DE2944252A1 - Verfahren und anordnung zum auswerten der durch eine radiologische schichtaufnahme an einem patienten gewonnenen datensignale - Google Patents
Verfahren und anordnung zum auswerten der durch eine radiologische schichtaufnahme an einem patienten gewonnenen datensignaleInfo
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Description
/Ü/./-252
Dlg Erfindung betrifft, eine Verbesserung an medizinischen
radiologischen Geräten und zwar an sogenannten Computertomographen
(CT-Abtaster).
Bei CT-Abtastern, wie sie beispielsweise in der
J0 GH-PS 1 283 f) 15 beschrieben sind, verlaufen Strahlen, beispielsweise
Röntgenstrahlen, in einer Scheibe bzw. Schicht
des zu untersuchenden Patienten. l-:ine Strahlungsquelle
kreist um d^n Patienten und richtet ihre Strahlen mit einer
VlelzahL von verschiedenen Richtungen, die gegeneinander
w i nke 1 vet se t ζ t. verteilt .sind, dur.'h die Schicht. Die Strahlungsintensität,
die ;uι.-; dir Schi.-ht austritt, wird dann
längs einer Vi(1I zahl von schma ! ■ ·ι\ St .i'ah 1 ungswegen qetnessen ,
lii'i der Untersuchung de:; Patienten wird mindestens ein Teil
der Schicht .ils Matrix von !! 1 einen t b<_re ichen aufgefaßt und
für jeden dieser fk:· reiche wird ein·.! Abschätzung der
Dämpfung bzw. Abschwächung der strahlung vorgenommen. Die
schmalen St rah! engänge sind so '/erteilt, ei iß jeder E lernen tbereich
durch eine geeignet grolle Anzahl dieser Strahlen-
2i> gärige geschn i 1.1 en wird. Die ι nt ens i t ät smes<-'.mg , die für jeden
Strahlengang erhalten wird, ist dann kennzeichnend für
die gesamte Absohwächung der Strahlung beim Du ι eh Ir i ngen
samt liehet" i.'Leinen tbere iche , el ie durch diesen Strahlengang
geschnitten werden. Der St ι ah 1 eng uig schneidet in der
;i0 Praxis, nur- oiiion Te r 1 einiger i: 1 ·■:'.! 'Ut bere i ehe , w ι _; zulässig
i.; t .
Die [ Ii t πι.; i L ä >
;; 'es, ;;u:ig· ·η w· ■ r d- ·η laiin dureii e i π
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> ι i t ι ., hen i' 11 en i ί ι r i ; ι i>.: w. A ■ r
Cll-i'S I l/l ι i 1 , .ml di"..·· IV- - i .■ ■ '.: i r 1 'in HiId -τ., "igt,
03 0 0^0/0791
in welchem jeder einzelne Punkt eine Helligkeit besitzt, die der Absorption oder Abschwächung der Strahlung in dem entsprechend
gelagerten Elementbereich entspricht.
Eine Fehlerquelle bei diesem Verfahren ist darin zu sehen, daß die Abschwächung für unterschiedliche Strahlungsenergien
nicht gleich ist. Eine Strahlung mit geringer Energie wird bevorzugt absorbiert und führt zu einer "Verhärtung" der
Strahlung. Für Gewebe mit relativ geringen Absorptionseigenschäften
ist dieser Effekt nicht besonders ausgeprägt. Für wesentlich stärker absorbierendes Material, beispielsweise
Knochen, ist diese Veihärtung jedoch zu berücksichtigen, da sie
zu einer fehlerhaften Intensitätsmessung für andere Elementbereiche des entsprechenden Strahlungsganges führt.
Eine weitere Fehlerquelle resultiert aus der Streuung der Strahlung. Auch dieser Dämpfungsfehler hHngt wie der durch
Absorption von der Dichte des Gewebes ab, durch welches die
Strahlung hindurchgeht.
20
20
Zur Korrektur dieser und ähnlicher Fehler, die von der'Dichte
des Gewebes abhängen, ist es notwendig, die Dichteverteilung des Gewebes etwa zu kennen, die natürlich durch die abschließend
erreichte Darstellung bestimmt ist. Es wurde vorgeschlagen, zunächst eine erste Abschätzung dieser Darstellung
vorzunehmen, die natürlich auch die oben erwähnten Fehler enthält. Dies ergibt eine gewisse, wenn auch noch nicht
vollständig richtige Kenntnis der Dichteverteilung des Gewebes. Die Darstellung wird dann zur Rückrechnung der Gesamt-
™ dämpfungsmessung für die Strahlungsgänge durch den Körper benutzt;
diese sind ähnlich den zuerst erwähnten Messungen durch die Detektoren. Dies wird durch Verfahren erreicht,
nach welchen die Dämpfung längs eines Strahlungsganges aufsummiert wird, wie dies beispielsweise in der britischen
Patentschrift 1 283 915 beschrieben ist. Die zurückgerechneten
Dämpfungsmessungen werden dann weiter ausge -
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~8~ 2 9 A />
2 5
wertet, um so Fehler wie die Verhärtung oder die Streuung zu berücksichtigen und sie dienen dann zur Erzeugung der
richtigen Darstellung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung und Korrektur einer solchen Darstellung aufzuzeigen,
daß außerdem für die verschiedenartigsten Auswertverfahren und Fehlerkorrekturverfahren der oben erwähnten Art
geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Gemäß der Erfindung wird die Auswertung für die erste Abschätzung der Darstellung ein Algorithmus für eine fächerförmige
Verteilung der Strahlengänge benutzt, also ein Algorithmus, der auf die tatsächlich durch das Gerät erzeugten
fächerförmigen Strahlengänge abgestellt ist. Im Gegensatz
zum Stand der Technik wird gemäß der Erfindung jedoch für den zweiten Durchgang ein anderer Algurithmus verwendet,
nämlich ein solcher für parallele Strahlengänge. Der zweite Durchgang kann daher wesentlich schneller durchgeführt werden,
so daß ein erfindungsgemäßes Verfahren insgesamt bei Verbesserung der Darstellung wesentlich schneller zu einem
richtigen Ergebnis führt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichg0
nungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figur 1 zeigt in vereinfachter Form ein übliches CT-Gerät, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar
ist,
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Figur 2 dient zur Erklärung der sogenannten Rückwärts-
Projektion von Daten für parallele Strahlengänge durch den Körper
Figur 3 zeigt das Flußdiagramm für diese Rückwärtsprojektion nach Figur 3t
Figur 4 dient zur Erklärung der Rückv/ärtsprojektion von Daten für winkelig verteilte Strahlengänge im Körper,
Figur 5 zeigt wiederum das zugehörige Flußdiagramm für diese Rückwärtsprojektion nach Figur 4;
Figur 6 zeigt das Flußdiagramm für das Verfahren gemäß
der Erfindung und zwar umfaßt es die Verfahren nach den Figuren 2 und 3 sowie 4 und 5,
Figur 7 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel für eine Schaltung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Ver
fahrens .
35
Figur 1 zeigt schematisch einen Typ von CT-Gerät, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Die
der Abschwächung der Strahlung im Körper 1 entsprechenden Daten werden durch das schematisch angedeutete Abtastgerät
erzeugt. Der Abtastteil ist auf einem drehbaren Teil 2 befestigt und umfaßt eine Strahlungsquelle 3, die eine fächerförmig
verteilte Strahlung 4 durch den Körper 1 sendet. Die Strahlung wird durch Detektoren 5 aufgenommen.
Das dargestellte Beispiel entspricht dem Gerät nach der US-Patentschrift 4 035 647, bei welchem die Strahlungsquelle
und die Detektoren um den Körper herum kreisen. Während des Kreisens werden die Ausgänge der Detektoren wiederholt gesammelt.
Jede Sammlung bzw. Zusammenfassung ergibt an den Detektoren Ausgangssignale, die der Strahlung entsprechen,
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die von entsprechenden Strahlungsgängen eines Satzes von winkelig verteilten Strahlungsgängen in der Fächerverteilung
entsprechen. Die verschiedenen Zusammenfassungen ergeben dann Daten für eine Vielzahl solcher Sätze von Strahlungsgängen
und zwar jeweils für einen anderen mittleren Winkel in der abzutastenden Schicht. Die Erfindung kann natürlich auch bei
anderen Arten von Geräten angewendet werden, beispielsweise bei solchen, bei denen eine Vielzahl von Detektoren nicht
rotiert sondern die Strahlungsquelle über diese hinwegbewegt wird.
Die Daten werden dann durch eine Schaltung 6 verarbeitet, in welcher sie in digitale und logarithmische Form umgewandelt
werden und noch anderen geeigneten Behandlungen unterworfen werden. Diese Datensignale entsprechen dann den Messungen der
Abschwächung der Strahlung längs der entsprechenden Strahlungs gänge. Die Datensignale werden dann in einer Schaltung 7 weiter
verarbeitet und die gewünschte Rekonstruktion der Verteilung der Abschwächung in der untersuchten Schicht erzeugt.
Sie entsprechen Dämpfungswerten von Elementen der Matrix, die oben erwähnt wurde, und jedes Datensignal wird dann in einem
Speicher abgespeichert und zwar an einer Stelle, die dem entsprechenden Element entspricht. Sie werden dann in der
Schaltung 8 für eine Darstellung auf einem Schirmbild weiter verarbeitet und zwar in einer für eine in gewisse Anzeigeeinrichtung
9 geeigneten Form. Die Erfindung bezieht sich jedoch nur auf eine neuartige Form der Auswertung und Aufbereitung
eines Teiles in der Schaltung 7 und die anschließende Aufbereitung für die Darstellung wird deshalb nicht weiter beschrieben.
Die Schaltung 7 benötigt Informationen, die für das Fortschreiten der Abtastung kennzeichnend sind, so daß jedes
Datensignal auch richtig mit einem bestimmten Strahlengang identifiziert wird. Aus diesem Grunde umfaßt das Gerät noch
einen Raster-Zeitdetektor 10. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht dieser Detektor aus undurchsichtigen Marken,
die auf einem durchsichtigen Substrat angebracht sind, das mit
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Γ - 11 -
einer Photozelle zusammenwirkt und durch welche die durch die Marken erzeugten Unterbrechungen eines von einer Lichtquelle
ausgehenden Lichtstrahles feststellt, so daß Impulse erzeugt werden, die für die Drehung der Quelle 3 kennzeichnend sind.
c Der Rasterdetektor kann natürlich auch mit Reflektion arbeiten
oder es kann auch jeder andere Bewegungsdetektor verwendet werden, beispielsweise mit Magnetköpfen oder mit einem getrenn
ten Getriebe-Dekodierer.
Wie erwähnt, kann die Auswertung nach der sogenannten Umlaufmethode
durchgeführt werden, wie sie in der britischen Patentschrift 1 471 531 beschrieben ist. Nach dieser Methode
werden die Ausgangssignale der Detektoren in Sätzen zusammengefaßt, die den Sätzen der Strahlungsgänge durch den Körper
entsprechen. Das Ausgangssignal jedes Strahlungsganges wird dann durch die Kombination von anderen Ausgangssignalen in
dem gleichen Satz modifiziert und zwar in einer hier näher erklärten Weise.
Die gewünschte Darstellung wird dadurch erzielt, daß an einem Speicherpunkt für jedes Matrixelement die modifizierten Signale
für alle Strahlengänge hinzuaddiert wird, die durch das Element hindurchtreten. Das Korrekturverfahren ermöglicht
dies. Dieses Hinzuaddieren wird dadurch erreicht, daß für jeden Strahlengang sein modifiziertes Signal allen Elementen
längs des entsprechenden Strahlenganges hinzuaddiert wird. Natürlich schneiden nicht alle Strahlengänge sämtliche Elemente
vollständig und die Signale werden deshalb gewichtet, um das Verhältnis der Durchtrittslänge zu berücksichtigen.
Diese Interpolation kann auch dadurch erreicht werden, daß Interpolationssignale für Strahlengänge erzeugt werden, die
ein bestimmtes Element deutlich schneiden.
Das Verfahren des Hinzuaddierens der Signale an Stellen für die Matrixelemente wird "Rückwärtsprojektion" bezeichnet
und ist weit verbreitet und beispielsweise in der britischen
L 030020/0791
Γ 1? -
2 9 A /: 2 5 2
Patentschrift 1 283 915 beschrieben. Das zuerst angewendete
Verfahren der Rückwärtsprojektion erzeugt eine Darstellung, die, wie eingangs beschrieben wurde, falsch sein kann und zwar
beispielsweise aufgrund von Verhärtungsfehlern, Streuungsfehlern oder dergleichen. Eine Korrektur kann durch einen sogenannten
"zweiten Durchlauf" durchgeführt werden. Die Datensignale für die Strahlungswege durch die Matrix werden durch die
Umkehr der Rückwärtsprojektion wiedergewonnen, dieses Verfahren wird auch "Vorwärtsprojektion" bezeichnet. Hierzu ist nur
^O eine Aufsummierung der Absorptionswerte für jeden Strahlengang
und für alle Elemente längs dieses Strahlenganges nötig und dieses Verfahren ist ebenfalls in der britischen Patentschrift
1 283 915 beschrieben. Sie werden dann korrigiert, um die Fehler zu berücksichtigen, und die korrigierten Signale werden
dann erneut einer Rückwärtsprojektion unterworfen, um so eine korrigierte Darstellung zu erhalten. Das Verfahren der Vorwärtsprojektion,
Korrektur und Rückwärtsprojektion kann wiederholt werden, um so eine noch genauere Darstellung zu erhalten,
falls dies gewünscht wird.
Die Korrekturen durch die Vorwärtsprojektion können auch dadurch ausgeführt werden, daß nur die Dämpfungswerte oberhalb
einer bestimmten Schwelle berücksichtigt werden, aus denen Korrekturen berechnet werden, die dann bei der Rückwärtsprojektion
der zuerst gewonnenen Darstellung hinzuaddiert werden. Die erste Darstellung dient also im wesentlichen nur
zur Darstellung derjenigen Bereiche des Körpers, durch welche die größten Fehler ezeugt werden. Ein Beispiel für ein solches
Korrekturverfahren ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 27 30 324.8 beschrieben. Die Art der
Korrektur, die angewendet wird, ist jedoch nicht Teil dieser Erfindung und es kann hierfür jede geeignete Art verwendet
werden. Die Erfindung betrifft vielmehr eine Verbesserung der Reihenfolge von Rückwärtsprojektion, Vorwärtsprojektion und
35 erneuerter Rückwärtsprojektion.
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■ 13 ' X ■ * Λ Λ V b 2
Eine Art von CT-Geräten, wie es mit Erfolg in der Medizin verwendet
wird, erzeugt Datensignale für einen Satz von Strahlengängen, bei dem alle Strahlengänge des Satzes parallel zueinander
verlaufen. Nach der Modifizierung und Interpolation c werden die Signa Le längs der parallelen Strahlengänge in die
Matrix rückwärts projiziert. Für den zweiten Durchgang werden sie ebenfalls längs der parallelen Strahlengänge vorwärts
projiziert, korrigiert und erneut längs der parallelen Strahlengänge rückwärts projiziert. Das Verfahren ist einfach,
da ein Adressonwäh1 er die Signale weiterleitet und unmittelbar
von einem Element zum anderen und von einem Strahlengang zum anderen springt; dies wird durch den gleichmäßigen Abstand
der parallelen Strahlengänge erleichtert.
Figur 2 zei jt da;; ;l-.r Rückwärtsprojektion der Sätze von Daten
folgende Verfahren für parallele Strahlengänge. Dienes Verfahren wird ofu.'.als an jtu-.'fMvltit und ist bestens eingeführt, obwohl
es nicht not .vend i;e rv>
ise in dar nachfolgend beschriebenen Art
durchgeführt wird, l'ijiit 2 20 igt einen Teil einer kartesischen
Matrix von EKiinoiitbert: h hon des zu untersuchenden Körpers 1.
Jedes Element wird a Lr, restes Element mit rechteckigen Seiten
aufgefaßt und ist best, imrnt durch seinen Mittelpunkt 12.
Jeder Punkt 12 entspricht einer Speicherstelle in einem Datenspeicher,
in welchem die Darstellung zusammengesetzt werden soll, und die Daten wei.U>t' in dem Datenspeicher so organisiert,
daß hierdurch da.. i,e. -hriebene Verfahren simuliert
wird.
Die Matrixeletaente besit ή einen Abstand m und sie werden
durch die Strahlen von ^ ■ ι ah i .ongiingen geschnitten, die
parallel und senkrocht .■ u ir Linie 13 verlaufen. Obwohl die
Strahlengänge endliche Mr.Mt·· besitzen, werden ihre entsprechenden
Werte so i.eLia.i.t t ti:·, würden sie ihren Mittellinien
entsprechen, welch.; jeweil·; die Linie 13 an den Punkten 14
schneiden. In der Praxis bedeutet dies, daß nicht genügend
030 0 20/0791 J
- 14 - 29U?52
j Strahlengänge durch alle Matrixelemente 12 hindurchgehen und
die Datenwerte für die einzelnen Strahlengänge werden deshalb interpoliert, um so eine erhöhte Anzahl von Datenwerten zu
schaffen, die für Strahlengänge gemessen werden könnten, deren Mittellinien die Linie 13 an den Punkten 15 schneidet. Wie
erwähnt, durchdringt eine Vielzahl solcher Strahlengangsätze den Körper 1 in einer Vielzahl von unterschiedlichen Richtungen.
Das Dargestellte nimmt an, daß sie gegenüber den Reihen
von Matrixelementen um einen mittleren Winkel 0 geneigt sind.
Die Rückwärtsprojektion setzt voraus, daß für jede Speichersteile
die modifizierten Dämpfungswerte aufsummiert werden,
und zwar für die tatsächlichen Werte oder für die interpo-
)5 1 irrten Werte, und zwar für alle Strahlungswege, für jeden
Satz einen,deren Mittellinie durch das entsprechende Matrixele;;iont
verläuft. Die Datensignale können in beliebiger Reihenfolge den Matrixelementen zugeordnet werden. Es ist jedoch
wünschenswert, eine solche Reihenfolge zu verwenden, die
eine vorteilhafte Datenorgiinisation ermöglicht. Es ist deshalb
üblich, einmal in eine genau bestimmte Gruppe von Speichersteilen
rückwärts zu projizieren, die typischerweise eine Reihe Spalte oder Diagonale der Matrix der Elemente ist.
Jedes Element dor obersten Reihe nach Figur 2 empfängt beispio
1 5;we ise von dem Satz von dargestellten Datensätzen einen
Wert für einen Strahlengang, der durch die Linie 16 dargestel.lt.
ist (der erste· Punkt liegt auf der Linie 13).
Dies wird dadurch erreicht, daß die interpolierten DatenjO
signale in dem Speicher gehalten werden und durch die gespeicherten
Werte des Sat/'.-s von einem willkürlichen Anfangspunkt
aus gezählt wird, wobei gleichzeitig längs der Matrixelemente
von einer Stelle zur anderen gezählt wird. Wenn der Zählvorgang
beispielsweise von dem Nullpunkt O bei der ersten Stelle 12 begonnen wird, so werden die Matrixadressen durch
die Schaltung in gleichen Schritten von m-Einheiten gezählt
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29U252
j und das gleiche wird für jede Matrixreihe oder Matrixspalte
durchgeführt. Zur Beibehaltung der Schritte müssen die Speicheradressen der interpolierten Werte um gleiche Schritte
16 von m · cos 0 fortschreiten. Cos 0 ändert sich, wenn ein neuer Satz von Strahlengängen ausgewählt wird, ist jedoch
für das Zählen längs eines Satzes konstant. Bei jedem Schritt wird der zugehörige Datenwert von der laufenden
Adresse in einem Speicher zu der laufenden Adresse im anderen überführt.
Figur 3 zeigt das Flußdiagramm und die Reihenfolge der oben beschriebenen Schritte für die Rückwärtsprojektion von Daten
für eine Anzahl von Sätzen von parallelen Strahlengängen bei unterschiedlichen Winkeln 0 auf eine Reihe von Matrixelementen.
Dieses Diagramm spricht für sich selbst unter Berücksichtigung obiger Erklärungen und wird nicht näher beschrieben.
Das Verfahren zur Vorwärtsprojektion von parallelen Daten kann in umgekehrter Folge wie beschrieben, durchgeführt
werden. Alternativ können die Daten auch für die einzelnen Strahlengänge aufsummiert werden.
Bei anderen Arten von CT-Geräten werden die ursprünglichen Daten als Sätze von Signalen erzeugt, die Sätzen von Strahlengängen
entsprechen, bei denen die Strahlengänge jedes Satzes fächerförmig um einen Focus verteilt sind. Der Focus kann
beispielsweise die Strahlungsquelle sein, die fächerartig abstrahlt, oder es kann sich hierbei um einen imaginären
Focus handeln, der durch die besondere Art der Abtastmethode bestimmt ist. Ein Verfahren, das zur Auswertung dieser
fächerförmig verteilten Sätze von Signalen geeignet ist, besteht darin, diese Daten als Satz von parallelen Strahlengängen
aufzufassen wovon man ausgehen kann, wenn geeignete Schritte bei der Abtastung getroffen werden. In diesem Fall
wird die Rückwärtsprojektion und der zweite Durchlauf beide Male für parallele Strahlengänge durchgeführt und zwar genauso
wie oben beschrieben. Diese Maßnahme ist jedoch nach-
030020/0791
teilig. Ein Nachteil besteht darin, daß die Reorganisation in parallele Sätze zusätzliche Rechenvorgänge benötigt und
damit die insgesamt nötige Auswertzeit erhöht.
Ein anderes anwendbares Verfahren zur Auswertung der Daten besteht darin, eine Verbesserung der erwähnten Umlaufmethode
anzuwenden, die für Sätze von Daten für fächerförmig verteilte Strahlungsgänge geeignet ist. Eine entsprechende
Abwandlung ist in der US-Patentschrift 4 088 887 beschrieben
IQ und die Theorie einer solchen Abwandlung ist außerdem in
"Reconstruction using divergent-ray shadowgraphs" aus "Reconstru c tion tomography in diagnostic radiology and
nuclear medicine" ed. Ter-Pogossian u.a., Seiten 105 bis 117, 1977, Universität Park Press, Baltimore, von Hermann,
Lakshminarayanan and Narparstek und anderen beschrieben worden.
Wenn ein solches alternatives Verfahren angewendet wird, wird die Rückwärtsprojektion ebenfalls längs der fächerverteilten
Strahlengänge durchgeführt. Dies ist relativ unproblematisch, da die Stellungen der Strahlungsgänge und der Elemente der
Matrix vorher bekannt sind. Ein Adressenwähler kann so schrittweise von einem Matrixelement zum anderen längs der
Strahlungsgänge und zwischen den Strahlungsgängen bewegt werden.
Figur 4 zeigt einen Teil der gleichen Matrixelemente 12 wie Figur 2, die durch fächerförmig verteilte Strahlungsgänge
geschnitten werden. Es wird angenommen, daß die Strahlungsgänge zwischen den Linien 17 sich über einen Winkel von einem
Focus 18, bei dem es sich um die Strahlungsquelle handeln kann, aus erstrecken. Die modifizierten Daten für abgestrahlte
Strahlungsgänge sind interpoliert und die damit erhöhte Anzahl von Strahlungsgängen, für welche Daten zur Verfügung
stehen, ist durch die Punkte 15 dargestellt, an denen diese einen Bogen um den Mittelpunkt 18 schneiden. Wie bei den
030020/0791
Γ - «7 - Π
2 9 4 Λ 2 5
. parallelen Strahlungsgängen werden auch hier wieder die Daten
für diese interpolierten Strahlungsgänge gespeichert und es ist wünschenswert, diese den Stellen für die Elemente des
Matrixspeichers zu übertragen, so daß jedes Element die Datenwerte für denjenigen Strahlengang aufnimmt, der demjenigen
Strahlengang am nächsten kommt, der durch den Mittelpunkt hindurchgeht.
Das Verfahren für diese Rückwärtsprojektion ist im wesentliin
chen das gleiche wie im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben, für gleiche Adressenschritte längs der Matrixreihen müssen
jedoch die interpolierten Speicheradressen um unterschiedliche Schritte in Abhängigkeit vom Winkel 0 weiter bewegt
werden, nämlich dem Neigungswinkel eines einzelnen Strahlungsganges in Bezug auf die Matrixspalten. Vom Ursprung 0 ausgehend
erfordert jeder aufeinanderfolgende Schritt längs der Matrixreihe einen größeren Schritt längs des Strahlenganges
15. Wenn die Adressen im Speicher für die interpolierten Daten durch die Vierte von 0 dargestellt werden, wie dies üblieh
ist, dann ist für ein bestimmtes Matrixelement χ +nm von 0 der richtige interpolierte Datenwert, der ausgewählt
und der entsprechenden Matrixspeicherstelle zugeführt wird, bestimmt durch
(x + nm)
0 = arctan— von 0.
Y
Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein zusätzlicher als Abfragetabelle dienender Speicher vorgesehen wird, dieser
Arcustangens-Speicher muß jedoch für jeden Schritt zugänglich sein.
30
30
Ein Flußdiagramm ähnlich nach Figur 3 jedoch für die Rückwärtsprojektion
von fächerförmig verteilten Strahlen zeigt Figur 5. Die Vorwärtsprojektion ist ähnlich. Es ist ersichtlich,
daß das Verfahren länger ist als das nach Figur 3, mindestens wegen der nötigen Berechnung von ((x +nm)/Y), und
wegen der Notwendigkeit der Bestimmung des Arcustangens davon
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r - ie -
aus dem Abfragespeicher, was in der inneren der drei Schleifen
erfolgen muß, wo es für jeden neuen Matrixpunkt ausgeführt werden muß. Im Gegensatz hierzu wird im Falle des
parallelen Satzes nach Figur 2, bei dem zwar auch die Bestimmung von cos 0 aus dem Abfragespeicher vorgesehen ist, diese
Bestimmung in der äußeren Schleife durchgeführt und muß daher nur einmal für jeden Satz von Strahlengängen ausgeführt
werden.
Wegen der ungleichförmigen Art dieser divergierenden Strahlungsgänge
wird die Rückwärtsprojektion notwendigerweise wesentlich langer als für die parallelen Strahlengänge. Es
ist trotzdem weiterhin von Vorteil, diese Zunahme in der Rückwärtsprojektionszeit in Kauf zu nehmen, wegen der Vorteile
der Auswertung der Daten für fächerförmig verteilte Strahlengänge.
Üblicherweise wird bei diesem System zunächst die Rückwärtsprojektion,
dann die Vorwärtsprojektion (zwecks Korrektur) und dann wieder die Rückwärtsprojektion angewendet und zwar
jeweils längs der fächerförmig verteilten Strahlengänge.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß nicht notwendigerweise
die Rückwärtsprojektion und der zweite Durchgang bei denselben Strahlengängen durchgeführt werden muß. Die erste
Rückwärtsprojektion der modifizierten Daten muß bei fächerförmig verteilten Strahlengängen durchgeführt werden, bei
denen sie ursprünglich gemessen werden (einschließlich der interpolierten dazwischenliegenden Strahlengänge), wenn die
Daten nicht neu gewonnen werden sollen. Der zweite Durchgang braucht jedoch nicht mit den Strahlungsgängen, mit denen bestrahlt
wurde, durchgeführt werden, es ist nur nötig, daß die gleichen Strahlungsgänge sowohl für die Vorwärts-als auch für
die anschließende Rückwärtsprojektion benutzt werden. Für den zweiten Durchlauf können beliebige Strahlengänge benutzt
werden, die eine im wesentlichen gleichförmige Ver-
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Γ -ir
29Α4252
teilung über die Matrix besitzen. Es wird vorgeschlagen, daß der zweite Durchgang mit einem Satz von parallelen Strahlengängen
durchgeführt wird, die im wesentlichen gleichförmige Verteilung besitzen, so daß die relativ kürzere Zeit, in weleher
die Vorwärts- und Rückwärtsprojektion mit parallelen Strahlengängen durchgeführt werden kann, die gesamte Auswertzeit
wesentlich verkürzt. Das Auswerten kann ferner dadurch beschleunigt werden, daß weniger Sätze von Strahlengängen
oder weniger Strahlengänge in jedem Satz oder beides zusammen für den zweiten Umlauf benutzt werden, da diese ja nur für
die Korrektur einer schon bestimmten Darstellung benutzt werden, wofür Daten von reduzierter räumlicher Häufigkeit benutzt
werden können.
Figur 6 zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Daten, die bei 19 in den Speicher eingegeben werden, werden bei 20 modifiziert und zwar nach einem Verfahren,
wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 3 924 beschrieben ist, jedoch weiterhin modifiziert, wie dies oben
^O für die Aufbereitung von Daten für Strahlengänge bei einer
fächerförmigen Verteilung erklärt wurde. Die Modifikationen
können bei Bedarf jede beliebige Form annehmen. Die Daten werden dann bei 21 interpoliert, um so Daten für eine vergrößerte
Anzahl von Strahlengängen zu gewinnen, so daß ein Strahlengang jeweils ausreichend nahe an jedem Matrixelement
zu liegen kommt. Eine bestimmte bevorzugte und geeignete Art der Interpolation ist in der US-PS 4 002 910 beschrieben.
Die erste Rückwärtsprojektion bei 22 erfolgt für eine Fächer-3^
verteilung der Strahlungsgänge, wie dies im Zusammenhang mit
den Figuren 4 und 5 beschrieben ist, oder in einer anderen Art und Weise.
Die Vorwärtsprojektion bei 23 und die zweite Rückwärtsprojektion bei 24 werden gemäß der Erfindung mit parallelen
Strahlungsgängen durchgeführt. Dies kann beispielsweise so ge-
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schehen, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 beschrieben
ist. Es sei jedoch daran erinnert, daß die Vorwärts- und Rückwärtsprojektion von Daten für parallele Strahlengänge
ein inzwischen weit verbreitetes Verfahren ist, wie es beispielsweise in der US-PS 3 778 614 beschrieben ist, und wie es
mit den verschiedenartigsten Variationen bekannt ist.
Die Verbesserung nach der Erfindung hängt nicht von der Art
des jeweils verwendeten Verfahrens ab, weder für die Fächerverteilung noch für die Parallelverteilung. Die Erfindung
resultiert aus der Tatsache, daß es für die Vorwärts- und zweite Rückwärtsprojektion nicht notwendig ist, bei den Strahlengängen
zu bleiben, wie sie tatsächlich abgestrahlt werden, oder wie sie für die erste Rückwärtsprojektion benutzt werden,
daß also hierfür nicht die gleiche Auswertung benutzt werden muß, wie für die erste Rückwärtsprojektion und daß trotz der
Notwendigkeit, zusätzliche Hardware bzw.Extraalgorithmen für einen Computer, der solche Hardware nachbildet, die Verbesserung
der Auswertzeit eine solche gemischte Auswertung rechtfertigt.
Der Schrxtt 25 zur Korrektur der Verhärtung, Korrektur der
Streuung und andere Korrekturen macht die Schritte 23 und 24 nötig und die Erfindung stellt eine Verbesserung dieser
Schritte dar. Die Erfindung ist jedoch auf jede Art eines solchen Korrekturschrittes 25 anwendbar, der eine Vorwärtsprojektion
nötig macht, und die Erfindung ist daher nicht auf das tatsächliche Ausführungsbeispiel beschränkt.
Figur 6 umfaßt noch eine Rezirkulationsschleife zur Korrektur, bis ein befriedigendes Ergebnis erreicht ist. Dies ist
nicht notwendig, wenn es nicht erwünscht ist, da eine feste Anzahl von Korrekturen einschließlich von nur einer Korrektur,
ausreichend sein kann.
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Γ -21-
2 y ^ 4 2 b 2
Die anschließenden Verfahren wurden oben erläutert und zwar als Schlußdiagramme, um die Reihenfolge der Einwirkung auf
die Signale besser zu erläutern. Sie werden üblicherweise in der Praxis durch speziell ausgebildete Schaltkreise durchgeführt,
deren Art speziell auf die jeweiligen CT-Abtastgeräte angepaßt sind, bei denen sie verwendet werden sollen.
Figur 7 zeigt den Prinzipaufbau eines solchen gewünschten Schaltkreises.
Die aus dem Auswertkreis 5 kommenden Daten werden im Speicher 26 gespeichert, bevor sie dem Modifikationskreis 27 zugeführt
werden. In üblicher Weise wird ein Zwischenspeicher 26 verwendet, der jedoch nicht unbedingt nötig ist. Die Schaltung
27 ist ein typisches Beispiel für die Anwendung des Um-Wälzverfahrens,
wie es in der britischen Patentschrift 1 471 531 beschrieben ist, sie kann jedoch auch anders aufgebaut
sein. Die Schaltung 27 ist natürlich auch geeignet für die Auswertung von fächerförmig verteilten Strahlungsgängen,
wenn sie für die Erfindung geeignet sein soll. Die Daten werden dann in der Schaltung 28 interpoliert, beispielsweise wie
dies in der britischen Patentschrift 1 515 307 beschrieben
ist und dann in der Schaltung 29 rückwärts projiziert, wie
dies in der britischen Patentschrift 1 283 915 beschrieben ist, und zwar in einen Matrixspeicher 30. Die bisher beschrie
benen Schaltungen sind bekannt.
Gemäß der Erfindung werden die Signale in dem Matrixspeicher in der Schaltung 31 vorwärts projiziert und so Signale erzeugt,
die parallelen Strahlungsgängen entsprechen, die in dem Zwischenspeicher 32 gespeichert sind. Die Schaltung 31
arbeitet ähnlich, wie sie in der britischen Patentschrift 1 283 915 beschrieben ist, wo die Rückwärts- und Vorwärtsprojektion
erstmals beschrieben wurde, und wie bei CT-Abtastern,
mit der Ausnahme, daß diese Auswertung bisher noch nicht in dieser Stufe des Gesamtverfahrens angewendet wurde.
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Γ Π
ι Die Signale im Speicher 32 werden dann in der Schaltung 33
korrigiert, und zwar für Knochenverhärtung oder Streuung oder anderen Fehlern; die Schaltung berücksichtigt das zuerst
erzeugte Bild im Speicher 30. Es sei nochmals darauf hinge-
c wiesen, daß die Art der gewünschten Korrekturen nicht Teil
der Erfindung ist.
Die korrigierten Signale werden dann erneut rückwärts projiziert und zwar durch die Schaltung 34 in den Matrixspeicher
^O 30, wo die zuerst gewonnene Darstellung gegebenenfalls ersetzt
wird. Da die Signale für parallele Strahlungsgänge gewonnen wurden handelt es sich hierbei um eine
Parallel-Rückwärtsprojektion, wie sie für CT-Abtastgeräte aus
der britischen Patentschrift 1 283 915 bekannt ist. Die Schaltungen 34 und 31 können identisch sein, sie arbeiten
jedoch in unterschiedlicher Reihenfolge und sie können außerdem die Schaltung 29 mit geeigneter Modifikation enthalten.
Sämtliche getrennt dargestellten Speicher können in der Praxis durch ein und denselben Speicher gebildet sein.
Wie eingangs erwähnt, würde die korrigierte Darstellung des Speichers 30 dann als Ausgangssignal der Anzeigeschaltung 8
zugeführt.
Die dargestellten Schaltkreise können natürlich auch durch einen geeignet programmierten digitalen Computer oder einen
für spezielle Zwecke ausgelegten Computer ersetzt werden. Das nötige Programm besteht in dem Haupttransport von Daten
von einer Form der Speicherung zur anderen mit geeigneter Beeinflussung der Adressenwahl zu deren Wiedergewinnung
und Kombination.
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Le
erse
ite
Claims (10)
1. Verfahren zum Auswerten der durch eine radiologische
Schichtaufnahme an einem Patienten gewonnenen Sätze von Datensignalen, die einer Strahlungsabschwächung längs einzelner
unter einem Winkel zueinander in fächerförmiger Verteilung durch den Körper des Patienten durchdringenden
Strahlengänge entsprechen, bei dem diese Datensignale zuerst durch Rückwärtsprojektion auf Matrix-Elementbereiche
der Aufnahmeschicht ausgewertet, dann durch Vorwärtsprojektion korrigiert und die korrigierten Datensignale durch
erneute Rückwärtsprojektion weiter ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärtsprojektion
und anschließende erneute Rückwärtsprojektion längs gedachter paralleler Strahlengänge in der Aufnahmeschicht
durchgeführt wird.
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Γ . 2 _
,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorwärts- und anschließende Rückwärtsprojektion wiederholt durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärts- und anschließende Rückwärtsprojektion
längs einer geringeren Anzahl von Strahlengängen je parallelem Strahlengangsatz durchgeführt wird, als die vorangehende
Rückwärtsprojektion längs der fächerförmig verteilten Strah-IQ
lengänge.
4. Verfahren zum A'iswerten der durch eine radiologische
Schichtaufnahme an einem Patienten gewonnenen Sätze von Datensignalen, die einer Strahlungsabschwächung längs einzelner
unter einem Winkel zueinander in fächerförmiger Verteilung
durch den Körper des Patienten durchdringenden Strahlengänge entsprechen, und zum Erzeugen einer Darstellung der Verteilung
der Strahlungsabschwächung in der Körperschicht, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
a) Modifizieren der Datensignale durch Kombination mit gewichteten
Beiträgen von anderen Signalen des gleichen Satzes,
b) Verteilen eines modifizierten Datensignals jedes Satzes
auf jedes Element einer in der Schicht gedachten Matrix, wobei die Datensignale jeweils einem, der Strahlengänge
der fächerförmigen Verteilung entsprechen, der das Element
oder einen Interpolationswert zwischen den modifizierten Datensignalen schneidet und einem gedachten, dieses Element
schneidenden Strahlengang zugeordnet ist, um eine erste Abschätzung der Darstellung zu bilden,
c) Ableiten von gedachten Datenwerten der Abschwächung aus der ersten Abschätzung, wobei diese Datenwerte die Abschwächung
wiedergeben, die in einem Körper mit der abgeschätzten Abschwächungsverteilung auf Strahlengängen jedes Satzes
paralleler Strahlengänge der Verteilung auftreten würde,
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d) Korrigieren der gedachten Datenwerte auf Fehler bei unterschiedlicher
Abschwächungsverteilung in verschiedenen Teilen des von der Strahlung durchlaufenen Körpers und
e) erneutes Verteilen der korrigierten, gedachten Datenwerte der Matrixelemente zur Erzeugung einer weiteren Abschätzung
der auf Fehler korrigierten Darstellung.
5. Verfahren zum Auswerten von Datensignalen, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, die
der Abschwächung von Strahlung längs einzelner Strahlengänge entsprechen, die im Winkelabstand voneinander in einer Vielzahl
von fächerförmigen Verteilungen dieser Strahlengänge verlaufen und durch den Körper des Patienten gerichtet sind,
zur Darstellung der Verteilung der Abschwächung der Strahlung in einer Schicht des Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Datensignale durch Kombination mit bewerteten Beiträgen von anderen Signalen des gleicher, Satzes modifiziert
werden und zwischen den modifizierten Datensignalen interpoliert
wird und so Datensignale für eine größere Anzahl von Strahlungswegen mit gegenseitigem Winkelabstand in
der fächerförmigen Verteilung zu erhalten,
b) die originalen und durch Interpolation erhaltenen Datensignale auf die Elemente einer Matrix von gedachten Elementen
in der Schicht rückwärts projiziert werden,
c) aus dieser Matrix längs einer Vielzahl von Sätzen von
gedachten parallelen Strahlengängen in dieser Schicht vorwärts projiziert werden, um so Abschwächungsdaten für
diese gedachten Strahlengänge zu erhalten,
d) die Abschwächungsdaten für die gedachten Strahlungsgänge
bezüglich Fehler korrigiert werden, die auf die Verteilung der Abschwächung in verschiedenen Teilen der Schicht zurückzuführen
sind, und
e) die korrigierten Abschwächungsdaten längs dieser parallelen
Strahlungsgänge auf diese Matrix rückprojiziert werden,
um so eine Darstellung der Verteilung der Dämpfung zu erhalten, bei der mindestens teilweise diese Fehler korrigiert
sind.
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6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte zur Erlangung der gedachten Datenwerte,
Korrektur und Wiederverteilung zur weiteren Korrektur der Darstellung
wiederholt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fehler solche umfassen, die auf eine Änderung der Härte der Strahlung längs der Strahlengänge zurückzuführen
sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die erwähnten Fehler solche Fehler umfassen, die durch Streuung dieser Strahlung der Strahlengänge durch
das Material des Körpers verursacht sind. 15
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schritte c) und e) mit einer geringeren Anzahl von Strahlenwegen in jedem parallelem Satz ausgeführt
werden, als sie bei der» fächerförmig verteilten Sätzen von Strahlungsgängen im Schritt b) benutzt werden.
10. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Modifikationsschaltung
(27), in welcher die Datensignale mit bewerteten Beiträgen von anderen Signalen des gleichen Satzes modifiziert
werden, eine Rückwärtsprojektionsschaltung (29), welche jedem Element einer Matrix von Elementen, die in der
Schicht gedacht sind, ein modifiziertes Datensignal zuordnet
und zwar von jedem Satz, der im entsprechenden der Fächeren
Verteilung der Strahlungsgänge, die dieses Element schneiden, oder einem zwischen den modifizierten Datensignalen interpolierten
Wert und damit einem gedachten Strahlungsgang, der dieses Element schneidet, entspricht, einen Speicher (30) mit
Speicherstellen für jedes der Matrixelemente, in welchem die
modifizierten Da.tensignale auf die entsprechenden Elemente
verteilt und für eine erste Abschätzung der gewünschten Dar-
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Stellung gesammelt werden, eine Vorwärtsprojektionsschaltung
(31), die aus diesen gespeicherten Signalen diejenigen Datensignale
von Matrixelementen abzieht, die längs eines Strahlungsweges
einer Vielzahl von Sätzen von parallelen Strahlungswegen in der Schicht liegen, diese aufsummiert und
Signale erzeugt, die Dämpfungen entsprechen, welche durch Strahlung erzeugt würde, die längs solcher paralleler Strahlungswege
durch diese Elemente hindurchtreten würden, v/enn die erste Abschätzung richtig wäre, einen Korrekturkreis (33),
durch welchen die gedachten Datenwerte für die Fehler, die auf unterschiedliche Verteilung der Abschwächung in verschiedenen
Teilen des Körpers zurückzuführen sind, korrigiert werden
und durch eine Rückwärtsprojekt ionsschaltung (34), welche
die korrekten Datensignale für diese parallelen Strahlegänge auf die Speichers tollen der. Speichers verteilen, wel
chen diesen Matrixe.1 enienten entsprechen, wobei die Verteilung
auf Speicherstellen erfolgt, welche den Elementen entsprechen,
die durch diese parallelen Strahlengänge geschnitten
würden, ui» no eine neue Abschätzung für die Darstellung
zu gewinnen.
L 0 3 0 0 2 0/0791
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