DE3429155A1 - Verfahren und einrichtung zum minimieren von nichtkoplanaritaets-artefakten - Google Patents

Description

Qipl.-lng. A. Wasmeier

Dipl.-lng. H. Graf

Zugelassen beim Europäischen Patentamt · Professional Representatives before the European Patent Office

Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg 1	Unser Zeichen Our Ref.	D-8400 REGENSBURG 1 GREFLINGER STRASSE 7 Telefon (09 41) 5 4753
An das Deutsche Patentamt Zvi/eibrückenstraße 12	E/p 11.614	Telegramm Begpatent Rgb. Telex 6 5709 repat d
8000 München 2		Tag Date
Ihr Zeichen Ihre Nachricht Your Ref. Your Letter	3. August 1984 W/He

Anmelder: ELSCINT LTD., Advanced Technology Center, P.O. Box 5258, Haifa 31052, Israel

Titel: "Verfahren und Einrichtung zum Minimieren von Nichtkoplanaritäts-Artefakten".

Priorität: USA - SN 527.472 vom 29. August 1983

Erfinder:

Carl Ross Crawford Yair Shimoni A. Robert Sohval Danial Barnea

Wissenschaftler Wissenschaftler Wissenschaftler Wissenschaftler

Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 75020073) 5 839 300 Postscheck München (BLZ 70010080) 89369-801

Gerichtsstand Regensburg

Verfahren und Einrichtung zum Minimieren von Nichtkoplanaritäts-Artefakten.

Die Erfindung bezieht sich auf die computergesteuerte Tomographie und insbesondere auf Einrichtungen und Verfahren zum Eliminieren oder mindestens Minimieren von Artefakten, die durch fehlende Planarität zwischen der Detektorvorrichtung und der Strahlungsquellenvorrichtung im Portal von CT-Abtastvorrichtungen verursacht werden.

Die Entwicklung der rechnergesteuerten Röntgenstrahltomographie (CT) hat zu Abtastvorrichtungen mit verringerten Datenerfassungs- und Bildrekonstruktionsdauern sowie verbesserter Dichte und räumlicher Auflösungen geführt. Diese Verbesserungen wurden hauptsächlich durch Verwendung von höher entwickelten Datenerfassungseinrichtungen und schneller arbeitender Bildrekonstruktions-Hardware möglich. Die Bildqualität wurde ferner dadurch verbessert, daß Annahmen, die in den Algorithmen der frühen Generationen von CT-Abtastvorrichtungen gemacht wurden, neu bewertet worden sind, und in den Korrekturen und/oder Verbesserungen dieser Annahmen innerhalb des Bildrekonstruktionsalgorithmus eingeführt wurden.

Die Annahmen wurden ursprünglich gemacht, um die Kompatibilität der Echtdaten sicherzustellen, die durch eine tatsächliche Abtastvorrichtung mit theoretischen Rekonstruktions-Algorithmen gesammelt wurden, die z.B. eine unbegrenzte Anzahl von Linienintegralwerten der zweidimensionalen Dämpfungsfunktion erforderlich machen. Bei Rekonstruktions-Algorithmen werden die Linienintegralwerte invertiert, was zweidimensionale Objektdichtefunktionen ergibt, die dem Benutzer als Bilder dargeboten werden.

CT-Abtaster verwenden eine Vielzahl von Quellenvorrichtungen und eine Vielzahl von Detektorvorrichtungen, die jeweils mit einer Abtastbewegung relativ zu einem Körper versehen sind,

um ein Maß für die Dämpfung für jede einer Vielzahl von geradlinigen Strahlungen zu erzielen, die die Quellenvorrichtung mit der Detektorvorrichtung verbinden. Diese Dämpfungsmessungen werden dann durch eine entsprechende Vorrichtung verarbeitet, um eine Verteilung der Linienintegralwerte der Objektdichtefunktion zu erhalten. Um die gewünschte Vielzahl von Linienintegralen zu erzielen, werden die Quellen und Detektoren in vorbestimmten Mustern bewegt.

In einem Translations-Dreh-System, bei dem die Quelle einen Fächerstrahl emittiert, der aus einer Vielzahl von schmalgebündelten Strahlen emittiert wird, ergeben die Detektoren während der Umsetzung eine Information, die sich auf eine Vielzahl von Sätzen von parallelen Strahlpfaden beziehen. Die Sätze sind im Winkel durch die Winkeltrennung der Strahlen versetzt. Jeder schmalgebündelte Strahl ergibt im Verlauf der seitlichen Abtastung die Daten für einen Satz von parallelen Datenpfaden. Daten aus jedem solchen parallelen Satz werden so verarbeitet, daß sie parallele Projektionen der Objektdichtefunktion ergeben. Üblicherweise werden gefilterte Rückprojektionsmethoden verwendet, um die Dichtefunktion aus den parallelen Projektionen zu rekonstruieren, die über mindestens 180° der Drehung gesammelt werden.

Bei Dreh-Dreh-Abtastern, bei denen die Quelle und die Detektoren in bezug aufeinander fest sind und miteinander um das Objekt drehen, ist es üblich, die nicht parallelgeschalteten Daten, die dabei gesammelt werden, in paralleles Datenformat durch eine entsprechende Sortiertechnik (resorting oder re-binning) umzuwandeln. Dies ist deshalb der Fall, weil herkömmliche Rückprojektionsmethoden den pärallelgeschalteten Daten angepaßt sind, die durch einen Translations-Dreh-Abtaster erzeugt werden. Entsprechende Sortiertechniken (re-binning) sind in der US-PS 4.266.136 beschrieben. Der Neusortierungsalgorithmus erfordert einen Drehwinkel von 180° plus dem Winkel, der von dem Quellenfächer eingeschlossen wird. Es gibt auch Methoden, um die Fächerstrahldaten, die von dem Sortieralgorithmus gefordert werden, direkt zu rekonstruieren. Eine solche Methode ist in dem Aufsatz von

3423155

D.L. Parker, "Optimal Short Scan Convolution Reconstruction for Fanbeam CT" aus Medical Physics, Band 9, Nr. 2, März 1982, Seiten 254 - 258 beschrieben.

Die meisten der zur Zeit zur Verfügung stehenden CT-Abtaster verwenden koplanare Quellen-Detektor-Konfigurationen. Dies bedeutet, daß die Mittelpunkte aller Detektor- und Quellen-Positionen in der gleichen Ebene, d.h. in der Abtastebene liegen. Diese zweidimensionale Konfiguration ist das Ergebnis mathematischer Ableitungen der herkömmlichen Rekonstruktionstheorie, die erforderlich machen, daß alle Linienintegrale der Dichtefunktion in einer Ebene liegen. Ein entscheidendes Problem bei CT-Abtastern besteht darin, daß die Abtast- und die Quellenvorrichtung Öffnungen haben, die in axialer Richtung verlaufen, d.h. senkrecht zu der Abtastebene. Implizit zu dem Bildkonstruktionsalgorithmus ist die Annahme, daß das Objekt in axialer Richtung räumlich sich nicht ändert. Diese Annahme wird selten erfüllt. So sind die sogenannten "Teilvolumen"-Artefakte bei der End-Rekonstruktion der Abtastebene vorhanden. Um die Teilvolumenartefakte zu reduzieren, werden die Höhen der Quellen- und Detektoröffnungen so klein wie möglich gemacht.

Bei manchen CT-Abtastvorrichtungen sind die Quellen- und die Detektoröffnungen absichtlich so ausgelegt, daß sie in getrennten Ebenen liegen. Derartige Einrichtungen werden als nichtkoplanare Konfigurationen aufweisend beschrieben. Nichtkoplanare Einrichtungen sind in folgenden Aufsätzen beschrieben worden: D.P. Boyd, "Theoretical Possibilities for CT Scanner Development", aus Diagnostic Imaging, Dezember 1982; R.A. Robb, "X-ray Computed Tomography: An Engineering Synthesis of Multiscientific Principles" aus "Critical Reviews in Biomedical Engineering", herausgegeben von J.R. Bourne, CRC Press, März 1982, Seiten 265 - 327. Aus dieser nichtkoplanaren Geometrie ergibt sich, daß die Teilvolumenartefakte verstärkt werden. Dieser neue Pegel von Teilvolumenartefakten wird als "Nichtkoplanaritäts-Artefakte" bezeichnet.

Die Nichtkoplanarität bewirkt verschiedene unterschiedliche Arten von Artefakten, von denen zu/ei von besonderer Bedeutung sind. Der erste ist auf die axiale Auflösung bezogen, der andere auf Unvereinbarkeiten im Zusammenwirken der Daten mit dem Rekonstruktions-Algorithmus.

Das Scheiben-Volumen einer Abtastvorrichtung ist das Volumen, das durch die Ansammlung aller der Pfade gebildet wird, die von den Linienintegralwerten genommen werden. Das Scheiben-Volumen in der nichtkoplanaren Geometrie ist wesentlich größer und unregelmäßiger als das Scheiben-Volumen in der koplanaren Geometrie. Da Objekte räumliche Änderungen in axialer Richtung erfahren, sind die axialen Auflösungen von nichtkoplanaren Einrichtungen entscheidend geringer als bei entsprechenden koplanaren Abtastvorrichtungen.

Die zweite Art von Artefakten, die durch die Nichtkoplanarität verursacht sind, ist ein Ergebnis von Unvereinbarkeiten in den gemessenen Linienintegraldaten. Alle vorhandenen Rekonstruktions-Algorithmen unterstellen oder fordern, daß Linienintegrale längs zweier entgegengesetzter Pfade identisch sind. Wenn jedoch eine Änderung im Dämpfungskoeffizienten des Objekts in axialer Richtung auftritt, sind die Linienintegrale längs der beiden entgegengesetzten Pfade in der nichtkoplanaren Konfiguration nicht identisch. Der Einfluß dieser Unvereinbarkeit bewirkt Artefakte in rekonstruierten Bildern. Aufgrund der physikalischen Form und Dichteverteilung der Artefakte werden sie als "Schmetterlings-Artefakte" bezeichnet.

Wenn Abtastvorrichtungen mit koplanaren Geometrien überhaupt brauchbare Bilder ergeben sollen, müssen das große Scheiben-Volumen und die "Schmetterlings-Artefakte" reduziert werden. Da stets ein gewisses Maß an Nichtkoplanarität vorhanden ist, gibt es stets einen Punkt, bei dem die Nichtkoplanaritäts-Artefakte die Bilder klinisch unbrauchbar machen. Es besteht somit die Notwendigkeit, Einrichtungen und Verfahren zu schaffen, um die Nichtkoplanaritäts-Artefakte zu korrigieren.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen, weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung sieht vor, die beiden Rekonstruktionen der radialen Linien, die ein Bild darstellen, gleichzeitig auszubilden. Das Resultat des beschriebenen Verfahrens ist die Erzeugung getrennter Bilder, die die oberen und unteren Abschnitte des Scheibenvolumens darstellen. Die Verwendung der beiden Bilder verbessert die axiale Auflösung entscheidend und reduziert die "Schmetterlings-Artefakte", die charakteristisch für die Nichtkoplanarität sind.

Das Verfahren nach der Erfindung wird implizit für Daten optimiert, die aus Translations-Dreh-CT-Abtastvorrichtungen stammen, die auch als Vorrichtungen der ersten oder zweiten Generation bezeichnet werden. Es ist jedoch möglich, Daten von Vorrichtungen beliebiger Konfiguration zu sortieren bzw. zu behandeln, um zu erreichen, daß die Daten den Daten entsprechen, die aus der Translations-Dreh-Konfiguration gesammelt werden. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren weiter gekennzeichnet durch das Neusortieren der aus einer willkürlichen Konfiguration erhaltenen Daten in parallele Projektionsdaten und in der vorbeschriebenen Weise zu verfahren.

Weiterhin wird mit vorliegender Erfindung ein allgemeineres Verfahren zur Behandlung von Daten vorgeschlagen, um die Nichtkoplanarität zu korrigieren. Das Neusortieren macht häufig die Verwendung einer Interpolation erforderlich, wie im Falle der Verwendung von Dreh-Dreh-Abtastvorrichtungen. Interpolierte Werte sind jedoch nicht notwendigerweise reproduzierbar, und deshalb führt eine Neusortierung häufig zu Schlierenartefakten in den Rekonstruktionen. Somit kann dieser Interpolationsschritt Artefakte einführen, die schlechter sind als die ursprünglichen Nichtkoplanaritäts-Artefakte. Es wird deshalb im Stande der Technik ein direkter Rückprojektions-Algorithmus (ohne Interpolation in parallele Projektionsdaten) vorgesehen, der auf die spezielle Geometrie

ausgelegt ist, wenn die Daten von einer Abtastvorrichtung mit einer Dreh-Dreh-Konfiguration erhalten werden. Ein weiteres Verfahren im Rahmen vorliegender Erfindung verwendet Fächerstrahlprojektionsdaten, die direkt aus den Dreh-Dreh-Abtastvorrichtungen anstelle von parallelen Projektionen erhalten werden. Ein derartiges Verfahren umfaßt die Schritte der Unterteilung des Bildes in dicke keilförmige Speichen und Weiterbehandlung mit dem oben erläuterten Verfahren, indem die Keile als radiale Linien behandelt werden. ·

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Teilblockschaltbild, das eine nichtkoplanare Quellendetektorkonfiguration nach der Erfindung darstellt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch koplanare und nichtkoplanare Quellendetektorkonfigurationen,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Bildverarbeitungsvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Darstellung der Aufteilung der Rückprojektion in obere und untere Bilder, nach der Erfindung, und

Fig. 5 eine Darstellung einer dicken keilförmigen Speiche, die bei Fächerstrahlkonfigurationen nach der Erfindung verwendet wird.

Die Quelle 1 nach Fig. 1 emittiert Strahlung durch einen Körper, der zwischen der Detektorvorrichtung 3 und der Quelle 1 im Bereich der axialen Achse 13 angeordnet ist. Die Detektorvorrichtung 3 ist in einer Ebene angeordnet, die außerhalb und parallel zu einer Ebene liegt, in der die Quelle 1 angeordnet ist. Die Detektorvorrichtung 3 nimmt Strahlung aus der Quelle 1 auf, die Intensitätssignale erzeugt, welche der Intensität von Strahlen entsprechen, die

durch den zu prüfenden Körper geschickt «/erden. Der Ausgang der Detektorvorrichtung 3 wird der Vorprozessoreinrichtung zugeführt, die Projektionsdaten erzeugt, welche Linienkörper durch den zu untersuchenden Körper darstellen. Die Linienintegral-Daten werden einer Bildverarbeitungseinrichtung 59 zugeführt, die eine Vielzahl von Bildern erzeugt, welche dem z-u untersuchenden Körper entsprechen.

In Fig. 1 ist ein Dreh-Dreh-System gezeigt, in dem eine Quelle 1 längs der gestrichelten Kreislinie 51 gedreht wird, während die Detektorvorrichtung 3 um die Kreislinie 53 gedreht wird. Vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Dreh-Dreh-Konfiguration beschränkt, sondern es können auch andere CT-Konfigürationen verwendet werden, z.B. Translations-Dreh-, Rotations-Stationär- oder vollstationäre Konfigurationen mit Taktimpulsquelle eingesetzt werden. Die Quelle 1 und die Detektorvorrichtung 3 sind auf einer entsprechenden Halterung (nicht dargestellt) angeordnet.

Mit 17 ist in Fig. 1 ein Strahlenbündel bezeichnet, das von der Quelle 1 emittiert wird und das auf die Detektorvorrichtung 3 auffällt. Eine Brennebene 16 liegt parallel zu und etwa in der Mitte zwischen den entsprechenden Ebenen, in denen die Quelle 1 und die Detektorvorrichtung 3 angeordnet sind. Eine Verschiebungsvorrichtung 55 bewirkt, daß die Quelle 1 Strahlung von einer Vielzahl von Stellen emittiert, damit Parallelprojektionssignale über einen vollen Kreis von 360° in bezug auf den zu prüfenden Körper für ein Transla-

tions-Dreh-System (translate-rotate system) oder Fächerstrahldaten über volle 360° in bezug auf den Körper für ein Dreh-Dreh-System (rotate-rotate system) erzielt werden. Die Verschiebungsvorrichtung 55 bewirkt, daß sowohl die Quelle 1 als auch die Detektorvorrichtung 3 im Tandembetrieb in einem Dreh-Dreh-Betrieb umlaufen, bewirkt jedoch, daß nur die Quelle 1 in einem Dreh-Stationär-System (rotate-stationary system) umläuft. Ferner führt in einem Translations-Dreh-System die Verschiebungsvorrichtung 55 eine Translations- und Drehbewegung der Quelle 1 und der Detektorvorriehtung 3 in bezug auf den Körper aus.

Bei den üblichen zur Verfügung stehenden CT-Abtastvorrichtungen ist im Idealfall eine Koplanarität (in Fig. 2A gezeigt) zwischen den Mittelpunkten aller Öffnungen der Quelle und der Detektorvorrichtung gegeben. Eine Strahlungsquelle, z.B. eine Röntgenröhre 21, liegt in der gleichen Ebene wie ein Detektor 22. Wenn das Paar aus Quelle und Detektor sich um 180° in die Positionenj 21', 22' gedreht hat, verbindet der gleiche Pfad die Mittelpunkte der Quellen- und Detektoröffnungen.

Fig. 2 zeigt im Gegensatz hierzu eine Quelle und eine Detektorvorrichtung, die nicht koplanar sind. Die Quelle liegt in der Quellenebene 23 und die Detektorvorrichtung in der Detektorebene 24. Die Ebene, die mittig zwischen den Quellen- und Detektorebenen liegt, ist die Brennebene 16 nach Fig. 2. Wie in Fig. 2B dargestellt, ist, u/enn die Quelle 21 sich in die Position 21' und der Detektor 22 sich nach 22' bewegt, ein die Mittelpunkte der Öffnungen der Quelle und der Detektorvorrichtung verbindender Pfad unterschiedlich von dem ursprünglichen Verbindungspfad.

Die vorbeschriebenen Unvereinbarkeiten in den Pfaden führen zu den vorerwähnten "Schmetterlingsartefakten". Die Nichtkoplanarität der Quelle und der Detektorvorrichtung bringt eine verringerte Auflösung in axialer Richtung mit sich. Die Methoden, die zur Reduzierung der Einflüsse der Nichtkoplanarität verwendet werden, werden anhand der folgenden mathematischen Erläuterungen, die sich auf die Rekonstruktionstheorie beziehen, verständlicher. Es sei die Funktion f(x, y) betrachtet, die einen Querschnitt eines Gegenstandes und des Pfades darstellt, gekennzeichnet durch (&, t):

t = x*cos (Θ ) + y*sin (8 ). (1)

Eine Probe, ρ (θ, t) der Projektion der Objektfunktion längs des Pfades, gekennzeichnet durch (Θ, t) ist gegeben durch:

P (Θ, t) = JJf (x, y) S (t-x*cos (Θ) -y*sin (B)) dxdy (2)

wobei I(ζ) durch folgende Integralgleichung ausgedrückt ist:
d(z) g Cz) dz = g (0). (3)

Die Projektion eines Objektes wird in an sich bekannter Weise erhalten.

Gefilterte Objektprojektionen sind gegeben durch:

q (β, t) =; ρ (Θ, t) <*> h (t) (4)

wobei der Vorgang der Windung durch eine Spitze <*> bezeichnet ist und h (t) eine der bekannten Filterfunktionen ist,
die für die Rückprojektions-Algorithmen erforderlich ist.

Bei bekannten Geräten wird der Rückprojektionsvorgang, der
zum Rekonstruieren des Objektes f (x, y) verwendet wird,
beschrieben durch:

■;

f (x, y) = Jq (Θ, x*cos (Θ) + y*sin (Θ)) d Θ, (5)

wobei die Grenzen im Integral über einen beliebigen Bereich
von 8 legen, der eine Erstreckung von 180° hat. Der Bereich
ist jedoch für alle Werte von "x" und "y" fest.

F (d>, p ) sei die Polarkoordinatendarstellung der Objektfunktion r (x, y). Die beiden Funktionen können wie folgt
aufeinander bezogen werden:

f (x, y) = F (φ, ρ ), (6)

χ J- O *cos (φ ) (7a)

y ^ p *sin (<f> ), (7b)

O < = ρ < co

Das Rekonstruktionsintegral kann in Polarkoordinaten ausgedrückt werden, wenn die Gleichungen (6) und (7) in (5) eingesetzt werden:

F (φ, λ ) = |q (θ, 0 *cos (8 - φ))

(8)

wobei zu betonen ist, daß φ alle Werte zwischen Null und 2JT einnimmt und C nicht negativ ist.

Es wird eine radiale Linie von "f" bei <j> betrachtet. Aus der Geometrie der koplanaren Konfiguration läßt sich leicht entnehmen, daß ρ (φ, 0) seine größten Beiträge aus Objekten längs der radialen Linie bei φ erhält, die über der Brennebene liegen, und durch Objekte, die unterhalb der Brennebene längs der radialen Linie und φ +JT liegen. Damit ergibt sich eine optimierte Rekonstruktion der radialen Linie entsprechend dem Scheibenvolumen über der Brennebene zu:

φ + X/2 —■*■»

F (φ, f ) = f q (Θ, <P *cos (ö - φ)) d θ (9)

ty - JT/2—•

Obiges Argument kann leicht soweit erstreckt werden, daß gezeigt wird, daß ρ (ty + JC, 0) seine größten Beiträge aus Objekten erhält, die unterhalb der Brennebene für die durch φ gekennzeichnete Linie liegt, und für Objekte längs der radialen Linie, die mit φ + 3Γ gekennzeichnet sind und die über der Brennebene liegen. Damit ergibt sich eine optimierte Rekonstruktion der radialen Linie entsprechend dem Scheibenvolumen unterhalb der Brennebene zu:

JT/2 *

) = j q (θ, f *cos (θ - φ)) d θ 2. ./

φ + 3*

F (ψ, Ρ ) = ί q (θ, ψ *cos (θ - φ)) d θ (10)

«- Λ"/2 ν.

Da jedes Bild eine Ansammlung von 360° von radialen Linien
ist, können die Integralgleichungen nach (9) und (10) zum
Rekonstruieren zweier Bilder verwendet werden. Das Resultat des beschriebenen Verfahrens it die Erzeugung der beiden
getrennten Bilder, die die oberen und unteren Abschnitte des Scheibenvolumens darstellen. Die beiden Bilder verbessern
entscheidend die axiale Auflösung und verringern die "Schmetterlings-Artefakte", die ein Charakteristikum der Nichtkoplanarität sind.

Eine Einrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen
Verfahrens ist in Fig. 3 gezeigt, bei der ein erweitertes
Diagramm einer Bildverarbeitungsvorrichtung 59 gezeigt ist. Eine Parallelprojektionsformungsvorrichtung 61 erzeugt 360° parallele Projektionsdaten. Der Ausgang von 61 wird in eine Filtervorrichtung 63 geführt. Die Rekonstruktionsvorrichtung 67 erzeugt ein Bild aus den gefilterten Projektionsdaten,
indem die Bilder dadurch rekonstruiert werden, daß die
Rekonstruktionen einer Serie von radialen Linien gesammelt
werden. Die Daten, die durch die Rekonstruktionsvorrichtung 67 verwendet werden, werden durch eine Auswählvorrichtung ausgewählt, die Daten als eine Funktion der jeweiligen
radialen Linie, die durch die Rekonstruktionsvorrichtung 67 rekonstruiert wird, auswählt. Die Auswählvorrichtung 65a ist so ausgelegt, daß sie Projektionsdaten auswählt, die mit dem Winkel der radialen Linie zentriert sind, und eine Auswählvorrichtung 65b ist so ausgelegt, daß sie Daten auswählt, die mit dem Winkel der radialen Linie plus 180° zentriert sind. Eine Rückkopplungsvorrichtung 71 ergibt den Winkel der
radialen Linie, die durch die Rekonstruktionsvorrichtung 67 rekonstruiert ist, zur Auswählvorrichtung 65. Die resultierenden Bilder werden auf der Bildsichtanzeigevorrichtung 69 zur Anzeige gebracht.

Die Integrale in den Gleichungen (9) und (10) haben die
Standardform von Rückprojektionsintegralen. Es ist einfach, die normale Rückprojektionsmethode so zu erweitern, daß sie

die oben beschriebene Doppelbildmethode einschließt. Dies ist der Fall, weil jede radiale Linie unter Verwendung von 180° der gefilterten Projektionen rekonstruiert ist.

Das erweiterte Verfahren ist in Fig. 4 dargestellt. Dieses Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

Bildung von 360° von parallelen Projektionen, Filtern der parallelen Projektionen, Voreinstellen auf Null eines Bildes, das das obere Volumen darstellt, und eines Bildes, das das untere Volumen darstellt, und

Rückprojizieren der gesamten 360° der gefilterten Projektionen, wobei der Rückprojektionsschritt so modifiziert wird, daß eine Projektion in das obere Bild für alle Pixel-Werte vor dem Brennebenenübergang und in das untere Bild nach dem Brennebenenübergang rückprojiziert wird, wobei der Brennebenenübergang die gerade Linie ist, die den Abtastursprung im gleichen Winkel wie die gerade rückprojizierte Projektion schneidet.

Das Verfahren ergibt kreisförmige Artefakte wegen des scharfen "Überganges", wenn die Schaltung zwischen den Bildern erfolgt, falls der Brennebenenübergang gekreuzt wird. Die Kreisartefakte verbinden Objekte hoher Dichte mit dem Ursprung der Abtastebene. Diese Kreisartefakte können durch Glätten des Überganges um die Brennebene herum reduziert werden. Der Glättungsvorgang wird dadurch durchgeführt, daß für einen Bereich in der Nähe des Brennebenenüberganges in beide Bilder rückprojiziert wird. Jedoch werden die Werte, die in diesem Bereich rückprojiziert werden, so bewertet, daß die Summe des Beitrages einer gegebenen Projektion und des ' Beitrages aus der Projektion, die um genau 180° gegenüber der gegebenen Projektion versetzt ist, exakt Eins ist.

Die vorbeschriebenen Methoden können verallgemeinert werden, weil von einem mathematischen Standpunkt aus die Daten, die in der Translations-Dreh-Konfiguration gesammelt werden, identisch mit den Daten sind, die in einer beliebigen anderen

rekonstruierbaren Konfiguration gesammelt werden. Es ist stets möglich, Daten neu zu sortieren (rebin oder resort), um eine Übereinstimmung mit Daten aus dem Translations-Dreh-Betrieb zu erhalten. Wenn das Neusortieren einmal durchgeführt ist, kann das vorbeschriebene Verfahren zum Korrigieren der Nichtkoplanarität verwendet werden.

Das Neusortieren (resorting) macht häufig die Verwendung einer Interpolation erforderlich, wie bei der Verwendung von Dreh-Dreh-Abtastvorrichtungen. Interpolierte Werte sind nicht notwendigerweis widerspruchsfrei, und deshalb erzeugt das Neuordnen häufig Schlierenartefakte in den Rekonstruktionen. Somit kann dieser Interpolationsschritt Artefakte einführen, die schlechter sind als die ursprünglichen Nichtkoplanaritäts-Artefakte. Deshalb ist es erwünscht, die obigen Methoden auf den Fall der Dreh-Dreh-Abtastvorrichtung zu erstrecken, ohne daß der Schritt des Neusortierens verwendet wird. Bei der Methode des Korrigierens der Nichtkoplanarität, die in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wurde, nimmt jede der beiden Oberflächenrekonstruktionen Beiträge von 180° der gefilterten Projektionen anstatt von ganzen 360° auf. Die Methode nach Fig. 4 ist ein schneller Algorithmus für alle Pixel in beiden Bildern. Der Algorithmus nach Fig. 4 ist jedoch nicht direkt auf die Dreh-Dreh-Daten anwendbar, weil Projektionen von 180° plus dem Fächerwinkel erforderlich sind. Zusätzlich werden die Projektionen vor einer Filterung mit einer Funktion bewertet, die von dem Winkel einer Projektion abhängt.

Die direkte Analogie des Algorithmus nach Fig. 4 auf Fächerstrahldaten dient zur Rekonstruktion einer jeden radialen Linie in jedes der oberen und unteren Bilder unabhängig von den anderen radialen Linien. Jede radiale Linie wird dadurch erzielt, daß ein direkter 180° plus Fächerstrahl-Rekonstruktions-Algorithmus verwendet wird. Dieser Algorithmus ist sehr zeitaufwendig. Die Lösung besteht darin, einige Abkürzungen zu verwenden, wie in Fig. 5 gezeigt, wo im Prinzip "fette" radiale Linien durch Verwendung von Sektoren gezeigt werden.

Die 360° der Fächerstrahlprojektionsdaten werden in K überlappende Sätze von Daten unterteilt, deren jeder 180° plus den Fächerwinkel überdeckt. Für jeden Satz wird ein innerhalb der Daten zentrierter Sektor rekonstruiert. Ferner wird unmittelbar die Reflexion der Sektoren rekonstruiert. Es werden die K Sektoren kombinert, um die obere Fläche zu bilden, und es werden die reflektierenden Sektoren kombiniert, um die untere Fläche zu bilden. Die sich überlappenden Sektoren werden verwendet, um die Übergänge an den Sektorgrenzen zu glätten.

Claims (20)

Patentansprüche:

1. Korrekturverfahren, um Artefakte so gering wie möglich zu halten, die durch Nichtkoplanarität zwischen der Quellenvorrichtung und der Detektorvorrichtung in der computergesteuerten Tomographie verursacht wird, wobei die Nichtkoplanarität durch die Ansammlung der Positionen der Quellenvorrichtung, die eine erste Ebene beschreibt, und die Ansammlung der Positionen der Detektorvorrichtung, die eine zweite, in axialer Richtung von der ersten Ebene versetzte Ebene beschreibt, definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die Quellenvorrichtung so erregt wird, daß eine Strahlung erzeugt wird, die von der Quellenvorrichtung zur Detektorvorrichtung durch ein Objekt hindurch verläuft, daß die Strahlung zur Anzeige gebracht wird und Zeilenintegrale der Dämpfungskoeffizienten des Objektes gebildet werden,

daß die Daten in Projektionen über 360° geformt werden, daß die Projektionen gefiltert werden und daß zwei Bilder dadurch rekonstruiert werden, daß eine begrenzte Anzahl von radialen Linien zweimal rekonstruiert wird, einmal unter Verwendung der minimalen gefilterten Projektionsdaten, die durch den Rekonstruktionsalgorithmus erforderlich sind, der um den Winkel einer jeden radialen Linie zentriert ist, und das zweite Mal mit den gefilterten Projektionsdaten, die um den Winkel der radialen Linie plus 180° zentriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang des Rekonstruierens aller radialen Linien gleichzeitig durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 360° der gefilterten Projektionen rückprojiziert werden, daß der Rückprojektionsschritt so modifiziert wird, daß eine Projektion in ein Bild für alle Pixelwerte vor dem Brennebenenübergang, und in ein anderes Bild nach dem

Brennebenenübergang rückprojiziert «/erden, und daß der Brennebenenübergang so definiert wird, daß er die gerade Linie durch den Abtastursprung in einem Winkel gleich dem Winkel einer rückprojizierten Projektion definiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glättung in einem Bereich um den Brennebenenübergang verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Glättungsschritt die Verwendung von bewerteten Mittelungen der rückprojizierten Werte aus entgegengesetzten Richtungen aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sektoren anstatt Radiallinien verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren sich überlappen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glättung verwendet wird, wenn Überlappungssektoren zur Bildung der Bilder kombiniert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Glättungsschritt die Verwendung von bewerteten Mittelungen der Teile der Sektoren aufweist, die sich überlappen.

10. Korrekturverfahren, um Artefakte so gering wie möglich zu halten, die durch Nichtkoplanarität zwischen Quellenvorrichtung und Detektorvorrichtung in der computergesteuerten Tomographie verursacht werden, wobei die Nichtkoplanarität durch die kollektiven Positionen der eine erste Ebene beschreibenden Quellenvorrichtung und die kollektiven Positionen der eine zweite Ebene beschreibenden Detektorvorrichtung definiert werden, und wobei die

ersten und zweiten Ebenen durch eine dritte Ebene getrennt sind, die einen Teil des abzutastenden Objektes aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Quellenvorrichtung so erregt wird, daß sie eine Strahlung ergibt, die sich von der Quellenvorrichtung zur Detektorvorrichtung durch ein Objekt hindurch erstreckt, daß die Strahlung so zur Anzeige gebracht wird, daß Strahlungsintensitätsdämpfungsdaten des Objektes über 360° erzeugt werden, und

daß zwei Bilder aus den Daten geformt werden, und zwar ein Bild aus den Daten, die auf eine Seite der dritten Ebene bezogen sind, und das zweite Bild aus den Daten, die auf die andere Seite der dritten Ebene bezogen sind.

11. Einrichtung, um Artefakte so gering wie möglich zu halten, die durch Nichtkoplanarität zwischen Quellenvorrichtung und Detektorvorrichtung in der computergesteuerten Tomographie verursacht sind, wobei die Nichtkoplanarität durch die Ansammlung der Positionen der eine erste Ebene beschreibenden Quellenvorrichtung und die Ansammlung der Positionen der eine zweite Ebene beschreibenden Detektorvorrichtung definiert sind, welche zweite Ebene in axialer Richtung von der ersten Ebene entfernt ist, gekennzeichnet durch

eine Vorrichtung zur Erregung der Quellenvorrichtung zur Erzeugung einer Strahlung, die von der Quellenvorrichtung zur Detektorvorrichtung durch ein Objekt verläuft, eine Vorrichtung zur Anzeige der Strahlung und zur Bildung von Zeilenintegralen der Dämpfungskoeffizienten des Objektes,

eine Vorrichtung zur Ausbildung der Daten in Projektionen über 360°,

eine Vorrichtung zum Filtern der Projektionen, und eine Vorrichtung zur Erzielung zweier Bilder durch zweifaches Rekonstruieren einer begrenzten Anzahl von radialen Zeilen, wobei einmal die minimalen gefilterten Projektionsdaten verwendet werden, die durch den Rekonstruktionsalgorithmus erforderlich sind, der um den Winkel

einer jeden radialen Linie zentriert ist, und wobei das zweite Mal die gefilterten Projektionsdaten verwendet werden, die um den Winkel der radialen Linie plus 180° zentriert sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Linien gleichzeitig rekonstruiert sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Rückprojizieren um 360° gefilterten Projektionen, die eine Vorrichtung zum Rückprojizieren einer Projektion in ein Bild für alle Pixel-Werte vor dem Brennebenenübergsng und in ein anderes Bild nach dem Brennebenenübergang aufweist, wobei der Brennebenenübergang als die gerade Linie durch den Abtastursprung in einem Winkel gleich dem Winkel einer rückzuprojizierenden Projektion definiert ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glättungsvorrichtung vorgesehen ist, die in einem Bereich um den Brennebenenübergang arbeitet.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glättungsvorrichtung zur Verwendung bewerteter Mittelungen der rückprojizierten Werte aus entgegengesetzten Richtungen vorgesehen ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Sektoren anstelle von Radiallinien verwendet werden.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren sich überlappen.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glättungsvorrichtung zum Kombinieren sich überlappender Sektoren für die Ausbildung der Bilder vorgesehen ist.

S Γ:>:.Γ:Χ. :»:L·

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Verwendung bewerteter Mittelungen der Teile der sich überlappenden Sektoren aufweist.

20. Einrichtung, um Artefakte so gering wie möglich zu halten, die durch eine Nichtkoplanarität zwischen Quellenvorrichtung und Detektorvorrichtung in der computergesteuerten Tomographie bewirkt wird, wobei die Nichtkoplanarität, die durch kollektive Positionen der eine erste Ebene beschreibenden Quellenvorrichtung und die kollektiven Positionen der eine zweite Ebene beschreibenden Detektorvorrichtung definiert ist, und wobei die ersten und zweiten Ebenen durch eine dritte Ebene getrennt sind, die einen Teil des abzutastenden Objektes aufweist, gekennzeichnet durch

eine Vorrichtung zum Erregen der Quellenvorrichtung für die Erzeugung einer Strahlung, die von der Quellenvorrichtung zur Detektorvorrichtung durch ein Objekt geht, eine Vorrichtung zur Anzeige der Strahlung für die Erzeugung von Strahlungsintensitätsdämpfungsdaten des Objektes über 360°, und

eine Vorrichtung zur Bildung zweier Bilder aus den Daten, wobei ein Bild aus den Daten gewonnen wird, die auf eine Seite der dritten Ebene bezogen sind, und das zweite Bild aus den Daten gewonnen wird, die auf die andere Seite der dritten Ebene bezogen sind.