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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von Trunkierungsartefakten
in einem Rekonstruktionsverfahren für computertomographische
Aufnahmen mit trunkierten Projektionsdaten in den rekonstruierten
computertomographischen Bildern bei dem von einer Strahlungsquelle
divergente Strahlung emittiert wird, mit der divergenten Strahlung
ein zu untersuchendes Objekt in unterschiedlichen Projektionsrichtungen
durchleuchtet wird, die durch das zu untersuchende Objekt hindurch
gedrungene Strahlung von einem Röntgenbilddetektor erfasst
wird, und eine gefilterte Rückprojektion mit Filterung
der Projektionsdaten entlang vordefinierter nicht-horizontaler Linien
im Röntgenbilddetektor durchgeführt wird, wobei
vom Röntgenbilddetektor aufgenommene Projektionsbilder
erweitert werden, indem für Bildpunkte die Schwächung
der Strahlung außerhalb des Projektionsbildes bestimmt
wird.
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Eine
derartiges Korrekturverfahren für Trunkierungsartefakte
ist bei einer aus der
US 2006/0120507
A1 bekannten Röntgendiagnostikeinrichtung für
Angiographie einsetzbar, die beispielsweise in der
1 dargestellt
ist. Die Röntgendiagnostikeinrichtung weist einen an einem
Ständer
1 drehbar gelagerten C-Bogen
2 auf,
an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise
ein Röntgenstrahler
3, und ein Röntgenbilddetektor
4 angebracht
sind.
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Der
Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder
quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise
aus amorphem Silizium (aSi) erstellt ist.
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Im
Strahlengang der Röntgenstrahlungsquelle 3 befindet
sich ein Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise
eines Herzen eines zu untersuchenden Patienten. An der Röntgendiagnostikeinrichtung
ist ein Bildsystem 6 angeschlossen, dass die Bildsignale
des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet.
Die Röntgenbilder können dann auf einem Monitor 7 betrachtet
werden.
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Auch
können die beweglichen Komponenten 2 bis 5 einzeln oder
gemeinsam an Roboterarmen gelagert sein.
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Zur
Erstellung von 3-D-Datensätzen wird der drehbar gelagerte
C-Bogen 2 mit Röntgenstrahler 3 und Röntgenbilddetektor 4 derart
gedreht, dass, wie die 2 schematisch in Aufsicht auf
die Drehachse zeigt, sich auf einer Umlaufbahn 7 die Röntgenstrahlungsquelle 3 sowie
einer Umlaufbahn 8 der Röntgenbilddetektor 4 um
ein zu Untersuchungsobjekt 9 bewegen. Die Umlaufbahnen 7 und 8 können
zur Erstellung eines 3-D-Datensatzes vollständig oder teilweise
durchfahren werden.
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Bei
dem zu Untersuchungsobjekt 9 kann es sich beispielsweise
um einen tierischen oder menschlichen Körper aber auch
einen Phantomkörper handeln.
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Die
Röntgenstrahlungsquelle 3 emittiert einen von
einem Strahlenfokus der Röntgenstrahlungsquelle 3 ausgehendes
Röntgenstrahlenbündel 6, das auf den
Röntgenbilddetektor 4 trifft.
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Die
Röntgenstrahlungsquelle 2 und der Röntgenbilddetektor 4 laufen
jeweils so um das Untersuchungsobjekt 9 herum, dass sich
die Röntgenstrahlungsquelle 2 und der Röntgenbilddetektor 4 auf entgegen
gesetzten Seiten des Untersuchungsobjekts 9 gegenüberliegen.
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Ein
für die 3-D-Rekonstruktion mittels gefilterter Rückprojektion
(FBP) entscheidender Verarbeitungsschritt ist die Filterung der
Projektionsdaten entlang vordefinierter Linien im Röntgenbilddetektor. Aufgrund
der nichtlokalen Natur des Filterkerns, wie beispielsweise Rampenfilter
oder Hilbertfilter, müssen die Filterlinien die gesamte
Projektion des Untersuchungsbereiches durchlaufen und dürfen
dabei nicht abgeschnitten sein, selbst wenn nur ein Teil der Köperregion, beispielsweise
die so genannte Region of Interest (ROI), rekonstruiert werden soll.
Die beschränkte Detektorbreite führt jedoch in
vielen Aufnahmen zu abgeschnittenen Projektionen des Untersuchungsbereiches,
insbesondere bei der oben genannten C-Bogen Anlage, da dieser vom
Field of View (FoV) nicht vollständig abgedeckt werden
kann. Dies zieht abgeschnittene Filterlinien in diesen Projektionen
nach sich. Die Folge sind starke Rekonstruktionsartefakte, welche
das Ergebnis verfälschen und dessen qualifizierte Diagnose
behindern, erschweren oder nicht möglich machen. Ein Fallbeispiel
hierfür ist die Untersuchung von Abdomen oder Thorax. Es
lassen sich zwei Arten von Trunkierung unterscheiden:
- (1) trans-axiale Trunkierung und
- (2) axiale Trunkierung.
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Trans-axiale
Trunkierung wird durch Untersuchungsobjekte hervorgerufen, welche
entlang der horizontalen Detektorachse abgeschnitten sind.
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Axiale
Trunkierung wird durch Untersuchungsobjekte hervorgerufen, welche
entlang der vertikalen Detektorachse abgeschnitten sind. So ist bei
dem in [1] beschriebenen Feldkampalgorithmus, bei dem die Filterung
entlang von horizontalen Linien im Röntgenbilddetektor
verläuft, ausschließlich eine trans-axiale Trunkierung
der Filterlinien möglich. Allerdings wurden durch die Entwicklung
neuer approximativer und exakter Rekonstruktionsalgorithmen und
durch die Verwendung neuartiger Abtastbahnen, wie beispielsweise
Kreis-und-Linie, Kreis-und-Kreisbogen, Sattel, auch nicht-horizontale
Filterlinien eingeführt, wie dies beispielsweise in Pack
et al. [2] und [6], Katsevich [3] und [4] sowie Nett et al. [5]
beschrieben ist. Dadurch kann neben trans-axialer Trunkierung auch
axiale Trunkierung auftreten (siehe 3). Derartige
Algorithmen erfordern deshalb ein neues Verfahren, welches in der
Lage ist beide Arten von Trunkierung wirksam zu korrigieren. Da
die Algorithmen eine sehr hohe Bildqualität versprechen,
wäre die Lösung für das Trunkierungsproblem
ein wichtiger und zentraler Beitrag zur Lösung von Rekonstruktionsproblemen
in der Computer Tomographie.
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In
der 3 sind mögliche Trunkierungen bei nicht-horizontalen
Filterlinien beispielhaft dargestellt. Auf dem Röntgenbilddetektor 4 sind
die Umrisse des Untersuchungsobjektes abgebildet. Eine Filterlinie
F1 ist beidseitig trans-axial abgeschnitten. Eine Filterlinie F2
ist beidseitig axial abgeschnitten. Eine Filterlinie F3 ist links
axial und rechts trans-axial abgeschnitten. Eine Filterlinie F4
weist keinerlei Trunkierung auf. Trunkierung tritt immer dann auf, wenn
eine Filterlinie aus dem Röntgenbilddetektor 4 austritt
bevor sie aus dem Untersuchungsobjekt 9 austritt. Für
jeden Punkt der auf einer abgeschnittenen Filterlinie liegt, ergeben
sich starke Rekonstruktionsartefakte. Dies kann bei nicht-horizontalen
Filterlinien für die Mehrzahl der Punkte der Fall sein.
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Bei
C-Bogen Anlagen wird bisher die 3-D-Rekonstruktion mithilfe des
Feldkampalgorithmus durchgeführt, welcher mit einer planaren,
kreisförmigen Abtastbahn auskommt. Dieser verwendet ausschließlich
horizontale Filterlinien, so dass nur trans-axiale Filterlinientrunkierungen
auftreten können. Zur Korrektur trans-axialer Trunkierung
hat sich eine "Hybridlösung" als sehr effektiv erwiesen.
Die Hybridkorrektur setzt sich aus der so genannte Wasserzylinder-Korrektur
und einer Gauss Extrapolation zusammen, wie dies beispielsweise
in Hsieh et al. [7], Zellerhoff et al. [8] oder Scholz [9] beschrieben
ist. Das Verfahren wird zeilenweise durchgeführt. Dabei wird
jeweils zunächst anhand eines Schwellwertes geprüft,
ob eine Trunkierung vorliegt. Ist dies der Fall, wird in Abhängigkeit
von der Steigung des (trunkierten) Projektionsprofils am Rand der
betrachteten Detektorzeile entweder die Wasserzylinder-Korrektur oder
die Gauss Extrapolation angewandt (siehe 4). Ist
die Steigung am linken Detektorrand positiv oder am rechten Detektorrand
negativ, kommt die Wasserzylinder-Korrektur zum Einsatz (siehe 5). Bei
der Wasserzylinder-Korrektur geht man davon aus, dass das Untersuchungsobjekt
sehr gut durch einen Wasserzylinder approximiert werden kann. Dazu
werden zunächst Mittelpunkt sowie Radius des Wasserzylinders
bestimmt. Die fehlenden Projektionswerte werden dann durch computersimulierte Röntgenstahlen,
welche den Wasserzylinder durchlaufen, künstlich erzeugt.
Mit den so generierten Projektionswerten wird die Detektorzeile
fortgesetzt. Ist die Steigung am linken Detektorrand 35 negativ
oder am rechten Detektorrand 36 positiv, kommt die Gauss
Extrapolation zum Einsatz (siehe 6). Bei der
Gauss Extrapolation werden die fehlenden Projektionswerte durch
eine Gauss-Kurve approximiert. Dadurch entstehen, ähnlich
wie bei der Wasserzylinder-Korrektur, abfallende Projektionswerte.
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Bei
CT-Anlagen kommt ebenfalls ein Feldkamp-basierter Rekonstruktionsalgorithmus
zum Einsatz. Die Filterung erfolgt allerdings entlang nicht-horizontaler
Linien im Röntgenbilddetektor 4, wobei die Steigungen
der Filterlinien jedoch sehr kleine Werte aufweisen. Bei CT-Anlagen
kann aufgrund der Detektorgröße keine trans-axiale
Trunkierung auftreten. Deshalb muss lediglich axiale Trunkierung behandelt
werden. Dazu wird der Röntgenbilddetektor 4 in
axiale Richtung konstant fortgesetzt, indem die erste bzw. die letzte
Detektorzeile immer wieder kopiert und angefügt wird (siehe 7)
wie beispielsweise bei Flohr et al. [10] oder Kachelrieß et
al. [11].
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In
der 4 ist ein Projektionsprofil p(u) entlang einer
abgeschnittenen Detektorzeile dargestellt. Abhängig von
der Steigung der gemessenen Projektionswerte 11 am Rand
der Zeile wird entweder die Wasserzylinder-Korrektur (a) oder die
Gauss Extrapolation (b) angewandt.
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Die 5 zeigt
beispielhaft eine Wasserzylinder-Korrektur für den rechten
Detektorrand 36. Die fehlenden Projektionswerte werden
durch computersimulierte Röntgenstahlen mittels eines Wasserzylinders 12 erzeugt
und als künstlich erzeugte Projektionswerte 13 zur
Fortsetzung des Profils verwendet.
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In
der 6 ist beispielhaft für den rechten Detektorrand 36 Gauss
Extrapolation dargestellt. Die fehlenden Projektionswerte werden
durch eine Gauss-Kurve 14 approximiert und zur Fortsetzung des
Profils als künstlich erzeugte Projektionswerte 15 verwendet.
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Bei
CT-Anlagen erfolgt die Trunkierungskorrektur durch konstante axiale
Fortsetzung 16 des Röntgenbilddetektors 4 in
axiale Richtung, wie dies die 7 zeigt.
Die Größen der Erweiterungsbereiche werden dabei
so gewählt, dass keine Filterlinie mehr abgeschnitten ist.
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In
[12] sowie der
DE
103 45 704 A1 und der
US
5,640,436 werden keine Trunkierungskorrekturen in axialer
Richtung beschrieben. Grob abstrahiert kann der Patient als ein
nahezu unendlich langer Zylinder angesehen werden. Bei Trunkierung
in transaxialer Richtung fehlt ein Teil nahe der Objektkante. Korrekturen
versuchen, die Objektkante zu schätzen und dahingehend
die Daten zu extrapolieren. Diese Trunkierungskorrektur ist in der
Literatur wohlbekannt.
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Bei
Trunkierung in axialer Richtung fehlt im Wesentlichen der größte
Teil des Objektes. Nahe Objektkanten sind nicht vorhanden, die geschätzt
und extrapoliert werden. Derartige Extrapolationsansätze zur
Korrektur der axialen Trunkierung sind nicht bekannt.
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In
[12] ist das "Long Object Problem", also eine axiale Trunkierung,
beschrieben, wobei iterative Ansätze untersucht werden.
Die axiale Trunkierung wird daher nicht durch Datenextrapolation
korrigiert, sondern durch geschickte Auswahl der Daten in der Reprojektion
und Korrektur des Zwischenergebnisses. Kapitel 2.D behandelt einen
Extrapolationsansatz, der fehlende Daten (siehe 5,
Mask 1) ergänzt. Durch eine Datensortierung von Fan-Beam auf
Parallel-Beam Geometrie entstehen die fehlenden Daten am Anfang
und Ende der Abtastbahn unabhängig von der Form des Objektes
und der Größe des Detektors. Das resultierende
Trunkierungsproblem ist jedoch dem der transaxialen Trunkierung äquivalent
und wird dementsprechend korrigiert.
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Die
Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Korrekturverfahren für
Trunkierungsartefakte der eingangs genannten Art derart auszubilden,
dass auch bei beliebig ausgerichteten Filterlinien eine Trunkierungkorrektur
durchführbar ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass zur Trunkierungskorrektur eine Erweiterung nicht-horizontaler
Filterlinien durch eine trans-axiale und eine axiale künstliche
Erweiterung des Röntgenbilddetektor erfolgt, wobei die
Trunkierungskorrektur für nicht-horizontale Filterlinien
gemäß einem Verfahren aus wenigstens einer der
folgenden Gruppen durchgeführt wird:
- I)
Die Trunkierungskorrektur erfolgt unabhängig von der konkreten
Lage und Orientierung der Filterlinien.
- II) Die Trunkierungskorrektur erfolgt in Abhängigkeit
von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien, wobei
die Filterlinien selbst erhalten bleiben.
- III) Die Trunkierungskorrektur erfolgt durch Einführung
neuer modifizierter Filterlinien, wobei die Filterung entlang abgeknickter
künstlich erweiterter Filterlinien erfolgt.
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Erfindungsgemäß sind
die Verfahren zur Trunkierungskorrektur für nicht-horizontale
Filterlinien in drei Gruppen eingeteilt. Die Verfahren aus Gruppe
I führen die Korrektur unabhängig von der konkreten
Lage und Orientierung der Filterlinien durch. Sie sind damit unabhängig
vom verwendeten Rekonstruktionsalgorithmus anwendbar. Die Verfahren
aus Gruppe II führen die Korrektur in Abhängigkeit
von der konkreten Lage und Orientierung der Filterlinien durch.
Die Filterlinien selbst bleiben erhalten. Bei dem Verfahren in Gruppe
III werden, im Zuge der Trunkierungskorrektur, neue Filterlinien
eingeführt.
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In
vorteilhafter Weise kann der Röntgenbilddetektor gemäß Gruppe
I) trans-axial und axial künstlich erweitert sein, wo bei
die Erweiterungen auf der Hybridkorrektur oder die transaxiale Erweiterung
auf der Hybridkorrektur basieren und die axiale Erweiterung durch
eine konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors in
axiale Richtung durch mehrmaliges Kopieren und Anfügen
der ersten und letzten Detektorzeile erfolgen können.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Filterlinien gemäß Gruppe
II) künstlich erweitert werden, indem eine Hybridkorrektur
nicht entlang der Detektorzeilen, sondern entlang der Filterlinien durchgeführt
wird.
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Alternativ
können die Filterlinien gemäß Gruppe
II) dadurch künstlich erweitert werden, dass eine konstante
Fortsetzung des Röntgenbilddetektors in axiale Richtung
und anschließende Hybridkorrektur entlang der Filterlinien
oder eine modifizierte Wasserzylinder-Korrektur entlang der Filterlinien durchgeführt
werden.
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Vorteile?
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Die
neuen Verfahren ermöglichen eine artefaktfreie ROI Rekonstruktion
innerhalb größerer Körperregionen wie
Abdomen oder Thorax, welche aufgrund der beschränkten Detektorfläche
(insbesondere bei C-Bogen Anlagen) bislang nicht möglich
ist. Überdies sind die Verfahren mit allen FBP Algorithmen,
bei denen abgeschnittene Projektionen Artefakte verursachen, sinnvoll
kombinierbar. Die Verfahren zielen hierbei vor Allem auf neuartige
approximative und exakte FBP Algorithmen ab, welche nicht-horizontale
Filterlinien aufweisen. Die Verfahren 1 und 2 sind unabhängig
vom Rekonstruktionsalgorithmus und können als Vorverarbeitungsschritt
der Rekonstruktion betrachtet werden. Sie sind damit allgemeingültig.
Die Verfahren 3 bis 6 sind vom konkreten Rekonstruktionsalgorithmus
abhängig, lassen sich aber effizient in diesen integrieren. Überdies
erlauben die neuen Verfahren eine Vergrößerung
des FoV und damit die Rekonstruktion größerer
Körperregionen.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Röntgendiagnostikeinrichtung zur Durchführung
des Verfahrens,
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2 eine
Ansicht der Bahn eines Röntgenbilddetektors und einer Strahlungsquelle
um ein zu untersuchendes Objekt in axialer Blickrichtung,
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3 eine Übersicht
zur Erläuterung trans-axialer und axialer Trunkierungen
und mögliche Arten der Filterlinien,
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4 ein
Projektionsprofil p(u) entlang einer abgeschnittenen Detektorzeile,
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5 ein
Projektionsprofil p(u) mit einer Wasserzylinder-Korrektur für
den rechten Detektorrand,
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6 ein
Projektionsprofil p(u) mit einer Gauss Extrapolation am rechten
Detektorrand,
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7 eine
Trunkierungskorrektur durch konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors
in axiale Richtung,
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8 eine
Originalprojektion mit axialer und transaxialer Trunkierung als
Ausgangspunkt zur Erläuterung des Verfahrens 1,
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9 trans-axiale
Erweiterung des Röntgenbilddetektors gemäß 8 mittels
Hybridkorrektur,
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10 axiale
Erweiterung des Röntgenbilddetektors gemäß 9 mittels
Hybridkorrektur,
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11 eine
Originalprojektion mit axialer und transaxialer Trunkierung als
Ausgangspunkt zur Erläuterung des Verfahrens 2,
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12 trans-axiale
Erweiterung des Röntgenbilddetektors gemäß 11 mittels
Hybridkorrektur,
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13 axiale
Erweiterung mittels konstanter Fortsetzung des Röntgenbilddetektors
gemäß 12 in
axialer Richtung,
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14 eine
Originalprojektion und eine Filterlinie gemäß Verfahren
3 mit zugehörigem Projektionsprofil,
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15 eine
Originalprojektion und Filterlinie gemäß Verfahren
4 mit zugehörigem Projektionsprofil,
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16 eine
Originalprojektion und Filterlinie gemäß Verfahren
5 mit zugehörigem Projektionsprofil und
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17 eine
Originalprojektion und originale und der modifizierte Filterlinie
gemäß Verfahren 5 mit zugehörigem Projektionsprofil.
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Beispiel 1: Verfahren 1 (Gruppe I)
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In 8 ist
die Originalprojektion mit axialer und transaxialer Trunkierung
dargestellt. In 9 wurde der Röntgenbilddetektor 4 zunächst
trans-axial mithilfe der Hybridkorrektur erweitert, so dass sich beidseitig
Erweiterungsbereiche mit abgeschwächter trans-axialer Fortsetzung 17 ergeben.
In 10 wurde der Röntgenbilddetektor 4 anschließend
axial mithilfe der Hybridkorrektur erweitert, so dass sich beidseitig
Erweiterungsbereiche mit abgeschwächter transaxialer Fortsetzung 18 ergeben.
Die Größe der Erweiterungsbereiche ist jeweils
frei konfigurierbar und kann für jede Detektorseite (links,
rechts, oben, unten) unterschiedlich gewählt werden. Eine
weitere Flexibilität des Verfahrens be steht darin, dass
die Schritte b) und c) vertauscht werden können.
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Beispiel 2: Verfahren 2 (Gruppe I) 11–13
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In 11 ist
die Originalprojektion mit axialer und transaxialer Trunkierung
dargestellt. In 12 wurde der Röntgenbilddetektor 4 zunächst
trans-axial mithilfe der Hybridkorrektur erweitert, so dass sich beidseitig
Erweiterungsbereiche mit abgeschwächter trans-axialer Fortsetzung 17 ergeben.
In 13 wurde der Röntgenbilddetektor 4 anschließend
axial durch mehrmaliges Kopieren und Anfügen der ersten und
letzten Detektorzeile erweitert, so dass sich beidseitig Erweiterungsbereiche
mit konstanter axialer Fortsetzung 19 ergeben. Die Größe
des Erweiterungsbereiches ist jeweils frei konfigurierbar und kann
für jede Detektorseite (links, rechts, oben, unten) unterschiedlich
gewählt werden. Die axialen Erweiterungsbereiche 19 sind
dabei so einzustellen, dass keine Filterlinie mehr abgeschnitten
ist. Eine weitere Flexibilität des Verfahrens besteht darin, dass
die Schritte b) und c) vertauscht werden können.
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Beispiel 3: Verfahren 3 (Gruppe II) 14
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In 14 sind
die Originalprojektion und eine Filterlinie F3 dargestellt, welche
links axial und rechts trans-axial abgeschnitten ist. In Kurve 20 ist das
entsprechende Projektionsprofil p(u) für diese Filterlinie
F3 abgebildet. In der ergänzten Kurve 21 wurde
das Profil mithilfe der Hybridkorrektur durch künstlich
erzeugte Projektionswerte 22 beidseitig fortgesetzt. Die
Größe des Erweiterungsbereiches ist jeweils frei
konfigurierbar und kann für jede Seite einer Filterlinie
F3 unterschiedlich gewählt werden.
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Beispiel 4: Verfahren 4 (Gruppe II) 15
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In 15 ist
die Originalprojektion abgebildet welche bereits durch Erweiterungsbereiche
mit konstanter axialer Fortsetzung 23 in axialer Richtung ergänzt
wurde. In der Kurve 24 zeigt das Projektionsprofil p(u)
der Filterlinie F3 demnach nur noch eine trans-axiale Trunkierung.
In der ergänzten Kur ve 25 wurde das Profil mithilfe
der Hybridkorrektur durch künstlich erzeugte Projektionswerte 26 fortgesetzt. Im
Bereich der konstanten axialen Fortsetzung 23 ergibt sich
eine Fortsetzung 27 der ergänzten Kurve 25. Die
Größen der Erweiterungsbereiche für Röntgenbilddetektor 4 und
Filterlinien F3 sind jeweils frei konfigurierbar und können
für jede Detektorseite (oben, unten) und für jede
Seite einer Filterlinie F3 unterschiedlich gewählt werden.
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Beispiel 5: Verfahren 5 (Gruppe II). 16
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In 16 ist
die Originalprojektion zusammen mit der Projektion eines Wasserzylinders 28 abgebildet.
In der Kurve 29 weist das Projektionsprofil p(u) der Filterlinie
F5 in diesem Beispiel nur eine trans-axiale Trunkierung auf. In
der ergänzten Kurve 30 wurde das Profil der Filterlinie
F5 mittels künstlich erzeugter Projektionswerte 31 fortgesetzt,
indem die Filterlinie F5 in diesem Bereich entlang der Projektion des
Wasserzylinders 28 ausgewertet wurde. Die entsprechenden
Projektionswerte werden durch computersimulierte Röntgenstrahlen
künstlich erzeugt. Die Mittelachse (oder Rotationsachse)
des Zylinders wird parallel zur z-Achse des Bezugskoordinatensystems ausgerichtet.
Die Höhe des Zylinders wird als unendlich groß angenommen,
so dass nur der Schnittpunkt (x, y, 0) der Zylindermittelachse mit
der xy-Ebene und der Radius R des Zylinders bestimmt werden müssen.
Die drei Parameter (x, y, R) können bestimmt werden, indem
beispielsweise die gemessenen Projektionswerte p(u) entlang der
Filterlinie F5 sowie deren erste und zweite Ableitung bezüglich
u, p'(u) bzw. p''(u), an einer Stelle u = u0 bestimmt werden. Daraus ergeben
sich folgende Gleichungen zur Berechnung von (x, y, R): d(u0, x, y, R)·μw = p(u0) (1) d'(u0, x, y, R)·μw = p'(u0) (2) d''(u0, x, y, R)·μw = p''(u0) (3)
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Hierbei
bezeichnet d die Schnittlänge des Röntgenstrahls
mit dem Wasserzylinder, d' und d'' deren erste und zweite Ableitung
bezüglich u und μw den
Abschwächungskoeffizienten von Wasser. Das Vorgehen ist
für jede Seite einer Filterlinie F5 erneut anzuwenden.
Die modifizierte Wasserzylinder-Korrektur unterscheidet sich von
der ursprünglichen Wasserzylinder-Korrektur durch die Verwendung
einer Kegelstrahlgeometrie. Im ursprünglichen Verfahren
benutzt man zur Generierung der Projektionswerte eine Parallelstrahlgeometrie,
obwohl die Originalprojektionen in Kegelstrahlgeometrie akquiriert
werden.
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Beispiel 6: Verfahren 6 (Gruppe III) 17
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In 17 ist
die Originalprojektion zusammen mit der originalen Filterlinie F3
und der gestrichelt dargestellten modifizierten Filterlinie F6 abgebildet.
Die Kurve 32 des Projektionsprofils p(u) der modifizierten
Filterlinie F6 weist nur noch eine trans-axiale Trunkierung auf.
In der Kurve 33 wurde das Profil mithilfe der Hybridkorrektur
mit künstlich erzeugten Projektionswerten 34 fortgesetzt.
Die Größen der Erweiterungsbereiche für
die Filterlinien sind jeweils frei konfigurierbar und können
für jede Seite einer Filterlinie unterschiedlich gewählt
werden. Als Variante wäre es auch denkbar, vor der Hybridkorrektur
die Filterlinie F6 auch in trans-axiale Richtung zu modifizieren,
beispielsweise indem diese ebenfalls horizontal fortgesetzt wird
sobald sie den Röntgenbilddetektor 4 verlässt.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung ergeben sich folgende
Verfahrensvarianten:
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Gruppe I, Verfahren 1:
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Der
Röntgenbilddetektor 4 wird trans-axial und axial
künstlich erweitert. Die Erweiterung basiert jeweils auf
der Hybridkorrektur (siehe Beispiel 1).
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Gruppe I, Verfahren 2:
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Der
Röntgenbilddetektor 4 wird trans-axial und axial
künstlich erweitert. Die trans-axiale Erweiterung basiert
auf der Hybridkorrektur. Die axiale Erweiterung geschieht durch
eine konstante Fortsetzung des Röntgenbilddetektors 4 in
axiale Richtung (vgl. Bild 5), durch mehrmaliges Kopieren und Anfügen
der ersten und letzten Detektorzeile (siehe Beispiel 2).
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Gruppe II, Verfahren 3:
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Die
Filterlinien werden künstlich erweitert, indem die Hybridkorrektur
nicht wie im ursprünglichen Verfahren (vgl. Bild 2) entlang
der Detektorzeilen, sondern entlang der Filterlinien durchgeführt
wird (siehe Beispiel 3).
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Gruppe II, Verfahren 4:
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Die
Filterlinien werden künstlich erweitert, durch konstante
Fortsetzung des Röntgenbilddetektors 4 in axiale
Richtung (vgl. Bild 5) und anschließende Hybridkorrektur
entlang der Filterlinien (siehe Beispiel 4).
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Gruppe II, Verfahren 5:
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Die
Filterlinien werden künstlich erweitert, indem eine modifizierte
Wasserzylinder-Korrektur entlang der Filterlinien durchgeführt
wird (siehe Beispiel 5).
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Gruppe III, Verfahren 6:
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Die
Filterlinien werden derart modifiziert, dass die Filterung entlang
abgeknickter Filterlinien erfolgt. Diese werden dann künstlich
erweitert, indem die Hybridkorrektur entlang der abgeknickten Filterlinien
durchgeführt wird (siehe Beispiel 6).
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Der
Filterteil der gefilterten Rückprojektion besteht aus einer
eindimensionalen linearen Filterung der Detektordaten. Die Daten
können mittels einer Faltungsoperation im Realraum gefiltert
werden. Alternativ dazu kann eine Faltungsoperation im Realraum
durch eine Multiplikation im reziproken Raum ersetzt werden. Bei
einzeiligen Detektoren ist es offensichtlich, dass die gesamte Detektorzeile
in einem Filterschritt behandelt wird. Bei mehrzeiligen Detektoren
(flächenhaften Detektoren) müssen Daten für den
eindimensionalen Filterschritt ausgesucht werden. Die zu filternden
Daten werden entlang einer Filterlinie gesammelt. Die Daten entlang
einer Filterlinie können entweder im Realraum gefaltet
werden, oder im reziproken Raum multipliziert werden. Zu beachten
ist, dass nur der Teil des Realraums entlang einer Filterlinie mit
einer eindimensionalen Fourier Transformation in den reziproken
Raum transformiert wird. Diese Zusammenhänge sind Grundwissen
in der Fachwelt, weshalb auf eine Erläuterung in der Anmeldung
verzichtet wurde.
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Die
Auswahl der Filterlinien ist abhängig vom Rekonstruktionsproblem
und dem verwendeten Rekonstruktionsalgorithmus. Der häufig
angewendete, in [1] beschriebene Feldkamp Algorithmus filtert die Detektordaten
eindimensional zeilenweise, d. h. die Filterlinien sind entlang
der Detektorzeilen ausgerichtet. Bei den Algorithmen zu einer exakten
Rekonstruktion von Cone-Beam Daten sind Filterlinien im Allgemeinen
nicht entlang der Detektorzeilen angeordnet, wie dies beispielsweise
in [2] bis [6] beschrieben ist.
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Literaturverzeichnis
-
- [1] L. A. Feldkamp, L. C. Davis, J. W. Kress. "Practical Cone-Beam
Algorithm". J. Opt. Soc. Am. A, 1(6): Seiten 612–619, 1984.
- [2] J. Pack, F. Noo, and H. Kudo. "Investigation of saddle
trajectories for cardiac ct imaging in cone-beam geometry". Physics
in Medicine and Biology, 49(11): Seiten 2317–2336, 2004.
- [3] A. Katsevich. "Image reconstruction for the circle-and-line
trajectory". Physics in Medicine and Biology, 49(22): Seiten 5059–5072,
2004.
- [4] A. Katsevich. "Image reconstruction for the circle-and-arc
trajectory". Physics in Medicine and Biology, 50(10): Seiten 2249–2265,
2005.
- [5] B. E. Nett, T. Zhuang, and G. -H. Chen. "A cone-beam
fbp reconstruction algorithm for short-scan and super-short-scan
source trajectories". In Fully 3D Image Reconstruction in Radiology
and Nuclear Medicine, Salt Lake City, UT, USA, Jul. 6–Jul.
9, 2005.
- [6] J. Pack and F. Noo. Cone-beam reconstruction using
1D filtering along the projection of m-lines. Inverse Problems,
21(3): Seiten 1105–1120, 2005.
- [7] J. Hsieh, E. Chao, J. Thibault, B. Grekowicz, A. Horst,
S. McOlash, and T. J. Myers. A novel reconstruction algorithm to
extend the CT scan field-of-view. Medical Physics, 31(9): Seiten 2385–2391,
2004
- [8] M. Zellerhoff, B. Scholz, E. -P. Rührnschopf
and T. Brunner. Low contrast 3D-reconstruction from C-arm data.
SPIE Medical Imaging 2005, 5745: Seiten 1605–7422, 2005
- [9] Bernhard Scholz, Fächerstrahlbasierte Wasserzylinderextrapolation
von abgeschnittenen Projektionen zur Behandlung von Trunkierungsartefakten, ältere
Patentanmeldung DE 10 2006
014 629.8 vom 29.03.2006
- [10] T. Flohr, K. Stierstorfer, H. Bruder, J. Simon,
A. Polacin, and S. Schaller. Image reconstruction and image quality
evaluation for a 16-slice CT scanner. Medical Physics, 30(5): Seiten
832–845, 2003
- [11] M. Kachelrieß, M. Knaup, and W. A. Kalender. Extended
parallel backprojection for standard three-dimensional and phase-correlated
four-dimensional axial and spiral cone-beam CT with arbitrary pitch,
arbitrary cone-angle, and 100% dose usage. Medical Physics, 31(6):
Seiten 1623–1641, 2004
- [12] Magnusson et al., "Handling of Long Objects in Iterative
Improvement of Nonexact Reconstruction in Helical Cone-Beam CT",
IEEE Trans. Med. Imaging Vol. 25, NO. 7, July 2006, Seiten 935-940
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- - US 2006/0120507
A1 [0002]
- - DE 10345704 A1 [0020, 0022]
- - US 5640436 [0020, 0022]
- - DE 102006014629 [0064]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - L. A. Feldkamp,
L. C. Davis, J. W. Kress. "Practical Cone-Beam Algorithm". J. Opt.
Soc. Am. A, 1(6): Seiten 612–619, 1984 [0064]
- - J. Pack, F. Noo, and H. Kudo. "Investigation of saddle trajectories
for cardiac ct imaging in cone-beam geometry". Physics in Medicine
and Biology, 49(11): Seiten 2317–2336, 2004 [0064]
- - A. Katsevich. "Image reconstruction for the circle-and-line
trajectory". Physics in Medicine and Biology, 49(22): Seiten 5059–5072,
2004 [0064]
- - A. Katsevich. "Image reconstruction for the circle-and-arc
trajectory". Physics in Medicine and Biology, 50(10): Seiten 2249–2265,
2005 [0064]
- - B. E. Nett, T. Zhuang, and G. -H. Chen. "A cone-beam fbp reconstruction
algorithm for short-scan and super-short-scan source trajectories".
In Fully 3D Image Reconstruction in Radiology and Nuclear Medicine,
Salt Lake City, UT, USA, Jul. 6–Jul. 9, 2005 [0064]
- - J. Pack and F. Noo. Cone-beam reconstruction using 1D filtering
along the projection of m-lines. Inverse Problems, 21(3): Seiten
1105–1120, 2005 [0064]
- - J. Hsieh, E. Chao, J. Thibault, B. Grekowicz, A. Horst, S.
McOlash, and T. J. Myers. A novel reconstruction algorithm to extend
the CT scan field-of-view. Medical Physics, 31(9): Seiten 2385–2391,
2004 [0064]
- - M. Zellerhoff, B. Scholz, E. -P. Rührnschopf and T.
Brunner. Low contrast 3D-reconstruction from C-arm data. SPIE Medical
Imaging 2005, 5745: Seiten 1605–7422, 2005 [0064]
- - Bernhard Scholz, Fächerstrahlbasierte Wasserzylinderextrapolation
von abgeschnittenen Projektionen zur Behandlung von Trunkierungsartefakten [0064]
- - T. Flohr, K. Stierstorfer, H. Bruder, J. Simon, A. Polacin,
and S. Schaller. Image reconstruction and image quality evaluation
for a 16-slice CT scanner. Medical Physics, 30(5): Seiten 832–845, 2003 [0064]
- - M. Kachelrieß, M. Knaup, and W. A. Kalender. Extended
parallel backprojection for standard three-dimensional and phase-correlated
four-dimensional axial and spiral cone-beam CT with arbitrary pitch,
arbitrary cone-angle, and 100% dose usage. Medical Physics, 31(6):
Seiten 1623–1641, 2004 [0064]
- - Magnusson et al., "Handling of Long Objects in Iterative Improvement
of Nonexact Reconstruction in Helical Cone-Beam CT", IEEE Trans.
Med. Imaging Vol. 25, NO. 7, July 2006, Seiten 935-940 [0064]