DE10242910A1

DE10242910A1 - Bildrekonstruktionsverfahren und Röntgen-CT-Gerät

Info

Publication number: DE10242910A1
Application number: DE2002142910
Authority: DE
Inventors: Akihiko Nishide
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2002-09-16
Publication date: 2003-04-24
Also published as: CN1223309C; CN1404797A; US7099503B2; US20030063786A1

Abstract

Zum Zweck der Verringerung von Artefakten, die durch eine bezüglich einer Rotationsebene gekippte Abtastebene verursacht werden, wenn eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung verwendet wird, wird eine j-te Erfassungsreihe, in die ein durch einen Bildelementpunkt g(x, y) fallender Röntgenstrahl eintritt, beruhend auf der Entfernung DELTAz von einer Abtastmittelebene zu einer Bildrekonstruktionsebene in einer z-Achsen-Richtung und der Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene ausgewählt, und Daten der j-ten Erfassungsreihe werden zur Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g verwendet, wobei die Abtastmittelebene an einem bestimmten Ansichtwinkel als x-y-Ebene definiert ist, und eine Richtung normal zu der x-y-Ebene, das heißt, eine Erfassungsreihenrichtung, als z-Achsen-Richtung definiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bildrekonstruktionsverfahren und ein Röntgen-CT- (Computertomographie-)Gerät und insbesondere auf ein Bildrekonstruktionsverfahren und ein Röntgen-CT-Gerät, die ein Bild bereitstellen können, das Artefakte-reduziert ist, die durch eine bezüglich einer Rotationsebene gekippte Abtastebene verursacht werden, wenn eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung verwendet wird.
Fig. 6 zeigt eine Beispieldarstellung eines Bildrekonstruktionsverfahrens, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HS-187241 beschrieben ist.
Eine Röntgenröhre 11 und eine Röntgenerfassungseinrichtung 53 drehen sich um einen Rotationsmittelpunkt IC zur Sammlung bzw. Erfassung von Daten bei verschiedenen Ansichtwinkeln. Die Abtastebene ist als x-y-Ebene definiert.
Die Bilderzeugung wird grundlegend wie folgt durchgeführt:

1. Die Bildelementwerte für alle Bildelementpunkte g(x, y) in einer Bildrekonstruktionsebene werden auf Null initialisiert;
2. Ein Kanal i wird bestimmt, der einen durch einen Bildelementpunkt g(x, y) in der Bildrekonstruktionsebene P bei einem Ansichtwinkel β laufenden Röntgenstrahl erfasst;
3. Daten des Kanals i werden zu dem Bildelementwert des Bildelementpunkts g(x, y) addiert;
4. (1) und (2) werden für jeden Ansichtwinkel β in einem erforderlichen Winkelbereich (beispielsweise 360°) zum Erhalten des Bildelementwerts für den Bildelementpunkt g(x, y) wiederholt; und
5. (0) bis (3) werden für jeden Bildelementpunkt g(x, y) in der Bildrekonstruktionsebene P wiederholt.

Der Kanal i kann eindeutig bestimmt werden, wenn ein Winkel γ, den der durch den Bildelementpunkt g(x, y) laufende Röntgenstrahl mit einer Mittelachse Bc des Röntgenstrahls einnimmt, bekannt ist.
Der Winkel γ kann durch folgende Gleichung berechnet werden:

mit
s = x.cosβ-y.sinβ und
t = x.sinβ-y.cosβ
wobei x, y, β, s und t in einer durch die Pfeile in Fig. 6 angezeigten Richtung positiv sind, die Entfernung von der Röntgenröhre 11 zum Rotationsmittelpunkt IC durch D dargestellt ist, s die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt bezeichnet, und t die Länge der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls bezeichnet.
Fig. 7 zeigt eine Beispieldarstellung, in welche Erfassungsreihe der durch den Bildelementpunkt g(x, y) laufende Röntgenstrahl eintritt, wenn eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13 mit mehr als einer Erfassungsreihe verwendet wird. Die Richtung normal zur x-y-Ebene, das heißt eine Erfassungsreihenrichtung, wird als z-Achsen-Richtung bezeichnet. Es ist anzumerken, dass Fig. 7 eine Ansicht von einer Richtung orthogonal zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls zeigt.
Je breiter die Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13 in der z-Achsen-Richtung ist, das heißt in der Reihenrichtung, desto größer ist die Neigung der Abtastebene bezüglich der Rotationsebene.
Herkömmlicherweise wird die Neigung ignoriert, und ein Bild der Bildrekonstruktionsebene P wird durch Auswählen einer m-ten Erfassungsreihe, die der z-Achsen-Position der Bildrekonstruktionsebene P entspricht, und durch Verwendung der Daten der m-ten Erfassungsreihe erzeugt.
Allerdings tritt der in Fig. 7 gezeigte, durch den Bildelementpunkt g(x, y) laufende Röntgenstrahl in eine j-te Erfassungsreihe anstelle der m-ten Erfassungsreihe ein. Demnach besteht hier das Problem, dass sich daraus Artefakte ergeben.
Das heißt, es besteht das Problem, dass Artefakte (Kegelwinkelartefakte) erscheinen, die durch eine bezüglich der Rotationsebene gekippte Abtastebene verursacht werden, wenn eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung verwendet wird.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Bildrekonstruktionsverfahren und ein Röntgen-CT-Gerät auszubilden, die ein Bild liefern können, das an Artefakten reduziert ist, die durch eine bezüglich einer Rotationsebene gekippte Abtastebene verursacht werden, wenn eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung verwendet wird.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildrekonstruktionsverfahren zur Rekonstruktion eines Bildes einer bestimmten Bildrekonstruktionsebene beruhend auf bei verschiedenen Ansichtwinkeln erfassten Daten ausgebildet, während eine Röntgenröhre und/oder eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung mit 1 bis J (J ≥ 2) Erfassungsreihen um einen Rotationsmittelpunkt rotiert werden, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Auswählen einer Erfassungsreihe, in die ein durch einen Bildelementpunkt g(x, y) laufender Röntgenstrahl eintritt, beruhend auf einer Entfernung Δz von einer Abtastmittelebene zu einer Bildrekonstruktionsebene in einer z-Achsen-Richtung und einer Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene, und Verwenden von Daten der Erfassungsreihe zur Bestimmung eines Bildelementwerts des Bildelementpunkts g, wobei die Abtastmittelebene an einem bestimmten Ansichtwinkel als x-y-Ebene definiert ist, und eine Richtung normal zu der x-y-Ebene, das heißt, eine Erfassungsreihenrichtung, als z-Achsen-Richtung definiert ist.
Bei diesem Aufbau ist die Abtastmittelebene als die zentrale Abtastebene definiert, die die Mittelachse Bc des Röntgenstrahls enthält und sich in der Kanalrichtung erstreckt.
Gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren der ersten Ausgestaltung wird die Erfassungsreihe, in die der durch den Bildelementpunkt g(x, y) laufende Röntgenstrahl tatsächlich eintritt, beruhend auf der Entfernung Δz von der Abtastmittelebene zu der Bildrekonstruktionsebene in der z-Achsen-Richtung und der Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene bestimmt, und Daten der Erfassungsreihe werden zur Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g verwendet. Daher ist es möglich, Artefakte zu verringern, die durch die Abtastebene verursacht werden, die bezüglich der Rotationsebene gekippt ist, wenn die Mehrfachreihenerfassungseinrichtung verwendet wird.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildrekonstruktionsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei eine j-te Erfassungsreihe ausgewählt wird, die folgendermaßen bestimmt wird:

oder

mit

und

H = fdd.tanα

wobei die Entfernung von der Röntgenröhre zu dem Rotationsmittelpunkt mit D bezeichnet wird, die Entfernung von der Röntgenröhre zu der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung mit fdd bezeichnet wird, die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zu einer Mittelachse Bc eines Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt mit s bezeichnet wird, die Länge einer Erfassungsreihe in der z-Achsen-Richtung mit Δd bezeichnet wird, und rup{ } eine Funktion zum Aufrunden auf eine ganze Zahl und rdwn{ } eine Funktion zum Abrunden auf eine ganze Zahl bezeichnet.
Gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren der zweiten Ausgestaltung kann die j-te Erfassungsreihe, in die der durch den Bildelementpunkt g(x, y) laufende Röntgenstrahl tatsächlich eintritt, geeignet bestimmt werden.
Außerdem wird

verwendet, wenn J ungerade ist, und wenn J gerade und H positiv ist, und

wird verwendet, wenn J gerade und H negativ ist.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildrekonstruktionsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgestaltet, wobei die j-te Erfassungsreihe und eine nächste Erfassungsreihe ausgewählt werden, und Daten verwendet werden, die durch die Durchführung einer Interpolationsoperation bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen erhalten werden.
Der durch den Bildelementpunkt g(x, y) laufende Röntgenstrahl hat ein bestimmtes Ausmaß, und er tritt nicht nur in die j-te Erfassungsreihe sondern auch in (eine) nächste Erfassungsreihe(n) ein.
Daher werden gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren der dritten Ausgestaltung Daten, die durch Kombinieren von Daten dieser Erfassungsreihen über eine Interpolationsoperation erhalten werden, verwendet, um den Bildelementwert des Bildelementpunkts g zu bestimmen. Dies reduziert wiederum Artefakte.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildrekonstruktionsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei die j-te Erfassungsreihe und eine (j-1)-te oder (j+1)-te Erfassungsreihe ausgewählt werden, und durch die Durchführung einer linearen Interpolationsoperation bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen erhaltene Daten verwendet werden.
Gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren der vierten Ausgestaltung ist die Interpolationsoperationsverarbeitung die einfachst Mögliche, da eine lineare Interpolationsoperation angewendet wird.
Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildrekonstruktionsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei j = J gesetzt wird, wenn j>1 ist, und wobei j = 1 gesetzt wird, wenn j < 1 ist.
Gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren der fünften Ausgestaltung wird die Erfassungsreihe am ersten oder zweiten Ende ausgewählt, wenn der durch den Bildelementpunkt g(x, y) fallende Röntgenstrahl außerhalb des ersten oder zweiten Endes der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung in der Reihenrichtung verläuft. Somit können rekonstruierbare Daten mit dem geringsten Fehler verwendet werden.
Gemäß einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildrekonstruktionsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei die Entfernung Δz von der Abtastmittelebene zu der Bildrekonstruktionsebene in der z-Achsen-Richtung gemäß dem Ansichtwinkel bei einer Wendelabtastung verändert wird.
Bei einer Wendelabtastung bewegt sich der Tisch relativ zum Fasslager, und somit bewegt sich die Position der Abtastmittelebene in der z-Achsen-Richtung gemäß dem Ansichtwinkel.
Daher wird gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren der sechsten Ausgestaltung die Entfernung Δz allmählich um einen Betrag gleich der Entfernung der Tischbewegung für jeden Ansichtwinkel verändert. So kann die Erfassungsreihe, in die ein durch den Bildelementpunkt g(x, y) laufender Röntgenstrahl eintritt, selbst bei einer Wendelabtastung genau bestimmt werden.
Gemäß einer siebten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildrekonstruktionsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei ein Gewicht bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen für jeden Ansichtwinkel angewendet wird, das invers proportional zu {(D + s)² + t²} ist, und die gewichteten Daten zur Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g addiert werden, wobei die Entfernung von der Röntgenröhre zum Rotationsmittelpunkt durch D dargestellt ist, die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt durch s dargestellt wird, und die Länge der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls durch t dargestellt wird.
Ein durch die Röntgenröhre emittierter Röntgenstrahl fällt durch einen Bildelementpunkt nahe der Röntgenröhre und danach durch einen Bildelementpunkt weiter weg von der Röntgenröhre und erreicht die Röntgenerfassungseinrichtung. In diesem Fall beeinflusst der Bildelementpunkt nahe der Röntgenröhre Daten mehr als der weiter weg von der Röntgenröhre.
Daher werden gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren der siebten Ausgestaltung Daten mit einem Gewicht invers proportional zum Quadrat der Entfernung von der Röntgenröhre zu dem Bildelementpunkt beaufschlagt. So kann ein natürlicheres Bild erzeugt werden.
Gemäß einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildrekonstruktionsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei ein Kanal beruhend auf dem Ansichtwinkel und der Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene ausgewählt wird, von dem die Daten zur Verwendung bei der Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g erhalten werden.
Gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren der achten Ausgestaltung kann der Kanal ausgewählt werden, in den der durch den Bildelementpunkt g(x, y) fallende Röntgenstrahl tatsächlich eintritt.
Gemäß einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Röntgen-CT-Gerät ausgebildet, das eine Röntgenröhre, eins Mehrfachreihenerfassungseinrichtung mit einer ersten bis J-ten (J ≥ 2) Erfassungsreihe und eine Datensammeleinrichtung zum Sammeln von Daten an verschiedenen Ansichtwinkeln während der Drehung der Röntgenröhre und/oder der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung um einen Rotationsmittelpunkt aufweist, wobei das Gerät ferner eine Erfassungsreihenauswahleinrichtung zum Auswählen einer Erfassungsreihe beruhend auf einer Entfernung Δz von einer Abtastmittelebene zu einer bestimmten Bildrekonstruktionsebene in einer z-Achsen-Richtung und einer Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene, wobei die Abtastmittelebene an einem bestimmten Ansichtwinkel als x-y-Ebene definiert ist, und eine Richtung normal zu der x-y-Ebene, das heißt, eine Erfassungsreihenrichtung, als die z-Achsen- Richtung definiert ist, und eine Bilderzeugungseinrichtung zum Rekonstruieren eines Bildes der Bildrekonstruktionsebene durch Addieren von Daten der ausgewählten Erfassungsreihe für jeden Ansichtwinkel zur Bestimmung eines Bildelementwerts des Bildelementpunkts g umfasst.
In dem Röntgen-CT-Gerät der neunten Ausgestaltung kann das beschriebene Bildrekonstruktionsverfahren hinsichtlich der ersten Ausgestaltung geeignet implementiert werden.
Gemäß einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Röntgen-CT-Gerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung eine j-te Erfassungsreihe auswählt, die folgendermaßen bestimmt ist:

oder

mit

und

H = fdd.tanα

wobei die Entfernung von der Röntgenröhre zu dem Rotationsmittelpunkt durch D dargestellt ist, die Entfernung von der Röntgenröhre zu der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung durch fdd dargestellt ist, die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zu einer Mittelachse Bc eines Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt durch s dargestellt ist, die Länge einer Erfassungsreihe in der z-Achsen-Richtung durch Δd dargestellt ist, und rup{ } eine Funktion zum Aufrunden auf eine ganze Zahl und rdwn{ } eine Funktion zum Abrunden auf eine ganze Zahl bezeichnet.
In dem Röntgen-CT-Gerät der zehnten Ausgestaltung kann das Bildrekonstruktionsverfahren gemäß der zweiten Ausgestaltung geeignet implementiert werden.
Gemäß einer elften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Röntgen- CT-Gerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung die j-te Erfassungsreihe und eine nächste Erfassungsreihe auswählt, und die Bilderzeugungseinrichtung Daten verwendet, die durch die Durchführung einer Interpolationsoperation bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen erhalten werden.
In dem Röntgen-CT-Gerät der elften Ausgestaltung kann das Bildrekonstruktionsverfahren gemäß der dritten Ausgestaltung geeignet implementiert werden.
Gemäß einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Röntgen-CT-Gerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung die j-te Erfassungsreihe und eine (j-1)-te oder (j+1)-te Erfassungsreihe auswählt, und die Bilderzeugungseinrichtung Daten verwendet, die durch die Durchführung einer linearen Interpolationsoperation bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen erhalten werden.
In dem Röntgen-CT-Gerät der zwölften Ausgestaltung kann das Bildrekonstruktionsverfahren gemäß der vierten Ausgestaltung geeignet implementiert werden.
Gemäß einer dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Röntgen-CT-Gerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung j = J setzt, wenn j > 1 ist, und j = 1 setzt, wenn j < 1 ist.
In dem Röntgen-CT-Gerät der dreizehnten Ausgestaltung kann das Bildrekonstruktionsverfahren gemäß der fünften Ausgestaltung geeignet implementiert werden.
Gemäß einer vierzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Röntgen-CT-Gerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung die Entfernung Δz von der Abtastmittelebene zu der Bildrekonstruktionsebene in der z-Achsen-Richtung gemäß dem Ansichtwinkel bei einer Wendelabtastung ändert.
In dem Röntgen-CT-Gerät der vierzehnten Ausgestaltung kann das Bildrekonstruktionsverfahren gemäß der sechsten Ausgestaltung geeignet implementiert werden.
Gemäß einer fünfzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Röntgen-CT-Gerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, wobei die Bilderzeugungseinrichtung ein Gewicht bei den Daten der ausgewählten Erfassungsreihen für jeden Ansichtwinkel anlegt, das invers proportional zu {(D + s)² + t²} ist, und die gewichteten Daten zur Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g addiert, wobei die Entfernung von der Röntgenröhre zum Rotationsmittelpunkt durch D dargestellt ist, die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt durch s dargestellt ist, und die Länge der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls durch t dargestellt ist.
In dem Röntgen-CT-Gerät der fünfzehnten Ausgestaltung kann das Bildrekonstruktionsverfahren gemäß der siebten Ausgestaltung geeignet implementiert werden.
Gemäß einer sechzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Röntgen-CT-Gerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ausgebildet, das eine Kanalauswahleinrichtung zur Auswahl eines Kanals beruhend auf dem Ansichtwinkel und der Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene aufweist, von dem die Daten zur Verwendung bei der Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g erhalten werden.
In dem Röntgen-CT-Gerät der sechzehnten Ausgestaltung kann das Bildrekonstruktionsverfahren gemäß der achten Ausgestaltung geeignet implementiert werden.
Gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren und dem Röntgen-CT-Gerät der Erfindung ist es möglich, Artefakte zu verringern, die durch eine bezüglich einer Rotationsebene gekippte Abtastebene verursacht werden, wenn eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung verwendet wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Röntgen-CT-Geräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Beispieldarstellung einer Bildrekonstruktionsverarbeitung (aus einer z-Achsen-Richtung) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine Beispieldarstellung der Bildrekonstruktionsverarbeitung (aus einer Richtung orthogonal zur z-Achse und Röntgenstrahlmittelachse) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine Beispieldarstellung einer Bildrekonstruktionsverarbeitung (aus einer Richtung orthogonal zur z-Achse und Röntgenstrahlmittelachse) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 eine Beispieldarstellung einer Bildrekonstruktionsverarbeitung (aus einer Richtung orthogonal zur z-Achse und Röntgenstrahlmittelachse) gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 eine Beispieldarstellung einer herkömmlichen Bildrekonstruktionsverarbeitung (aus der z-Achsen-Richtung), und
Fig. 7 eine Darstellung zur Beschreibung der Aufgabe der Erfindung (aus einer Richtung orthogonal zur z-Achse und Röntgenstrahlmittelachse).

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Röntgen-CT-Geräts 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Röntgen-CT-Gerät 100 umfasst eine Bedienerkonsole 1, eine Tischvorrichtung 8 und ein Abtastfasslager 9.
Die Bedienerkonsole 1 umfasst eine Eingabeeinrichtung 2 zum Empfangen von Befehlen und Informationen, die durch einen Bediener eingegeben werden, eine Zentralverarbeitungsvorrichtung 3 zur Ausführung einer Abtastverarbeitung und Bildrekonstruktionsverarbeitung. Eine Steuerschnittstelle 4 zur Kommunikation von Steuersignalen, usw. mit der Tischvorrichtung bzw. dem Abbildungstisch 8 und dem Fasslager 9, einen Datensammelpuffer 5 zum Sammeln von vom Abtastfasslager 9 erfassten Daten, eine Kathodenstrahlröhre CRT 6 zur Anzeige eines aus den Daten rekonstruierten Bildes und eine Speichereinrichtung 7 zur Speicherung von Programmen, Daten und Bildern.
Die Tischvorrichtung 8 umfasst eine Bahre 8c zum Ablegen eines Subjekts und eine Bewegungssteuereinrichtung 8a zur Bewegung der Bahre 8c in einer z- und y-Achsen-Richtung.
Die y-Achse stellt die vertikale Richtung dar, und die z-Achse stellt die Längsrichtung der Bahre 8c dar. Des weiteren ist eine Achse orthogonal zu der y- und z-Achse als x-Achse definiert. Die Körperachse des Subjekts erstreckt sich entlang der z-Achsen-Richtung.
Das Abtastfasslager 9 umfasst eine Röntgensteuereinrichtung 10, eine Röntgenröhre 11, einen Kollimator 12, eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13 mit mehr als einer Erfassungsreihe, einen Datensammelabschnitt 14, eine Rotationssteuereinrichtung 15 zur Rotation der Röntgenröhre 11 und der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13, usw. um einen Rotationsmittelpunkt IC.
Die Fig. 2 und 3 sind Beispieldarstellungen eines Bildrekonstruktionsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht aus der z-Achsen-Richtung. Die Röntgenröhre 11 und die Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13 drehen sich um den Rotationsmittelpunkt IC zur Sammlung von Daten aus verschiedenen Ansichtwinkeln.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht aus einer Richtung orthogonal zur z- Achse und der Mittelachse Bc des Röntgenstrahls. Die Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13 weist eine erste bis J- te (J ≥ 2) Erfassungsreihe in der z-Achsen-Richtung auf.
Die Abtastebene ist bezüglich der Rotationsebene gekippt. Eine zentrale Abtastebene, die die Mittelachse Bc des Röntgenstrahls enthält und sich in der Kanalrichtung erstreckt, wird als Abtastmittelebene bezeichnet. Die Abtastmittelebene stimmt mit der Rotationsebene überein und liegt in der x-y-Ebene.
Eine Bilderzeugung wird im Wesentlichen wie folgt ausgeführt:

1. Die Bildelementwerte für alle Bildelementpunkte g(x, y) in einer Bildrekonstruktionsebene werden zu Null initialisiert.
2. Ein Kanal i wird bestimmt, der einen durch einen Bildelementpunkt g(x, y) in der Bildrekonstruktionsebene P bei einem Ansichtwinkel β fallenden Röntgenstrahl erfasst, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
3. Eine j-te Erfassungsreihe wird bestimmt, die den durch den Bildelementpunkt g(x, y) in der Bildrekonstruktionsebene P fallenden Röntgenstrahl erfasst, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
4. Ein Gewicht W wird für Daten des Kanals i in der j-ten Erfassungsreihe berechnet.
5. Die Daten des Kanals i in der j-ten Erfassungsreihe werden mit dem Gewicht W multipliziert, und die gewichteten Daten werden zu dem Bildelementwert des Bildelementpunkts g(x, y) addiert.
6. (1) bis (4) werden für jeden Ansichtwinkel β innerhalb eines erforderlichen Winkelbereichs (beispielsweise 360°) zum Erhalten des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g(x, y) wiederholt, und
7. (0) bis (5) werden für jeden Bildelementpunkt g(x, y) in der Bildrekonstruktionsebene P wiederholt.

In (1) kann der Kanal i eindeutig bestimmt werden, wenn ein Winkel γ, den der durch den Bildelementpunkt g(x, y) fallende Röntgenstrahl mit der Mittelachse Bc des Röntgenstrahls einnimmt, bekannt ist, wie es aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Der Winkel γ kann durch folgende Gleichung berechnet werden:

mit

s = x.cosβ-y.sinβ

und

t' = x.sinβ-y.cosβ

wobei x, y, β, s und t' in einer durch Pfeile in Fig. 2 angezeigten Richtung positiv sind, die Entfernung von der Röntgenröhre 11 zum Rotationsmittelpunkt IC durch D dargestellt ist, s die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt bezeichnet und t' die Länge der Projektion der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls auf die Abtastmittelebene bezeichnet.
In (2) kann die j-te Erfassungsreihe eindeutig bestimmt werden, wenn ein Winkel α, den der durch den Bildelementpunkt g(x, y) fallende Röntgenstrahl mit der Mittelachse Bc des Röntgenstrahls einnimmt, bekannt ist, wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Der Winkel α kann durch folgende Gleichung berechnet werden:

wobei s und Δz in einer durch Pfeile in Fig. 3 angezeigten Richtung positiv sind, und Δz die Entfernung von der Abtastmittelebene zu der Bildrekonstruktionsebene in der z-Achsen-Richtung bezeichnet.
Nunmehr kann j folgendermaßen bestimmt werden:

oder

mit

H = fdd.tanα

wobei die Entfernung von der Röntgenröhre 11 zu der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13 mit fdd bezeichnet ist, die Länge einer Erfassungsreihe in der z-Achsen-Richtung durch Δd dargestellt ist, und rup{ } eine Funktion zum Aufrunden auf eine ganze Zahl und rdwn{ } eine Funktion zum Abrunden auf eine ganze Zahl bezeichnet.

wird verwendet, wenn J ungerade, und wenn J gerade und H positiv ist,
und

wird verwendet, wenn J gerade und H negativ ist.
Bei einer Wendelabtastung wird die Position der Abtastmittelebene entsprechend dem Ansichtwinkel bewegt, während die Position der Bildrekonstruktionsebene P nicht geändert wird. Daher sollte Δz mit dem Ansichtwinkel verändert werden.
Gemäß dem Röntgen-CT-Gerät 100 des ersten Ausführungsbeispiels werden eine j-te Erfassungsreihe und ein Kanal i, in die ein durch einen Bildelementpunkt g fallender Röntgenstrahl tatsächlich eintritt, bestimmt, und die Daten der j-ten Erfassungsreihe und des Kanals i werden zur Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g verwendet. Somit ist es möglich, Artefakte zu reduzieren, die durch eine bezüglich einer Rotationsebene gekippte Abtastebene verursacht werden, wenn die Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13 verwendet wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel werden nicht nur Daten der j-ten Erfassungsreihe, sondern auch Daten einer nächsten Erfassungsreihe verwendet, und ein Bild wird aus Daten rekonstruiert, die durch die Durchführung einer linearen Interpolationsoperation bei diesen Daten erhalten werden.
Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wird eine j-te Erfassungsreihe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgewählt.
Wird die j-te Erfassungsreihe durch

ausgewählt und ist

wird eine (j-1)-te Erfassungsreihe ausgewählt. Mit der Darstellung von Daten der j-ten Erfassungsreihe und des Kanals i durch d(j, i) und von Daten der (j-1)-ten Erfassungsreihe und des Kanals i durch d(j-1, i) werden durch eine lineare Interpolationsoperation erhaltene Daten d

d = a.d(j-1, i) + b.d(j, i),

mit

und

b = 1-a,

mit einem Gewicht W multipliziert, und die gewichteten Daten werden zu dem Bildelementwert des Bildelementpunkts g addiert. Wird des weiteren die j-te Erfassungsreihe durch

ausgewählt und ist

wird eine (j+1)-te Erfassungsreihe ausgewählt. Mit der Darstellung von Daten der j-ten Erfassungsreihe und des Kanals i durch d(j, i) und von Daten der (j+1)-ten Erfassungsreihe und des Kanals i durch d(j+1, i) werden durch eine lineare Interpolationsoperation erhaltene Daten d

d = a.d(j + 1, i) + b.d(j, i),

mit

b = 1-a,

mit einem Gewicht W multipliziert, und die gewichteten Daten werden zu dem Bildelementwert des Bildelementpunkts g addiert.
Wird die j-te Erfassungsreihe andererseits durch

ausgewählt und ist

wird eine (j-1)-te Erfassungsreihe ausgewählt. Mit der Darstellung von Daten der j-ten Erfassungsreihe und des Kanals i durch d(j, i) und von Daten der (j-1)-ten Erfassungseinrichtung und des Kanals i durch d(j-1, i) werden durch eine lineare Interpolationsoperation erhaltene Daten d

d = a.d(j-1, i) + b.d(j, i),

mit

und

b = 1-a,

mit einem Gewicht W multipliziert, und die gewichteten Daten werden zu dem Bildelementwert des Bildelementpunkts g addiert.
Wird ferner die j-te Erfassungsreihe durch

ausgewählt und ist

wird eine (j+1)-te Erfassungsreihe ausgewählt. Mit der Darstellung von Daten der j-ten Erfassungsreihe und des Kanals i durch d(j, i) und von Daten der (j+1)-ten Erfassungseinrichtung und des Kanals i durch d(j+1, i) werden durch eine lineare Interpolationsoperation erhaltene Daten d

d = a.d(j + 1, i) + b.d(j, i),

mit

b = 1-a,

mit einem Gewicht W multipliziert, und die gewichteten Daten werden zu dem Bildelementwert des Bildelementpunkts g addiert.
Gemäß dem Röntgen-CT-Gerät des zweiten Ausführungsbeispiels können Artefakte stärker als bei dem ersten Ausführungsbeispiel verringert werden.
Vorzugsweise wird die lineare Interpolation auch in der Kanalrichtung durchgeführt, das heißt, bei Daten eines Kanals i und Daten eines Kanals (i-1) oder (i+1).

Drittes Ausführungsbeispiel

Anstelle der linearen Interpolationsoperation kann eine zweidimensionale Hanning-Interpolation in einer Erfassungsreihenrichtung und einer Kanalrichtung durchgeführt werden. Alternativ dazu kann eine kubische Interpolation oder Lagrange-Interpolation durchgeführt werden. Obwohl die Operationsverarbeitung bei derartigen Interpolationen kompliziert ist, kann ein Bild guter Qualität verglichen mit dem linearen Interpolationsvorgang erhalten werden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird j bei j > J auf j = J gesetzt, um eine J-te Erfassungsreihe auszuwählen.
Ist j < 1, dann wird j auf j = 1 gesetzt, um eine erste Erfassungsreihe auszuwählen.
Gemäß dem Bildrekonstruktionsverfahren des vierten Ausführungsbeispiels können die möglichen geeignetsten Daten verwendet werden, selbst wenn ein Röntgenstrahl, der durch einen Bildelementpunkt g fällt, außerhalb eines ersten oder zweiten Endes der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung 13 liegt.
Es können viele verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung gebildet werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern der Schutzbereich durch die beigefügten Patentansprüchen definiert ist.
Zum Zweck der Verringerung von Artefakten, die durch eine bezüglich einer Rotationsebene gekippte Abtastebene verursacht werden, wenn eine Mehrfachreihenerfassungseinrichtung verwendet wird, wird eine j-te Erfassungsreihe, in die ein durch einen Bildelementpunkt g(x, y) fallender Röntgenstrahl eintritt" beruhend auf der Entfernung Δz von einer Abtastmittelebene zu einer Bildrekonstruktionsebene in einer z-Achsen-Richtung und der Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene ausgewählt, und Daten der j-ten Erfassungsreihe werden zur Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g verwendet, wobei die Abtastmittelebene an einem bestimmten Ansichtwinkel als x-y-Ebene definiert ist, und eine Richtung normal zu der x-y-Ebene, das heißt, eine Erfassungsreihenrichtung, als z-Achsen-Richtung definiert ist.

Claims

1. Bildrekonstruktionsverfahren zur Rekonstruktion eines Bildes einer bestimmten Bildrekonstruktionsebene beruhend auf bei verschiedenen Ansichtwinkeln während der Rotation einer Röntgenröhre und/oder einer Mehrfachreihenerfassungseinrichtung mit 1-J (J ≥ 2) Erfassungsreihen um einen Rotationsmittelpunkt gesammelten Daten, mit den Schritten:
Auswählen einer Erfassungsreihe, in die ein durch einen Bildelementpunkt g(x, y) fallender Röntgenstrahl eintritt, beruhend auf einer Entfernung Δz von einer Abtastmittelebene zu einer Bildrekonstruktionsebene in einer z-Achsen-Richtung und einer Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene und
Verwenden von Daten der Erfassungsreihe zur Bestimmung eines Bildelementwerts des Bildelementpunkts g, wobei die Abtastmittelebene an einem bestimmten Ansichtwinkel als x-y-Ebene definiert ist, und eine Richtung normal zu der x-y-Ebene, das heißt, eine Erfassungsreihenrichtung, als z-Achsen-Richtung definiert ist.

2. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt der Auswahl einer j-ten Erfassungsreihe durch:

oder

mit

und
H = fdd.tanα,
wobei die Entfernung von der Röntgenröhre zu dem Rotationsmittelpunkt durch D, die Entfernung von der Röntgenröhre zu der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung durch fdd, die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zu einer Mittelachse Bc eines Röntgenstrahls zu dem Rotationsmittelpunkt durch s und die Länge einer Erfassungsreihe in der z-Achsen-Richtung durch Δd dargestellt wird, und rup{ } eine Funktion zum Aufrunden auf eine ganze Zahl und rdwn{ } eine Funktion zum Abrunden auf eine ganze Zahl bezeichnet.

3. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 2, mit den weiteren Schritten
Auswählen der j-ten Erfassungsreihe und einer nächsten Erfassungsreihe und
Verwenden von durch die Durchführung einer Interpolationsoperation bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen erhaltenen Daten.

4. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 3, mit den Schritten
Auswählen der j-ten Erfassungsreihe und einer (j-1)-ten oder (j+1)-ten Erfassungsreihe und
Verwenden von durch die Durchführung einer linearen Interpolationsoperation bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen erhaltenen Daten.

5. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 2, mit dem Schritt des Setzens von j = J, wenn j > 1 ist, und von j = 1, wenn j < 1 ist.

6. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt der Änderung der Entfernung Δz von der Abtastmittelebene zu der Bildrekonstruktionsebene in der z- Achsen-Richtung gemäß dem Ansichtwinkel bei einer Wendelabtastung.

7. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten
Anlegen eines zu {(D + s)² + t²} invers proportionalen Gewichts bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen für jeden Ansichtwinkel und
Addieren der gewichteten Daten zur Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g, wobei die Entfernung von der Röntgenröhre zum Rotationsmittelpunkt durch D dargestellt wird, die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt durch s dargestellt wird, und die Länge der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls durch t dargestellt wird.

8. Bildrekonstruktionsverfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt der Auswahl eines Kanals, aus dem die Daten zur Verwendung bei der Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g erhalten werden, beruhend auf dem Ansichtwinkel und der Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene.

9. Röntgen-CT-Gerät mit
einer Röntgenröhre,
einer Mehrfachreihenerfassungseinrichtung mit 1 bis J (J ≥ 2) Erfassungsreihen,
einer Datensammeleinrichtung zum Sammeln von Daten bei verschiedenen Ansichtwinkeln während der Drehung der Röntgenröhre und/oder der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung um einen Rotationsmittelpunkt,
einer Erfassungsreihenauswahleinrichtung zur Auswahl einer Erfassungsreihe, in die ein durch einen Bildelementpünkt g(x, y) fallender Röntgenstrahl eintritt, beruhend auf einer Entfernung Δz von einer Abtastmittelebene zu einer bestimmten Bildrekonstruktionsebene in einer z-Achsen-Richtung und einer Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene, wobei die Abtastmittelebene an einem bestimmten Ansichtwinkel als x-y-Ebene definiert ist, und eine Richtung normal zu der x-y-Ebene, das heißt, eine Erfassungsreihenrichtung, als z-Achsen-Richtung definiert ist, und
einer Bilderzeugungseinrichtung zur Rekonstruktion eines Bildes der Bildrekonstruktionsebene durch Addieren von Daten der ausgewählten Erfassungsreihe für jeden Ansichtwinkel zur Bestimmung eines Bildelementwerts des Bildelementpunkts g.

10. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 9, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung eine j-te Erfassungsreihe folgendermaßen auswählt:

oder

mit

und
H = fdd.tanα,
wobei die Entfernung von der Röntgenröhre zum Rotationsmittelpunkt durch D, die Entfernung von der Röntgenröhre zu der Mehrfachreihenerfassungseinrichtung durch fdd, die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zu einer Mittelachse Bc eines Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt durch s und die Länge einer Erfassungsreihe in der z-Achsen-Richtung durch Δd dargestellt wird, und rup{ } eine Funktion zum Aufrunden auf eine ganze Zahl und rdwn{ } eine Funktion zum Abrunden auf eine ganze Zahl bezeichnet.

11. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 10, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung j = J setzt, wenn j > 1 ist, und j = 1 setzt, wenn j < 1 ist.

12. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 10, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung die j-te Erfassungsreihe und eine nächste Erfassungsreihe auswählt, und die Bilderzeugungseinrichtung Daten verwendet, die durch die Durchführung einer Interpolationsoperation bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen erhalten werden.

13. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 12, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung die j-te Erfassungsreihe und eine (j-1)-te oder (j+1)-te Erfassungsreihe auswählt, und die Bilderzeugungseinrichtung Daten verwendet, die durch die Durchführung einer linearen Interpolationsoperation bei Daten der ausgewählten Erfassungsreihen erhalten werden.

14. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 9, wobei die Erfassungsreihenauswahleinrichtung die Entfernung Δz von der Abtastmittelebene zu der Bildrekonstruktionsebene in der z-Achsen-Richtung gemäß dem Ansichtwinkel bei einer Wendelabtastung ändert.

15. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 9, wobei die Bilderzeugungseinrichtung ein zu {(D + s)² + t²} invers proportionales Gewicht bei den Daten der ausgewählten Erfassungsreihen für jeden Ansichtwinkel anlegt und die gewichteten Daten zur Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g addiert, wobei die Entfernung von der Röntgenröhre zum Rotationsmittelpunkt durch D, die Entfernung vom Fuß der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls zum Rotationsmittelpunkt durch s und die Länge der Senkrechten vom Bildelementpunkt g zur Mittelachse Bc des Röntgenstrahls durch t dargestellt ist.

16. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 9, ferner mit einer Kanalauswahleinrichtung zur Auswahl eines Kanals, von dem die Daten zur Verwendung bei der Bestimmung des Bildelementwerts des Bildelementpunkts g erhalten werden, beruhend auf dem Ansichtwinkel und der Position (x, y) des Bildelementpunkts g in der Bildrekonstruktionsebene.