Daten enthält.

Grundsätzlich ist es zwar möglich, mehr als zwei Teildetektorausgangsdatensätze zu verwenden und zwei Zwischenbilddatensätze zu erzeugen, jedoch ist es optimal, wenn genau zwei Zwischenbilddatensätze erzeugt und die Korrelationsanalyse darauf angewendet wird.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Zwischenbilder zur Korrelationsanalyse so transformiert werden, dass die Bildinformationen in mehreren Frequenzbändern vorliegen, diese untereinander verglichen und ein Bild ausschließlich mit korrelierenden Daten retransformiert wird.

Beispielsweise kann zur Korrelationsanalyse zwischen den m Zwischenbilddatensätzen ein Kreuzkorrelationsverfahren durchgeführt werden.

Des Weiteren kann zur Korrelationsanalyse zwischen den m Zwischenbilddatensätzen eine Wavelet-Transformation über die Zwischenbilddatensätze durchgeführt werden und die Korrelation anhand gleicher oder abweichender Wavelet-Koeffizienten beurteilt werden.

In einer besonderen Anwendung des Verfahrens kann dieses bei der Berechnung von Schnittbildern derart durchgeführt werden, dass ein vollständiger Satz von n Projektionen mit den Projektionswinkeln &agr;1 bis &agr;n in m vollständige Teilprojektionssätze aufgeteilt wird, wobei jeder Teilprojektionssatz jeden m-ten Projektionswinkel, jeweils beginnend mit einem anderen aufeinanderfolgenden Projektionswinkel, enthält, wobei aus jedem Teilprojektionssatz ein Zwischenschnittbild rekonstruiert wird, bezüglich der m Zwischenschnittbilder die Korrelationsanalyse durchgeführt wird, und aus den korrelierten Daten ein Schnittbild rückberechnet wird.

In einer anderen Varianten der Schnittbildberechnung kann ein vollständiger Satz von n Projektionen mit den Projektionswinkeln &agr;1 bis &agr;n und jeder einzelnen Projektion P parallele Strahlen S1 bis Sj repräsentierend in m vollständige Teilprojektionssätze aufgeteilt werden, wobei jeder Teilprojektionssatz alle Projektionswinkel &agr;1 bis &agr;n enthält, jedoch nur die Daten jedes m-ten parallelen Strahls repräsentiert, aus jedem Teilprojektionssatz ein Zwischenschnittbild rekonstruiert, bezüglich der m Zwischenschnittbilder die Korrelationsanalyse durchgeführt und anschließend aus den korrelierten Daten ein Schnittbild rückberechnet wird.

Werden anstelle von Schnittbildern Volumendatensätze berechnet, so kann das Verfahren dahingehend genutzt werden, dass ein vollständiger Satz von n Projektionen mit den Projektionswinkeln &agr;1 bis &agr;n und jeder einzelnen Projektion P parallele Strahlen S1 bis Sj repräsentierend in m vollständige Teilprojektionssätze aufgeteilt wird, wobei jeder Teilprojektionssatz alle Projektionswinkel &agr;1 bis &agr;n enthält, jedoch nur die Daten jedes m-ten parallelen Strahls repräsentiert, wobei aus jedem Teilprojektionssatz ein Zwischenschnittbild rekonstruiert wird, bezüglich der m Zwischenschnittbilder die Korrelationsanalyse durchgeführt wird, und aus den korrelierten Daten ein Schnittbild rückberechnet wird.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn aus m vollständigen Teildetektorausgangsdatensätzen m Volumendatensätze rekonstruiert werden, wobei bezüglich der m Volumendatensätze die Korrelationsanalyse durchgeführt wird, und aus den korrelierten Daten ein Volumendatensatz rückberechnet wird.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn bei der Abtastung des Objektes durch einen Mehrzeilendetektor die Detektorausgangsdaten schachbrettartig angeordneter Detektorelemente zu zwei vollständigen Teildetektorausgangsdatensätzen zusammengefasst werden, dass jedes einem „weißen" Feld entsprechende Detektorelement einem ersten Teildetektorausgangsdatensatz und jedes einem „schwarzen" Feld entsprechende Detektorelement einem zweiten Teildetektorausgangsdatensatz zugeordnet wird, aus jedem derart erhaltenen Teildetektorausgangsdatensatz mindestens ein Zwischenbild rekonstruiert wird, anschließend zu je zwei Zwischenbildern mit zeitlich und örtlich identischer Objektabtastung die Korrelationsanalyse durchgeführt wird und aus korrelierenden Daten ein Bilddatensatz berechnet wird.

Das oben beschriebene Verfahren kann einerseits auf die Berechnung vollständiger Bilder oder Volumendaten, die die Objektstruktur richtig darstellen angewendet werden, jedoch besteht auch die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren auf sogenannte unvollständige Schnittbilder oder Volumendaten anzuwenden, wie es beispielsweise aus dem SMPR-Verfahren bekannt ist. Entsprechend kann der Winkelbereich einerseits mindestens 180° umfassen, aus denen der Satz der Detektorausgangsdaten entstammt, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, dass der Winkelbereich lediglich ein Segment kleiner 180° umfasst und zur Erstellung eines endgültigen Bilddatensatzes so viele Bilddatensätze aufaddiert werden, dass sie insgesamt einen Winkelbereich von mindestens 180° umfassen. Dies bedeutet lediglich, dass das beschriebene Verfahren der Unterdrückung des Quantenrauschens nicht nur auf Bilder einsetzbar ist, die die Objektstruktur sichtbar darstellen, sondern auch auf sogenannte unvollständige Datensätze anwendbar ist, die erst durch Aufaddierung mehrerer unvollständiger Bilddatensätze, die insgesamt mindestens 180° ergeben, zu vollständigen und erkennbaren Bildern werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann außerdem sowohl in Verbindung mit einer Spiralabtastung als auch mit einer sequentiellen Abtastung eingesetzt werden.

Außerdem schlagen die Erfinder auch ein Computertomographie-System zur Erstellung computertomographischer Aufnahmen eines Objektes, vorzugsweise eines Patienten, vor, welches eine Vorrichtung zur rotierenden Abtastung des Objektes mit mindestens einer Röntgenröhre und mindestens einem Detektor, der die Schwächung der Röntgenstrahlen kontinuierlich detektiert und als Detektorausgangsdaten an eine Steuer- und Recheneinheit ausgibt, wobei ein System aus mindestens einer Recheneinheit und Programmen oder Programm-Modulen integriert sind, welche im Betrieb die oben beschriebenen Verfahrensschritte durchführen.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, dass nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt sind. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: Computer-Tomographiesystem; 2: Röntgenröhre; 3: Detektor; 4: Systemachse; 5: Abtastvorrichtung; 6: verschiebbare Patientenliege; 7: Patient; 8: Öffnung in der Abtastvorrichtung; 9: Steuer- und Recheneinheit; 10: Steuer- und Datenleitung; 11, 11': Zwischenbilder; 12: Bestimmung korrelierter Anteile; 13: Synthese korrelierter Anteile; 14: entrauschtes Bild; 15, 15': Zwischenvolumendatensätze; 16: entrauschter Volumendatensatz; P: vollständige Projektion; P', P'': vollständige Teilprojektionen; Prg1-Prgn: Programme/Programm-Module; S: vollständiger Strahlensatz durch ein Voxel; Sx: Strahlen, S', S'': vollständige Teilstrahlensätze; V: Voxel; &agr;1 bis &agr;n: Winkel.

Die Figuren stellen im Einzelnen dar:

1: Schematische Darstellung eines Computer-Tomographiesystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

2: Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Schnittbildberechnung durch vollständige Projektionssätze;

3: Aufteilung einer Parallel-Projektion in zwei vollständige Teil-Parallel-Projektionen;

4: Aufteilung einer Voxelabtastung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren;

5: Mehrzeilendetektor mit schachbrettartiger Anordnung der Detektorelemente.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Computer-Tomographiesystems 1, bestehend aus dem Abtastsystem 5, welches eine Gantry mit darauf angeordneter Röntgenröhre 2 und gegenüberliegendem Detektor 3 aufweist. Zwischen der Röntgenröhre 2 und dem Detektor 3 befindet sich eine Öffnung 8, in die ein Patient 7, der auf einer fahrbaren Patientenliege 6 angeordnet ist, entlang der Systemachse 4 durch die Öffnung 8 geschoben und dabei abgetastet werden kann. Die Steuerung des Computertomographie-Systems wird durch eine Steuer- und Recheneinheit 9 ausgeführt, die über eine Steuer- und Datenleitung 10 mit dem Abtastsystem 5 verbunden ist und auch den Vorschub der Patientenliege 6 steuert. Die Detektorausgangsdaten, die bei der Abtastung des Patienten 7 mit dem Detektor 3 aufgenommen werden, werden durch die Steuer- und Datenleitung 10 zum Rechner 9 geleitet und dort oder ggf. in einem anderen Rechensystem mit Hilfe von Computerprogrammen rekonstruiert, so dass eine Schnittbild- oder Volumendarstellung des Patienten an einem Bildschirm der Recheneinheit ausgegeben werden kann.

In der 2 ist eine Variante des Verfahrens dargestellt, bei der aus einem vollständigen Satz von n Projektionen über die n Projektionswinkel &agr;1 bis &agr;n von einem identischen Schnitt aufgenommen worden sind. Diese n Projektionen sind in der 2 oben durch die Winkel &agr;1 bis &agr;n bezeichnet. Aus all diesen Winkeln der Parallel-Projektionen &agr;1 bis &agr;n, die ohne Einschränkungen der Allgemeinheit hier ganzzahlig dargestellt sein sollen, werden zwei vollständige Teilsätze von Projektionen gebildet, wobei die Projektionen mit ungeradzahligen Indizes in einen ersten Teilsatz der Projektionen aufgenommen werden und die Projektionen mit geradzahligen Indizes in einen zweiten vollständigen Teilsatz von Projektionen aufgenommen werden. Aus beiden Projektionen werden, dargestellt durch die nach links und rechts weisende Pfeile, Zwischenschnittbilder 11 und 11' rekonstruiert. Anschließend wird, dargestellt durch das Symbol 12, der korrelierte Anteil zwischen den Schnittbildern bestimmt, mit dem Verfahrensschritt 13 eine Synthese der korrelierten Anteile durchgeführt und damit ein entrauschtes Bild 14 erzeugt.

Eine andere Variante der Aufteilung der vorhandenen Detektordaten zur Berechnung von Zwischenbildern ist in der 3 schematisch angedeutet. Hier wird gezeigt, wie eine Projektion P, die aus einer Vielzahl von Detektordaten paralleler Strahlen S1 bis Sj besteht, in zwei vollständige Teilprojektionen P' und P'' aufgeteilt wird. Dabei werden die Daten, die von Strahlen mit ungeraden Indizes stammen, der Projektion P' und die Daten aus Strahlen mit geraden Indizes der vollständigen Teilprojektion P'' zugeordnet. Dieses Verfahren wird für alle Projektionswinkel &agr;1 bis an durchgeführt, so dass aus den Projektionen anschließend zwei Zwischenbilder 11 und 11' rekonstruiert werden können. Aus diesen rekonstruierten Zwischenbildern 11 und 11' wird über die Korrelationsanalyse 12 und nachfolgenden Synthese der korrelierten Anteile 13 ein fertiges Bild 14 berechnet beziehungsweise retransformiert.

Die 4 zeigt beispielhaft die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf voxelbezogene Rekonstruktionen. Hier sind die Strahlen S1 bis Sk dargestellt, die ein Voxel V durchdringen und einem 180° Halbumlauf entsprechen. Bei der voxelweisen Rekonstruktion werden aus vielen derartigen Strahlensätzen S mit Strahlen, die jeweils ein Voxel durchdringen, die einzelnen Voxelwerte eines Untersuchungsobjektes rekonstruiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch hierbei angewendet werden, indem, wie in der 4 schematisch dargestellt, jeder Strahlensatz S eines Voxels V, genauer der hierdurch erzeugte Detektordatensatz, in vollständige Teildatensätze aufgeteilt wird, die den Strahlensätzen S' und S'' entsprechen. Aus der Summe der vollständigen Teildetektordatensätze entsprechend den Teilstrahlensätzen S' und S'' werden dann voxelweise Volumendatensätze 15 und 15' errechnet, zwischen diesen Volumendatensätzen im Verfahrensschritt 12 bestimmt, welche Anteile miteinander korrelieren und anschließend im Verfahrensschritt 13 durch eine Synthese der korrelierten Anteile ein entrauschter Volumendatensatz 16 erzeugt.

Eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, bei der Abtastung des Untersuchungsobjektes, beispielsweise eines Patienten, sofort die Detektorausgangsdaten, entsprechend einer schachbrettartigen Aufteilung der einzelnen Detektorelemente eines Mehrzeilendetektors, wie er in der 5 schematisch dargestellt ist, aufzuteilen. Dabei werden die Detektordaten aus zeilen- und spaltenweise versetzten Detektorelementen jeweils den beiden vollständigen Teildatensätzen zugewiesen. Bei dem dargestellten Mehrzeilendetektor handelt es sich um einen Mehrzeilendetektor, der über eine Vielzahl von identischen Detektorelementen verfügt, wobei zur Unterscheidung der Zuordnung der Detektorelemente diese in der Darstellung als schwarze beziehungsweise weiße Detektorfelder, ähnlich einem Schachbrett, gezeichnet sind. Es ist allerdings zu bemerken, dass die Erfindung sich keinesfalls auf Detektorelemente identischer Ausdehnung, wie sie hier gezeigt sind, beschränkt ist. Es erfolgt erfindungsgemäß dann eine Aufteilung der gemessenen Detektordaten in Detektordaten, die von weißen beziehungsweise schwarzen Detektorelementen stammen, wobei die anschließende Rekonstruktion der Schnittbilder oder Volumendatensätze, entsprechend allen an sich bekannten Rekonstruktionsverfahren, durchgeführt werden kann. Hierdurch entstehen zwei statistisch voneinander unabhängige Bilddatensätze, die wiederum durch ein Korrelationsverfahren miteinander verglichen werden können, so dass anschließend Bilder berechnet werden können, die ausschließlich aus korrelierten Daten bestehen.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass die konkrete Berechnung der korrelierenden Daten mehrerer Bilder vom identischen Objekt in der bereits zitierten Schrift DE 103 05 221 A1 dargelegt ist und diese Berechnungsweise vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung übernommen wird.


Anspruch[de]
Verfahren zur Erstellung computertomographischer Aufnahmen eines Objektes, vorzugsweise eines Patienten (7), mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten:

1.1. es wird zur Abtastung des Objektes mindestens eine Röntgenröhre (2) relativ zum Objekt um dieses und um eine Systemachse (4) rotiert,

1.2. es wird von mindestens einem Detektor (3), vorzugsweise mindestens einem Mehrzeilendetektor, die Schwächung der Röntgenstrahlen während der Rotation der mindestens einen Röntgenröhre (2) detektiert und als Detektorausgangsdaten an eine Steuer- und Recheneinheit (9) ausgegeben,

1.3. ein Satz von Detektorausgangsdaten (P), die Strahlen (Sx) über einen bestimmten Winkelbereich repräsentieren und einen bestimmten Teilbereich des Objekts abtasten, werden in m≥2 vollständige Teildetektorausgangsdatensätze (P', P'') aufgeteilt, die jeweils den gleichen vollständigen Winkelbereich überstreichen, jedoch mit ihrer Abtastdichte um 1/m verringert sind und voneinander unabhängige Datensätze aufweisen,

1.4. aus den m vollständigen Teildetektorausgangsdatensätzen werden m Zwischenbilddatensätze (11, 11') rekonstruiert, die den identischen Objektbereich repräsentieren,

1.5. zwischen den m Zwischenbilddatensätzen (11, 11') wird eine Korrelationsanalyse durchgeführt,

1.6. es wird ein Bilddatensatz (16) erstellt, der nur aus korrelierten Daten besteht und keine nichtkorrelierten Daten enthält.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei (m=2) vollständige Teildetektorausgangsdatensätze gebildet werden. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbilder (11, 11') zur Korrelationsanalyse so transformiert werden, dass die Bildinformationen in mehreren Frequenzbändern vorliegen, diese untereinander verglichen und der rauschfreie Bilddatensatz (14) ausschließlich mit korrelierenden Daten eines Zwischenbildes oder mehrerer Zwischenbilder (11, 11') retransformiert wird. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrelationsanalyse zwischen den m Zwischenbilddatensätzen (11, 11') ein Kreuzkorrelationsverfahren durchgeführt wird. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrelationsanalyse zwischen den m Zwischenbilddatensätzen (11, 11') eine Wavelet-Transformation über die Zwischenbilddatensätze durchgeführt wird und die Korrelation anhand gleicher oder abweichender Wavelet-Koeffizienten beurteilt wird. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass:

6.1. ein vollständiger Satz von n Projektionen (P) mit den Projektionswinkeln &agr;1 bis &agr;n in m vollständige Teilprojektionssätze (P', P'') aufgeteilt wird, wobei jeder Teilprojektionssatz (P', P'') jeden m-ten Projektionswinkel, jeweils beginnend mit einem anderen aufeinanderfolgenden Projektionswinkel, enthält,

6.2. aus jedem Teilprojektionssatz ein Zwischenschnittbild rekonstruiert wird,

6.3. bezüglich der m Zwischenschnittbilder (11, 11') die Korrelationsanalyse durchgeführt wird, und

6.4. aus den korrelierten Daten ein Schnittbild (14) rückberechnet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass:

7.1. ein vollständiger Satz von n Projektionen (P) mit den Projektionswinkeln &agr;1 bis &agr;n und jeder einzelnen Projektion P parallele Strahlen S1 bis Sj repräsentierend in m vollständige Teilprojektionssätze (P', P'') aufgeteilt wird, wobei jeder Teilprojektionssatz alle Projektionswinkel &agr;1 bis &agr;n enthält, jedoch nur die Daten jedes m-ten parallelen Strahls repräsentiert,

7.2. aus jedem Teilprojektionssatz ein Zwischenschnittbild rekonstruiert wird,

7.3. bezüglich der m Zwischenschnittbilder (11, 11') die Korrelationsanalyse durchgeführt wird, und

7.4. aus den korrelierten Daten ein Schnittbild (14) rückberechnet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass:

8.1. aus m vollständigen Teildetektorausgangsdatensätzen m Volumendatensätze (15, 15') rekonstruiert werden,

8.2. bezüglich der m Volumendatensätze (15, 15') die Korrelationsanalyse durchgeführt wird, und

8.3. aus den korrelierten Daten ein Volumendatensatz (16) rückberechnet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass:

9.1. bei der Abtastung des Objektes durch einen Mehrzeilendetektor (3) die Detektorausgangsdaten schachbrettartig angeordneter Detektorelemente zu zwei vollständigen Teildetektorausgangsdatensätzen zusammengefasst werden, dass jedes einem „weißen" Feld entsprechende Detektorelement einem ersten Teildetektorausgangsdatensatz und jedes einem „schwarzen" Feld entsprechende Detektorelement einem zweiten Teildetektorausgangsdatensatz zugeordnet wird,

9.2. aus jedem derart erhaltenen Teildetektorausgangsdatensatz mindestens ein Zwischenbild (11, 11') rekonstruiert wird,

9.3. anschließend zu je zwei Zwischenbildern (11, 11') mit zeitlich und örtlich identischer Objektabtastung die Korrelationsanalyse durchgeführt wird und

9.4. aus korrelierenden Daten ein Bilddatensatz berechnet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich mindestens 180° umfasst. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich ein Segment kleiner 180° umfasst und zur Erstellung eines endgültigen Bilddatensatzes so viele Bilddatensätze aufaddiert werden, dass sie insgesamt einen Winkelbereich von mindestens 180° umfassen. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einer Spiralabtastung eingesetzt wird. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einer sequentiellen Abtastung eingesetzt wird. Computertomographie-Gerät zur Erstellung computertomographischer Aufnahmen eines Objektes, vorzugsweise eines Patienten (7), mit:

14.1. einer Vorrichtung zur rotierenden Abtastung des Objektes mit mindestens einer Röntgenröhre (2) und mindestens einem Detektor (3), der die Schwächung der Röntgenstrahlen kontinuierlich detektiert und als Detektorausgangsdaten an eine Steuer- und Recheneinheit (9) ausgibt,

14.2. einem System aus mindestens einer Recheneinheit und Programmen oder Programm-Modulen (Prgx), welche im Betrieb die Schritte mindestens eines der voranstehenden Verfahrensansprüche ausführen.






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