PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006025402A1 06.12.2007
Titel Bildverarbeitungsvorrichtung zum artefaktreduzierten Erfassen eines Objekts in drei Dimensionen
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Kunze, Holger, 91088 Bubenreuth, DE
DE-Anmeldedatum 31.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006025402
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse A61B 6/03(2006.01)A, F, I, 20060531, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G06T 17/00(2006.01)A, L, I, 20060531, B, H, DE   G06T 7/40(2006.01)A, L, I, 20060531, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Bildverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen eines 3-D-Datensatzes aus einer Mehrzahl von 2-D-Datensätzen. Der 3-D-Datensatz repräsentiert ein Objekt wenigstens teilweise in drei Dimensionen und die 2-D-Datensätze repräsentieren jeweils ein Ergebnis einer Erfassung des Objekts mittels einer Projektion durch das Objekt hindurch auf eine Erfassungsebene in zwei Dimensionen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung ist ausgebildet, den 3-D-Datensatz insbesondere durch Rückprojektion oder durch gefilterte Rückprojektion aus den 2-D-Datensätzen zu erzeugen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, dem 3-D-Datensatz in mindestens einem Bereich des 3-D-Datensatzes, welcher kein Objekt repräsentiert, einen Kein-Objekt-Wert zuzuweisen und mindestens einem Bereich des 3-D-Datensatzes, in welchem ein Objektort durch einen Objekt-Wert repräsentiert ist, einen geänderten Objekt-Wert zuzuweisen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Bildverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen eines 3D-Datensatzes aus einer Mehrzahl von 2D-Datensätzen. Der 3D-Datensatz repräsentiert ein Objekt wenigstens teilweise in drei Dimensionen und die 2D-Datensätze repräsentieren jeweils ein Ergebnis einer Erfassung des Objekts mittels einer Projektion durch das Objekt hindurch auf eine Erfassungsebene in zwei Dimensionen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung ist ausgebildet, den 3D-Datensatz insbesondere durch Rückprojektion oder durch gefilterte Rückprojektion aus den 2D-Datensätzen zu erzeugen.

Beispielhafte Bildverarbeitungsvorrichtungen zum Erzeugen von 2D-Datensätzen mittels Projektion durch ein Objekt hindurch sind ein Computer-Tomograph (CT), welcher ausgebildet ist, durch Projizieren einer Röntgenstrahlung durch ein Objekt hindurch auf eine Erfassungsebene, insbesondere eine Detektormatrix zum Erfassen von Röntgenstrahlung, mindestens einen 2D-Datensatz zu erzeugen. Beispielhafte andere Ausführungsformen für eine Vorrichtung zum Erzeugen von 2D-Datensätzen mittels Projektion ist ein Magnet-Resonanz-Tomograph (MRT) oder Ultraschall-Tomograph oder ein Positron-Emissions-Tomograph (PET) oder ein anderer Tomograph, welcher ausgebildet ist, mittels optischer Projektion ein Objekt zu erfassen.

Die Computer-Tomographie stellt ein Verfahren zum Erfassen von Objekten für Medizin und für die Prüftechnik zur Verfügung, mit dessen Hilfe innere Strukturen eines Patienten oder eines Prüfobjektes erfasst werden können.

Beim Erfassen eines Objektes oder eines Patienten mit einem Computer-Tomographen wird ein kegelförmiger Röntgenstrahl durch das Objekt hindurch auf eine Erfassungsebene projiziert und das Objekt so in zwei Dimensionen erfasst.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Computer-Tomographen stellt sich das Problem, dass außerhalb eines Erfassungsbereiches, auch FOM genannt (FOM = Focus Of Measurement), welcher als gemeinsame Schnittmenge aus allen 2D-Erfassungsbereichen gebildet ist und somit in sämtlichen 2D-Erfassungsergebnissen repräsentiert ist, eine Rekonstruktion eines 3D-Datensatzes mit Artefakten verbunden ist. Ein Artefakt ist ein Erfassungsergebnis, welches in nicht kausaler Weise mit dem erfassten Objekt in Zusammenhang steht.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Computer-Tomographen wird dieses Problem durch eine gefilterte Rückprojektion gelöst, wobei diese Lösung mit einer gefilterten Rückprojektion unbefriedigende Ergebnisse erzeugt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildverarbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung die vorgenannten Probleme nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Bildverarbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, dem 3D-Datensatz in mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes, welcher kein Objekt repräsentiert, einen Kein-Objekt-Wert zuzuweisen und mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes, in welchem einen Objektort durch einen Objekt-Wert repräsentiert ist, einen geänderten Objekt-Wert zuzuweisen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung ist ausgebildet, den geänderten Objekt-Wert in Abhängigkeit von dem einen Objektort repräsentierenden Objekt-Wert als Ergebnis einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift zu erzeugen.

Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann dazu vorteilhaft einen Gewichtungs-Diskriminator aufweisen, welcher ausgebildet ist, einen 3D-Differenz-Datensatz zu erzeugen, welcher für jeden Erfassungsort einen Objekt-Wert oder einen Kein-Objekt-Wert repräsentiert.

Durch das Zuweisen eines Kein-Objekt-Wertes bzw. eines Objekt-Wertes als Ergebnis einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift, insbesondere erzeugt durch einen Gewichtungs-Diskriminator, kann eine Bildqualität eines zu rekonstruierenden Objektes vorteilhaft verbessert werden. Ein solcher geänderter und somit verbesserter 3D-Datensatz kann deutlich weniger Artefakte repräsentieren, als Erfassungsergebnisse von aus dem Stand der Technik bekannten Computer-Tomographen.

Bevorzugt ist die Bildverarbeitungsvorrichtung, insbesondere der Gewichtungs-Diskriminator, ausgebildet, den geänderten Objekt-Wert in Abhängigkeit von dem Objekt-Wert als Ergebnis einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift in Iterationsschritten zuzuweisen. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein schrittweises Verbessern eines 3D-Datensatzes erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Fehler oder einer vorbestimmten Iterationszahl. Der 3D-Datensatz repräsentiert dann das rekonstruierte Objekt vorteilhaft mit einem hinreichend kleinen Fehler.

Bevorzugt kann die Bildverarbeitungsvorrichtung durch Projektion, insbesondere durch virtuelle Projektion aus dem 3D-Datensatz virtuelle 2D-Datensätze erzeugen, welche jeweils eine Projektion des durch den 3D-Datensatz repräsentierten Objekts repräsentieren.

Die Bildverarbeitungsvorrichtung ist weiter bevorzugt ausgebildet, insbesondere bildpunktweise eine Differenz zwischen den virtuellen 2D-Datensätzen und den jeweils entsprechenden 2D-Datensätzen zu bilden und Differenz-2D-Datensätze zu erzeugen, welche jeweils die gebildete Differenz repräsentieren.

Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann bevorzugt durch Rückprojektion der Differenz-2D-Datensätze einen Differenz-3D-Datensatz erzeugen, welcher ein Differenzobjekt repräsentiert und den Differenz-3D-Datensatz zu dem 3D-Datensatz insbesondere Voxel-Objektpunktweise hinzuaddieren.

Der 3D-Datensatz kann vorzugsweise durch eine Vielzahl von Voxel-Objektpunkten gebildet sein, welche zusammen das aus 2D-Datensätzen insbesondere durch Rückprojektion erzeugte, und so rekonstruierte Objekt in drei Dimensionen repräsentieren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Bildverarbeitungsvorrichtung einen Objekt-Speicher zum Speichern des 3D-Datensatzes auf. Der Objekt-Speicher ist mit dem Gewichtungs-Diskriminator verbunden und kann ein Schreib-Lese-Speicher sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet, mindestens einen Bereich des 3D-Datensatzes, welcher einen Objekt-Wert größer oder gleich einem Absorptionswert von Wasser entsprechend repräsentiert, einen geänderten Objekt-Wert zuzuweisen, welcher dem Objekt-Wert entspricht oder keinen geänderten Objekt-Wert zuzuweisen.

Beispielsweise beträgt ein Absorptionswert von Wasser 0,18 1/cm und entspricht somit einem Absorptionskoeffizienten von Wasser.

Im Falle keines geänderten Objekt-Wertes kann ein 3D-Datensatz einen Objekt-Wert behalten, im Falle eines geänderten Objekt-Wertes wird dem 3D-Datensatz ein Objekt-Wert zugewiesen, welcher dem gleichen Objekt-Wert entspricht. Dadurch kann vorteilhaft ein Bereich eines 3D-Datensatzes, welcher einem Objekt-Ort entspricht, seinen Objekt-Wert unverändert beibehalten, auch wenn der 3D-Datensatz über mehrere Iterationsschritte hinweg verändert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Bildverarbeitungsvorrichtung ist die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet, mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes, welcher einen Kein-Objekt-Wert kleiner oder gleich einem Absorptionswert von Luft entsprechend repräsentiert, einen geänderten Kein-Objekt-Wert zuzuweisen, welcher dem Absorptionswert von Luft entspricht. Ein Absorptionswert von Luft kann einen Absorptionskoeffizienten von Luft repräsentieren.

Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Wert im Bereich eines 3D-Datensatzes, welcher einem kleineren Wert als dem Wert von Luft entspricht, auf einen Wert gesetzt werden, welcher einem Wert von Luft entspricht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Bildverarbeitungsvorrichtung ist die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet, mindestens einen Bereich des 3D-Datensatzes, welcher einen Objekt-Wert kleiner als einen Absorptionswert von Wasser und einen Objekt-Wert größer als einen Absorptionswert von Luft repräsentiert, einen Objekt-Wert als Ergebnis der vorbestimmten Zuordnungsvorschrift zuzuweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform repräsentiert die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift eine Sprungfunktion. In einer bevorzugten Ausführungsform der Zuordnungsvorschrift, repräsentieren eine Sprungfunktion, ist die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet, dem 3D-Datensatzes einen Kein-Objekt-Wert zuzuweisen, wenn der Objekt-Wert weniger als die Hälfte einer Differenz zwischen dem Kein-Objekt-Wert und dem Objekt-Wert, welcher dem Objekt-Wert von Wasser entspricht, zuzuweisen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung ist bevorzugt weiter ausgebildet, für alle Objekt-Werte mit einem Objekt-Wert der mehr als der Hälfte zwischen einem Luft-Objekt-Wert und einem Wasser-Objekt-Wert entspricht, dem 3D-Datensatz einen Wasser-Wert zuzuweisen.

Der 3D-Datensatz kann beispielsweise Werte, insbesondere Objekt-Werte und/oder Kein-Objekt-Werte in Form von Hounsfield-Units repräsentieren. In dieser Ausführungsform kann der Gewichtungs-Diskriminator ausgebildet sein, die Hounsfield-Unit-Werte gemäß einer vorbestimmten, invertierbaren Skalierungsvorschrift derart zu skalieren, dass die durch den 3D-Datensatz repräsentierten Werte auf ein Intervall mit den Intervallgrenzen Luft-Wert und Wasser-Wert abgebildet werden.

Beispielsweise kann die Bildverarbeitungsvorrichtung, insbesondere der Gewichtungs-Diskriminator ausgebildet sein, geänderte Werte für einen 3D-Datensatz auswerten eines 3D-Datensatzes gemäß der folgenden Zuordnungsvorschrift f(Wert) zu erzeugen:

Ein Luft_Wert kann beispielsweise 0 betragen, ein Wasser_Wert kann beispielsweise 1 betragen.

g (Wert) ist hierin eine vorbestimmte Zuordnungsvorschrift, insbesondere als Teil einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift, welche auf ein Intervall zwischen einem Luft_Wert und einem Wasser_Wert beschränkt ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform gilt die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift g(Wert) für die Nebenbedingung:

g (Wert) < Wert, für alle Werte im Intervall zwischen Luft_Wert und einem Startwert:

Luft_Wert < Wert < Startwert.

und

g (Wert) > Wert für alle Werte > Startwert und alle Startwerte im Intervall zwischen Luft_Wert und Wasser_Wert:

Luft_Wert < Startwert < Wasser_Wert.

Eine vorab beschreiebene Sprungfunktion kann für einen Luft_Wert = 0 und einen Wasser_Wert = 1 wie folgt lauten:

Beispielsweise kann ein 3D-Datensatz Startwerte repräsentieren, welche jeweils einem Wert von Luft entsprechen. In einer anderen Ausführungsform kann ein 3D-Datensatz Startwerte repräsentieren, welche einer ersten Rückprojektion von 2D-Datensätzen entsprechen.

In einer bevorzugten Ausführungsform repräsentiert die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift wenigstens teilweise ein Polynom mindestens dritten Grades, insbesondere das Polynom: g(Wert) = 3·Wert2 – 2·Wert3.

Die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift f (Wert) bewirkt im Falle Luft_Wert = 0 und Wasser_Wert = 1, dass durch den 3D-Datensatz repräsentierte Werte kleiner als "null" auf "null" abgebildet werden. Werte die mehr als "eins" betragen, bleiben unverändert. Werte, welche im Intervall zwischen einem Luftwert und einem Wasserwert liegen, werden, wenn sie größer als ein Startwert sind, etwas angehoben und somit in Richtung des Wasserwertes verschoben. Wenn die Werte kleiner als der Startwert sind, werden sich in Richtung Luftwert verschoben.

Beispielhafte Startwerte für einen 3D-Datensatz, insbesondere für Voxel-Objekt-Werte eines 3D_Datensatzes sind eine erste Rückprojektion erzeugt aus 2D-Datensätzen oder der Startwert = Luft_Wert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform repräsentiert die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift wenigstens einen Periodenabschnitt einer Kosinus-Funktion. Eine solche Kosinus-Funktion kann beispielsweise durch die Kosinus-Funktion: g(Wert) = 1 – Cosinus (Wert).

Beispielsweise kann eine vorbestimmte Zuordnungsvorschrift f(Wert) auch eine Skalierungsfunktion wie folgt aufweisen: f(Intensitäts_Wert) = S–1 (f(S(Intensitäts_Wert)). worin Intensitäts_Wert einen beliebigen Intensitätswert eines Bereiches eines 3D-Datensatzes repräsentiert, beispielsweise in Hounsfield-Units.

Ein Bereich eines 3D-Datensatzes kann durch mindestens einen Voxel-Objektpunkt gebildet sein.

Durch den vorbeschriebenen Gewichtungs-Diskriminator können vorteilhaft durch Einbringen von Zusatzinformation über eine Materialbeschaffenheit eines zu rekonstruierenden Objektes Artefakte aufgrund fehlender Projektionen in Form von 2D-Datensätzen ausgeglichen werden. Die vorbeschriebene Bildverarbeitungsvorrichtung bietet gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Bildverarbeitungsvorrichtungen mit einer gefilterten Rückprojektion den Vorteil, dass nur erfasste Projektionswerte eines 2D-Datensatzes für eine Rekonstruktion eines 3D-Datensatzes verwendet werden und damit keine Annahme in Form einer Schätzung über eine geometrische Form eines Objekts getroffen werden muss.

Weiter weist die vorbeschriebene Bildverarbeitungsvorrichtung gegenüber bekannten Tomographen den Vorteil auf, dass auch zueinander verschiedene Materialien bzw. Gewebetypen eines Objekts durch einen 3D-Datensatz rekonstruiert werden können.

Im Falle einer kontinuierlichen, insbesondere monoton steigenden Zuordnungsvorschrift g (Wert) bleibt im Falle nachfolgender Iterationsschritte noch ein Restmaß an repräsentierter Information über einen vorherigen Wert eines rekonstruierten Bereiches eines 3D-Datensatzes übrig, so dass fehlerhafte Klassifizierungen, wie sie bei aus dem Stand der Technik bekannten Schwellwertverfahren auftreten, nicht auftreten und somit eine schnelle Konvergenz des durch den iterativ geänderten 3D-Datensatz repräsentierten Objektes zu dem durch die 2D-Datensätze erfassten Objekt erzielt wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet, den geänderten Objekt-Wert mit einer Fuzzy-Einheit zu erzeugen, wobei die Fuzzy-Einheit den geänderten Objekt-Wert in Abhängigkeit von – insbesondere mindestens zwei – unscharfen Eingangsparametern erzeugen kann.

Ein solcher unscharfer Eingangsparameter kann beispielsweise ein Objekt-Wert sein, welcher einem vorbestimmten Material entspricht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet, den 3D-Datensatz in Iterationsschritten gemäß einem statistischen Verfahren zu erzeugen.

Beispielhafte Ausführungsformen für ein solches statistisches Verfahren sind eine rauschgewichtete ART, (ART = Algebraische-Rekonstruktions-Technik) oder ein statistisches Verfahren gemäß der Maximum-Likelihood-Theorie.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen eines 3D-Datensatzes aus einer Mehrzahl von 2D-Datensätzen, wobei die 2D-Datensätze jeweils ein Ergebnis in zwei Dimensionen einer Erfassung eines Objektes mittels Projektion durch das Objekt hindurch auf eine Erfassungsebene repräsentieren und wobei der 3D-Datensatz das Objekt wenigstens teilweise in drei Dimensionen repräsentiert. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • – Erzeugen eines 3D-Datensatzes aus einer Mehrzahl von 2D-Datensätzen;

    gekennzeichnet durch die Schritte:
  • – Zuweisen eines Kein-Objekt-Wertes in mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes durch welchen kein Objekt repräsentiert ist;
  • – Zuweisen eines geänderten Objekt-Wertes mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes, in welchem ein Objektort durch einen Objekt-Wert repräsentiert ist, in Abhängigkeit von dem Objekt-Wert als Ergebnis einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift.

In einer Vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens repräsentiert die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift eine Sprungfunktion oder ein Polynom mindestens dritten Grades.

Eine Erfassungsebene kann eben oder gekrümmt sein. Eine gekrümmte Erfassungsebene ist bevorzugt zylindrisch gekrümmt und bildet somit einen Abschnitt einer Zylinderwand.

Die Erfindung wird nun anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel für eine Bildverarbeitungsvorrichtung, welche ausgebildet ist, einen 3D-Datensatz gemäß einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift iterativ zu erzeugen;

2 ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Erzeugen eines 3D-Datensatzes, welcher ein rekonstruiertes Objekt repräsentiert;

3 ein Ausführungsbeispiel für eine vorbestimmte Zuordnungsvorschrift;

4 ein Ausführungsbeispiel für einen 3D-Datensatz, welcher ein Phantom repräsentiert; und

5 ein Ausführungsbeispiel für einen 3D-Datensatz, welcher ein Phantom repräsentiert und gemäß einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift rekonstruiert wurde.

1 zeigt eine Anordnung 1 zum Erfassen eines Objekts 4 in drei Dimensionen. Die Anordnung 1 umfasst eine Röntgenquelle 2, wobei die Röntgenquelle 2 ausgebildet ist, ein kegelförmiges Röntgenstrahlenbündel 6 auszusenden. Die Anordnung 1 umfasst auch eine Erfassungsebene 10 mit einer Detektormatrix, wobei die Detektormatrix eine Vielzahl von Raster-Matrix-Elementen aufweist.

Die Raster-Matrix-Elemente sind jeweils ausgebildet, einen Röntgenstrahl zu erfassen und ein dem Röntgenstrahl entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen.

Die Anordnung 1 weist auch einen Auswertungsrechner 14, eine Bildwiedergabeeinheit 16 und eine Benutzerschnittstelle 12 auf.

Die Benutzerschnittstelle 12 ist über eine Verbindungsleitung 20 mit dem Auswertungsrechner 14 verbunden und die Bildwiedergabeeinheit ist über eine Verbindungsleitung 18 mit dem Auswertungsrechner 14 verbunden. Der Auswertungsrechner 14 ist über eine Verbindungsleitung 22 mindestens mittelbar mit der Erfassungsebene 10 verbunden. Die Erfassungsebene 10 kann Bestandteil eines Computer-Tomographen sein.

Dargestellt ist auch die Röntgenquelle 2 in einer anderen Erfassungsposition 2'. Die Erfassungsebene 10, welche beispielsweise über einen C-Bogen mit der Röntgenquelle 2 verbunden sein kann, ist in einer anderen Erfassungsposition 10' dargestellt.

Das Objekt 4 weist auch ein Objektteil 4a auf, welche sich in diesem Ausführungsbeispiel außerhalb eines gemeinsamen Erfassungsbereiches befindet, wobei der gemeinsame Erfassungsbereich durch einen Überlappungsbereich eines von der Röntgenquelle 2 ausgesandten Röntgenstrahlenbündels 6 mit einem von der Röntgenquelle 2 in der Position 2' ausgesandten Strahlenbündels 8 gebildet ist. Das Objekt 4 ohne den Objektteil 4abefindet sich in dem gemeinsamen Erfassungsbereich. Der gemeinsame Erfassungsbereich kann mit einer geringen Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Artefakten aus von der Erfassungsebene 10 erzeugten 2D-Datensätzen rekonstruiert werden und so ein 3D-Datensatz durch den Auswertungsrechner 14 erzeugt werden, wobei der 3D-Datensatz das Objekt 4 in drei Dimensionen repräsentiert.

Der Objektteil 4a befindet sich außerhalb eines gemeinsamen Erfassungsbereiches. Der Objektteil 4a kann daher nur mit erhöhter Artefakt-Wahrscheinlichkeit als Teil eines 3D-Datensatzes rekonstruiert werden, sofern lediglich eine einfache, aus dem Stand der Technik bekannte gefilterte Rückprojektion beim Rekonstruieren angewendet werden kann.

Der Auswertungsrechner 14, die Benutzerschnittstelle 12 und die Bildwiedergabeeinheit 16 können eine Bildverarbeitungsvorrichtung bilden. Der Auswertungsrechner 14 kann eine – in dieser Figur nicht dargestellte – Schnittstelle zum Anschließen an einen Computer-Tomographen aufweisen.

Der Auswertungsrechner 14 kann einen Gewichtungs-Diskriminator aufweisen, welcher ausgebildet ist, einen 3D-Datensatz aus einer Mehrzahl von über die Verbindungsleitung 22 empfangenen 2D-Datensätzen gemäß einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift zu erzeugen. Der Auswertungsrechner 14 kann den so durch Rekonstruktion aus 2D-Datensätzen erzeugten 3D-Datensatz über die Verbindungsleitung 18 zum Wiedergeben mittels der Bildwiedergabeeinheit 16 ausgeben. Das Erzeugen des 3D-Datensatzes aus über die Verbindungsleitung 22 eingangsseitig empfangenen 2D-Datensätzen durch den Auswertungsrechner 14 kann in Abhängigkeit von einem über die Verbindungsleitung 20 empfangenen Benutzerinteraktionssignal erfolgen.

Das Benutzerinteraktionssignal kann von der Benutzerschnittstelle 12 erzeugt werden, welche als Tastatur, als Tastenfeld, als berührungsempfindliche Oberfläche oder als Track-Pad oder eine vergleichbare Benutzerschnittstelle ausgebildet sein kann.

Der Auswertungsrechner 14 kann vorteilhaft eine FPGA-Vorrichtung oder eine ASIC-Vorrichtung aufweisen (ASIC = Application Specific Integrated Cicuit), (FPGA = Field Programmable Gate Array).

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Erzeugen eines 3D-Datensatzes aus einer Mehrzahl von 2D-Datensätzen.

In einem Schritt 24 des Verfahrens 23 wird ein Objekt durch Erzeugen von 2D-Datensätzen erfasst, wobei die 2D-Datensätze jeweils ein Ergebnis einer Erfassung des Objektes mittels Projektion durch das Objekt hindurch auf eine Erfassungsebene in zwei Dimensionen repräsentieren. In einem weiteren Verfahrensschritt 26 wird aus den 2D-Datensätzen ein 3D-Datensatz erzeugt, welcher ein Objekt wenigstens teilweise in drei Dimensionen repräsentiert.

In einem Verfahrensschritt 28 wird der 3D-Datensatz beispielsweise in einem dafür vorgesehenen Objekt-Speicher abgespeichert.

Im folgenden Verfahren folgt ein iterativer Verfahrensteil, welcher eine Zahl von Iterationsschritten umfasst. In einem Schritt 30 werden Iterationsschritte des iterativen Verfahrens teils erfasst. Wenn die Zahl der Iterationsschritte nicht größer als "eins" beträgt, so wird über einen Verfahrensschritt 56 „nein" das Verfahren in einem Verfahrensschritt 40 fortgesetzt und dort mindestens ein 2D-Datensatz erzeugt, wobei ein 2D-Datensatz eine Projektion durch ein rekonstruiertes Objekt repräsentiert, welches durch den 3D-Datensatz in der derzeitigen Fassung repräsentiert wird.

In einem Verfahrensschritt 42 werden die aus dem 3D-Datensatz der derzeitigen Fassung erzeugten Projektionen abgespeichert.

In einem weiteren Verfahrensschritt 44 wird eine Differenz durch Subtrahieren 58 erzeugt, nämlich aus den im Verfahrensschritt 24 – durch Erfassen des Objekts – erzeugten 2D-Datensätzen – und aus den jeweils entsprechenden 2D-Datensätzen, welche im Verfahrensschritt 40 aus dem 3D-Datensatz der derzeitigen Fassung erzeugt worden sind.

In einem weiteren Verfahrensschritt 46 werden Differenz-2D-Datensätze erzeugt, welche jeweils die im Verfahrensschritt 44 erfasste Differenz zwischen den 2D-Datensätzen, welche das Objekt im Original repräsentieren, und zwischen den 2D-Datensätzen, welche jeweils das durch den 3D-Datensatz repräsentierte rekonstruierte Objekt in einer Durchsicht repräsentieren, repräsentieren.

In einem weiteren Verfahrensschritt 48 wird, beispielsweise mittels eines Diskriminators – entschieden, ob die durch die Differenz-2D-Datensätze repräsentierte Differenz klein genug ist. Ist die Differenz nicht klein genug, wird über einen Verfahrensschritt 49 in einem Verfahrensschritt 50 durch Rückprojektion ein Differenz-3D-Datensatz erzeugt, welcher ein Differenz-Objekt repräsentiert.

In einem weiteren Verfahrensschritt 52 wird der Differenz-3D-Datensatz abgespeichert. In einem Additionsschritt 54 wird der im Verfahrensschritt 52 abgespeicherte Differenz-3D-Datensatz zu dem 3D-Datensatz derzeitiger Fassung hinzu addiert. Ein solches Hinzuaddieren kann Voxel-Objektpunktweise erfolgen.

Der 3D-Datensatz ist in dieser Ausführungsform durch eine Vielzahl von Voxel-Objektpunkten gebildet, welche zusammen das rekonstruierte Objekt in drei Dimensionen repräsentieren.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann der durch Iterationsschritte gebildete Verfahrensteile fortgesetzt werden, und in dem Verfahrensschritt 30 in Abhängigkeit von der Iterationszahl entschieden werden, ob in einem Verfahrensschritt 32 „ja", ein Verfahrensschritt 34 erfolgt. Beim Verfahrensschritt 34 wird der im Verfahrensschritt 28 durch Addition erzeugte 3D-Datensatz mittels einer Skalierungsvorschrift skaliert, wobei in einem Skalierungsergebnis ein Wert "eins" einem Absorptionsquotienten von Wasser entspricht und ein Wert 0 einem Absorptionsquotienten von Luft entspricht. In einem Verfahrensschritt 36 wird auf den im Verfahrensschritt 34 erzeugten 3D-Datensatz eine vorbestimmte Zuordnungsvorschrift f (Voxel_Wert) angewendet und so aus dem im Verfahrensschritt 34 erzeugten 3D-Datensatz ein geänderter 3D-Datensatz in Abhängigkeit von der vorbestimmten Zuordnungsvorschrift erzeugt.

In einem weiteren Verfahrensschritt 38 wird eine Rückskalierung gemäß einer inversen Skalierungsvorschrift vorgenommen, wobei die inverse Skalierungsvorschrift zu der Skalierungsvorschrift in Verfahrensschritt 34 invers ist.

Das Verfahren wird im weiteren Verfahrensverlauf durch den Verfahrensschritt 40 fortgesetzt, in welchem erneut 2D-Datensätze erzeugt werden, welche jeweils eine Durchsichtprojektion durch ein rekonstruiertes Objekt derzeitiger Fassung repräsentieren, welches durch den im Verfahrensschritt 28 erzeugten 3D-Datensatz repräsentiert wird.

Auf diese Weise kann der im Verfahrensschritt 28 erzeugte 3D-Datensatz schrittweise, also iterativ verbessert werden, bis in einem Verfahrensschritt 48 eine Differenz klein genug ist. Ist die Differenz im Verfahrensschritt 48 klein genug, so kann der iterative Teil des Verfahrens in einem Verfahrensschritt 47 abgebrochen werden und der im Verfahrensschritt 28 erzeugte 3D-Datensatz an eine Bildwiedergabeeinheit, beispielsweise an eine in 1 dargestellte Bildwiedergabeeinheit 16, ausgegeben werden. Der an die Bildwiedergabeeinheit ausgegebene 3D-Datensatz repräsentiert dabei das im Verfahrensschritt 24 erfasste Objekt, insbesondere das Original-Objekt, in einer bestmöglichen Approximation, welche nur geringe oder keine Artefakte mehr aufweist.

3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine vorbestimmte Zuordnungsvorschrift zum Erzeugen eines 3D-Datensatzes aus 2D-Datensätzen, welche jeweils eine Projektion durch ein Objekt hindurch repräsentieren.

Auf der Abszisse sind skalierte Voxel-Werte aufgetragen, welche jeweils durch einen 3D-Datensatz repräsentiert sind. Auf der Ordinate sind geänderte Voxel-Werte aufgetragen, welche einem Ergebnis einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift entsprechen. Dargestellt ist auch der Graph 66 der vorbestimmten Zuordnungsvorschrift, welche in einem Definitionsbereich auf der Abszisse zwischen dem einem Luft-Wert entsprechenden Voxel-Wert "0" und dem einem Objekt-Wert entsprechenden Voxel-Wert "1" ein Polynom dritten Grades wenigstens abschnittsweise repräsentiert.

Dargestellt ist auch ein Graph 68 in Form einer gestrichelten Linie, wobei der Graph 68 eine vorbestimmte Zuordnungsvorschrift repräsentiert, welche einer monoton steigenden Funktion entspricht.

4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen 3D-Datensatz in einer Schnittdarstellung, welcher ein Objekt in Form eines Phantom-Thorax repräsentiert. Dargestellt ist ein Schnitt durch den 3D-Datensatz, parallel zu einer Transversalebene des Phantom-Thorax und somit orthogonal zu einer Sagittalebene und einer Frontalebene des Phantom-Thorax.

Deutlich sichtbar sind Artefakte in einem Bereich des 3D-Datensatzes, welcher einen Rand des Phantom-Thorax repräsentiert.

Dieser, Artefakte aufweisende Bereich des 3D-Datensatzes repräsentiert einen Teil des Objektes außerhalb eines FOM (FOM = Focus of Measurement). Ein Focus of Measurement ist ein Erfassungsbereich, welcher durch jeden 2D-Datensatz einer Mehrzahl von 2D-Datensätzen repräsentiert ist.

5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Schnitt durch einen 3D-Datensatz, welcher durch eine Bildverarbeitungsvorrichtung der vorbeschriebenen Art bzw. durch ein Verfahren der vorbeschriebenen Art gemäß einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift geändert ist. Deutlich sichtbar ist ein rekonstruierter Bereich des 3D-Datensatzes, welcher außerhalb eines FOM liegt.


Anspruch[de]
Bildverarbeitungsvorrichtung (14) zum Erzeugen eines 3D-Datensatzes (60, 62) aus einer Mehrzahl von 2D-Datensätzen, wobei der 3D-Datensatz (60, 62) ein Objekt (4) wenigstens teilweise in drei Dimensionen repräsentiert und wobei die 2D-Datensätze jeweils ein Ergebnis einer Erfassung des Objektes mittels Projektion durch das Objekt (4) hindurch auf eine Erfassungsebene (10, 10') in zwei Dimensionen repräsentieren, und die Bildverarbeitungsvorrichtung (14) ausgebildet ist, den 3D-Datensatz (60, 62) aus den 2D-Datensätzen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung (14) ausgebildet ist, mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes (60, 62), durch welchen kein Objekt repräsentiert ist, einen Kein-Objekt-Wert zuzuweisen und mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes, durch welchen ein Objektort durch einen Objekt-Wert repräsentiert ist, einen geänderten Objekt-Wert zuzuweisen, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, den geänderten Objekt-Wert in Abhängigkeit von dem einen Objektort repräsentierenden Objekt-Wert als Ergebnis einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift zu erzeugen. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, den geänderten Objekt-Wert in Abhängigkeit von dem Objekt-Wert als Ergebnis einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift in Iterationsschritten zuzuweisen. Bildverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes welcher einen Objekt-Wert repräsentiert, der größer als einem Absorptionswert von Wasser oder gleich einem Absorptionswert von Wasser entspricht, einen geänderten Objekt-Wert zuzuweisen, welcher dem Objekt-Wert entspricht oder keinen geänderten Objekt-Wert zuzuweisen. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes welcher einen Kein-Objekt-Wert repräsentiert, der kleiner oder gleich einem Absorptionswert von Luft entspricht, einen geänderten Kein-Objekt-Wert zuzuweisen, welcher dem Absorptionswert von Luft entspricht. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, mindestens einen Bereich des 3D-Datensatzes, welcher einen Objekt-Wert kleiner als einen Absorptionswert von Wasser und einen Objekt-Wert größer als einen Absorptionswert von Luft repräsentiert, einen Objekt-Wert als Ergebnis der vorbestimmten Zuordnungsvorschrift zuzuweisen. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift eine Sprungfunktion repräsentiert. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift ein Polynom mindestens dritten Grades repräsentiert. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift wenigstens einen Periodenabschnitt einer Cosinus-Funktion repräsentiert. Bildverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, den geänderten Objekt-Wert mit einer Fuzzy-Einheit zu erzeugen, wobei die Fuzzy-Einheit den geänderten Objekt-Wert in Abhängigkeit von unscharfen Eingangsparametern erzeugen kann. Verfahren zum Erzeugen eines 3D-Datensatzes aus einer Mehrzahl von 2D-Datensätzen, wobei die 2D-Datensätze jeweils ein Ergebnis in zwei Dimensionen einer Erfassung eines Objektes mittels Projektion durch das Objekt hindurch auf eine Erfassungsebene repräsentieren und wobei der 3D-Datensatz das Objekt wenigstens teilweise in drei Dimensionen repräsentiert,

umfassend die Schritte:

– Erzeugen eines 3D-Datensatzes aus einer Mehrzahl von 2D-Datensätzen;

gekennzeichnet durch die Schritte:

– Zuweisen eines Kein-Objekt-Wertes in mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes, durch welchen kein Objekt repräsentiert ist;

– Zuweisen eines geänderten Objekt-Wertes mindestens einem Bereich des 3D-Datensatzes, in welchem ein Objektort durch einen Objekt-Wert repräsentiert ist, in Abhängigkeit von dem Objekt-Wert als Ergebnis einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zuordnungsvorschrift eine Sprungfunktion oder ein Polynom mindestens dritten Grades repräsentiert.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com