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DE102005027963B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Rekonstruktion eines 3D-Bilddatensatzes eines bewegten Objektes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Rekonstruktion eines 3D-Bilddatensatzes eines bewegten Objektes Download PDF

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DE102005027963B3
DE102005027963B3 DE102005027963A DE102005027963A DE102005027963B3 DE 102005027963 B3 DE102005027963 B3 DE 102005027963B3 DE 102005027963 A DE102005027963 A DE 102005027963A DE 102005027963 A DE102005027963 A DE 102005027963A DE 102005027963 B3 DE102005027963 B3 DE 102005027963B3
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projection
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Jan Dr. Boese
Günter Dr. Lauritsch
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Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rekonstruktion eines 3-D-Bilddatensatzes (38) eines bewegten Objektes (3) aus einem Satz Projektionsbilder, die zumindst teilweise nacheinander aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen wurden. Hierbei werden die Projektionsbilder durch EKG-Gating (30) jeweils einer Bewegungsphase des Objekts (3) zugeordnet und aus diesen wenigen Projektionsbildern mittels lokaler Tomographie ein unvollständiges 3-D-Bild (4) des Objekts in dieser Bewegungsphase errechnet (32). Aus diesen 3-D-Bildern werden Bewegungsfelder (8) ermittelt (34), die bei der abschließenden 3-D-Bildrekonstruktion zur Bewegungskorrektur verwendet werden (36).

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Rekonstruktion eines 3D-Bilddatensatzes eines bewegten Objektes Die Erfindung betrifft das Gebiet der 3D-Bildgebung, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rekonstruktion eines 3D-Bilddatensatzes eines bewegten Objektes aus einem Satz Projektionsbilder, die nacheinander aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen wurden. Besondere Anwendung findet die Erfindung bei medizinischen Röntgensystemen.
  • Normale Röntgenbilder sind Projektionsbilder, bei denen ein dreidimensionales (3D) Objekt durchleuchtet und auf eine zweidimensionale (2D) Fläche projiziert wird. Die Tiefeninformation geht hierbei verloren. Es ist jedoch möglich, aus einer großen Anzahl von Projektionsbildern, die aus verschiedenen Projektionsrichtungen über einen Winkelbereich von mindestens 180° aufgenommenen wurden, einen 3D-Bilddatensatz des Objekts zu rekonstruieren. Wurde der erforderliche Winkelbereich vollständig abgetastet, erfordern diese so genannten tomographischen 3D-Rekonstruktionsverfahren keinerlei Vorwissen über das zu rekonstruierende Objekt.
  • Für die 3D-Bildgebung mittels Röntgentomographie werden im Allgemeinen hierfür spezialisierte Computertomographen (CTs) verwendet. Diese Geräte besitzen ein ringförmiges System aus Röntgendetektoren und einer Röntgenröhre, das mit großer Geschwindigkeit um den Patienten rotiert und dabei zahlreiche Projektionsbilder aus einem beliebig großen Winkelbereich aufnimmt.
  • Für bildgesteuerte diagnostische oder chirurgische Interventionen, bei denen während des Eingriffs laufend 2D-Projektionsbilder aufgenommen werden, werden so genannte interventionelle Röntgensystem wie z.B. Angiographiesysteme oder (mobile) Röntgen-C-Bogensysteme verwendet. Bei letzteren sind Röntgenröhre und Röntgendetektor auf gegenüberliegenden Armen eines C-Bogens befestigt, welcher frei um den Patienten verfahrbar ist, um die Auf nahe von Röntgenbildern aus beliebigen Projektionsrichtungen zu ermöglichen.
  • Mit solchen Systemen können heute ähnlich wie mit Computertomographen 3D-Bilddatensätze erzeugt werden. Dazu werden Röntgenröhre und -detektor während der Aufnahme über einen Winkelbereich von typischerweise ca. 200° rotiert und danach 3D-Rekonstruktionen berechnet. Bei der Aufnahme von Gefäßen wird dieses Verfahren 3D-Rotationsangiographie genannt.
  • Wegen der im Vergleich zum CT relativ langen Rotationszeiten von typischerweise 3 bis 20 Sekunden ist die Bildgebung jedoch auf nicht-bewegte Organe und Strukturen beschränkt. Beim Herz und den Koronararterien lassen sich dagegen mit interventionellen Röntgengeräten keine tomographischen Verfahren anwenden, denn durch die Herzbewegung während der Aufnahme werden die Strukturen des Herzens im rekonstruierten 3D-Bilddatensatz verschmiert dargestellt.
  • Es gibt verschiedene Ansätze, trotz dieser Probleme 3D-Rekonstruktionen des Herzens aus Aufnahmen von interventionellen Röntgengeräten wie Angiographiesystemen erstellen zu können.
  • Bei einigen Verfahren wird z.B. der Herzschlag während der Bildakquisition durch Aufnahme eines Elektrokardiogramms (EKG) gemessen. Mittels EKG-Gating werden für die Rekonstruktion nur diejenigen Projektionsbilder ausgewählt, die während einer relativ bewegungsarmen Phase im Herzzyklus aufgenommen wurden. Aus diesen wenigen Projektionsbildern können mittels so genannter „symbolischer Rekonstruktionsverfahren" bestimmte, geometrisch beschreibbare Objekte rekonstruiert werden. Solche Objekte sind insbesondere Blutgefäße, die durch intraarteriell injiziertes Kontrastmittel mit hohem Kontrast auf den Bildern identifizierbar sind. Solche symbolische Rekonstruktionsverfahren, die z.B. in der WO 97/49065 A1 und WO 2001/85030 A1 beschrieben sind, haben jedoch den Nachteil, dass sie Voraussetzungen über den Inhalt des zu rekonstruierenden Bilddatensatzes machen und zudem auf Hochkontrastobjekte beschränkt sind. Ferner ist eine Benutzerinteraktion, z.B. das Markieren von bestimmten Landmarken in zwei oder mehreren Bildern, unumgänglich.
  • Außerdem sind tomographische Verfahren bekannt, die Bewegungskorrekturverfahren einsetzen, um mehr als nur einzelne Projektionsbilder für die Rekonstruktion benutzen zu können (siehe z.B. C. Blondel, G. Malandain, R. Vaillant, N. Ayache: „4D deformation field of coronary arteries from monoplane rotational X-ray angiography", Computer Assisted Radiology and Surgery, 2003 Proceedings, Vol. 1256 of ICS, London, Großbritannien, Juni 2003, Elsevier Science B.V.). Die Grundidee ist die Anwendung von Bewegungskorrekturverfahren bei der Bildrekonstruktion. Das Verfahren von Blondel verwendet dazu z.B. symbolische Rekonstruktionsverfahren, um ein Modell der Koronararterien zu erstellen. Dieses Modell wird dann an die gesamte Sequenz der Projektionsbilder, die sich mit dem Herzzyklus verändern, angepasst, um ein vierdimensionales „Deformationsfeld" zu erzeugen, welches die Bewegung der Arterien über den Herzzyklus wiedergibt. Dieses Verfahren zieht jedoch wieder den Nachteil der Benutzerinteraktion und der Beschränkung auf Hochkontrastobjekte nach sich.
    •
  • Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rekonstruktion eines 3D-Bilddatensatzes eines bewegten Objektes aus einem Satz Projektionsbilder bereitzustellen, welche keine Benutzerinteraktion erfordern und dennoch ein hochwertiges Bild des Objektes liefern.
  • Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ausgehend von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren die fol genden Schritte: (a) der Satz Projektionsbilder wird in mehrere Teilsätze aufgeteilt, die jeweils während einer bestimmten Bewegungsphase des Objekts aufgenommen wurden; (b) aus jedem Teilsatz der Projektionsbilder wird mittels lokaler Tomographie ein unvollständiges 3D-Bild des Objekts rekonstruiert; (c) aus den unvollständigen 3D-Bildern werden Bewegungsfelder des Objekts ermittelt, welche jeweils die Bewegung des Objekts zwischen zwei aufeinander folgenden Bewegungsphase wiedergeben; und (d) der Satz Projektionsbilder wird zu dem 3D-Bilddatensatz rekonstruiert, wobei mittels der Bewegungsfelder eine Bewegungskorrektur erfolgt.
  • Mit „Bewegungsfeld" ist hier ein Vektorfeld gemeint, welches die Verschiebungen des abgebildeten Objekts vom Zeitpunkt einer Bildaufnahme bis zum Zeitpunkt der nächsten Aufnahme beschreibt. Der Begriff Verschiebung beinhaltet Translation, Rotation, Deformation etc.
  • Die Erfindung nutzt Verfahren der so genannten „lokalen Tomographie" für die Rekonstruktion von zeitaufgelösten Bewegungsfeldern des sich bewegenden Objekts. Anschließend wird in Schritt (d) eine normale 3D-Rekonstruktion der Daten unter Berücksichtigung der Bewegungsfelder durchgeführt.
  • Hierbei wird in einem ersten Schritt der Satz Projektionsbilder in mehrere Teilsätze aufgeteilt, die jeweils während einer bestimmten Bewegungsphase des Objekts aufgenommen wurden. Ist das Objekt das Herz oder ein dem Herzschlag unterworfenes Organ im Körper, geschieht dies gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch Aufnahme eines Elektrokardiogramms (EKG) und so genanntes EKG-Gating. Dabei werden aus allen Projektionen nur diejenigen ausgewählt, die aus einem bestimmten Zeitfenster des Herzzyklus stammen. Typischerweise wählt man ein Intervall im Größenbereich von etwa 5% bis 30% des Herzzyklus, so dass sich die Datenmenge bzw. die Anzahl der Projektionsbilder entsprechend verringert. Dieser unvollständige Teilsatz der Projektionsbilder wird nun mittels Lokaler Tomographie rekonstruiert.
  • Verfahren der lokalen Tomographie sind z.B. in dem US-Patent 5,550,892 und in den Artikeln von A. Katsevich: „Cone Beam Local Tomography", SIAM J. Appl. Math., VSl. 59, No. 6, pp. 2224-2246, 1999, von A.K. Louis, P. Maass "Contour reconstruction in 3-D X-ray CT", IEEE Trans. Medical Imaging, Vol. 12, pp. 764-769, 1993 und von A. Faridani, E.L. Ritman, K.T. Smith: "Local tomography" und "Examples of local tomography", SIAM J. Appl. Math., Vol. 52, pp. 459-484 dzw. pp. 1193-1198, 1992 beschrieben.
  • Die Verfahren der lokalen Tomographie (engl. „Local Tomography") sind dazu geeignet, aus unvollständigen zweidimensionalen Parallel-, Kegel- oder Fächerstrahl-Projektionsbildern einen 3D-Bilddatensatz zu rekonstruieren. Unvollständig bedeutet hier, dass die Projektionen sowohl aus einem beschränkten Winkelbereich stammen können (also einem kleineren Bereich als die für die konventionelle 3D-Kegelstrahl-Rekonstruktion benötigten 180° + Fächerwinkel, wie hier der Fall), als auch abgeschnitten sein können.
  • Das daraus mittels lokaler Tomographie rekonstruierte 3D-Bild ist jedoch ebenfalls unvollständig, z.B. enthält es nur gewisse Ausschnitte des abgebildeten Objektes. Lokale Tomographie eignet sich nämlich besonders zur Rekonstruktion von Intensitätssprüngen (auch Kanten oder Intensitätskanten genannt) im Objekt, welche oft die Konturen des Objektes darstellen. Für die Rekonstruktion eines Segmentes einer Intensitätskante werden bei diesem Verfahren nur Projektionsdaten benötigt, deren Strahlen im Wesentlichen tangential oder parallel zum Kantensegment verlaufen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden daher aus einem Teilsatz der Projektionsbilder, die aus einem limitierten Winkelbereich stammen, diejenigen Segmente von Intensitätskanten rekonstruiert, die näherungsweise tangential zur Projektionsrichtung eines dazugehörigen Projektionsbildes verlaufen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden diese unvollständigen, durch lokale Tomographie gewonnenen 3D-Bilder vor der Ermittelung der Bewegungsfelder bearbeitet, indem die Abschnitte zwischen vorhandenen Kantensegmenten zumindest teilweise ergänzt werden. Hierfür werden zunächst die vorhandenen Intensitätskanten extrahiert und dann die Lücken zwischen den vorhandenen Segmenten geschlossen. Dies kann durch Interpolation oder jedes andere geeignete Verfahren geschehen, wie z.B. Active Contours, auch „Snakes" genannt. Snakes sind parametrische Kurven, die in einem Optimierungsschritt an Bildstrukturen angepasst werden. Dabei werden sowohl Bildinformation als auch die Kurvenform berücksichtigt. In den so vervollständigten 3D-Bildern sind vorzugsweise große Teile der Kontur des bewegten Objekts identifizierbar.
  • Das Schließen der Kantenlücken wird jedoch nicht immer eindeutig lösbar sein. Um Mehrdeutigkeiten in der Zuordnung der Kantensegmente zu vermeiden, kann zusätzlich die Sprunghöhe einer Kante mittels besonderer Verfahren der Lokalen Tomographie, wie z.B. in US 5,550,892 beschrieben, ermittelt werden, um z.B. über Außen- und Innenseite einer Oberfläche entscheiden zu können.
  • Nach dieser Vervollständigung der Konturen können bevorzugt bekannte Verfahren der Bildkorrelation oder „Curve Matching" angewendet werden, um die Kanten zweier aufeinander folgender Bilder aufeinander abzubilden. Die dabei gefundene Zuordnung stellt das Bewegungsfeld zu dem zwischen beiden Bildern liegenden Zeitpunkt dar.
  • Im letzten Schritt (d) werden die Projektionsbilder vorzugsweise einem konventionellen 3D-Rekonstruktionsverfahren unterworfen. Hierbei wird jedoch mittels der Bewegungsfelder eine Bewegungskorrektur durchgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Rekonstruktionsvolumen vor der Verarbeitung jeder Projektion mit dem der jeweiligen Bewegungsphase entsprechenden Bewegungsfeld verzerrt. Dieses Verfahren ist für auf andere Weise berechnete Bewegungsfelder bekannt und z.B. in dem oben genannten Artikel von C. Blondel beschrieben.
  • Das oben beschriebene Verfahren wird vorzugsweise bei einem Röntgengerät mit einer Röntgenröhre und einem Röntgendetektor verwendet, die während der Aufnahme um einen Patienten rotieren, besonders bevorzugt bei einem Angiographiesystem oder einem C-Bogensystem.
  • Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung gerichtet, die vorzugsweise zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist und besonders bevorzugt ein Röntgen-Angiographiesystem oder C-Bogensystem ist.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung von drei Bewegungsphasen (Frames) eines sich bewegenden Objekts;
  • 2 mittels lokaler Tomographie rekonstruierte Bilder des Objekts der 1, die jeweils einer der drei Bewegungsphasen entsprechen;
  • 3 mittels lokaler Tomographie rekonstruierte Bilder des Objekts der 1, die jeweils einer der drei Bewegungsphasen entsprechen;
  • 4 eine schematische Darstellung der durch Interpolation ergänzten Bilder der 2 und 3;
  • 5 eine schematische Darstellung der Gewinnung des Bewegungsfeldes aus den Bildern der 4;
  • 6 ein Flussdiagram, welches ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert;
  • 7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Zur Veranschaulichung ist in 1 ein kreisförmiges Objekt 3 dargestellt, das sich hin- und her bewegt und sich dabei über drei Zeitschritte (Frames) von links nach rechts bewegt. Zur Vereinfachung wird in diesem Beispiel das 2D-Rekonstruktionsproblem betrachtet, wobei die kreisförmige Fokustrajektorie in der Papierebene liegt. D.h., die Projektionsrichtungen der aufgenommenen (eindimensionalen) Projektionsbilder liegen in der Papierebene.
  • Von diesem hin- und herpendelnden Objekt werden nun von einem langsam um das Objekt rotierenden Bildaufnahmesystem Projektionsbilder gemacht. Währenddessen wird der Bewegungszustand des Objekts durch ein beliebiges Verfahren gemessen. Die Projektionsbilder werden aufgeteilt in drei Teilsätze, die jeweils aufgenommen wurden, während das Objekt sich in der gleichen Bewegungsphase befand (Gating). Im Flussdiagramm der 6 ist dieser Schritt des EKG-Gating mit 30 bezeichnet. Jeder Teildatensatz deckt nur bestimmte Winkelsegmente ab und wird mittels lokaler Tomographie in Schritt 32 zu einem (unvollständigen) Bild rekonstruiert, welche in 2 dargestellt sind. In 2 wurden bereits die Kanten (Intensitätssprünge) extrahiert, und es zeigt sich, dass nur solche Kanten rekonstruiert wurden, die parallel zu der Projektionsrichtung der zu diesem Teilsatz gehörigen Projektionsbilder verlaufen. Da jeweils 8 Kantensegmente rekonstruiert wurden, hat das Objekt während eines Durchlaufs des Bildaufnahmesystems offenbar 8 Hin- und Herbewegungen durchlaufen. Dies entspricht etwa der Anzahl Herzschläge, die das Herz während einer 8 Sekunden langen Bildaufnahme durchführen würde.
  • Im gezeigten Beispiel wurden nur 3 Bewegungsphasen ausgewählt, bei einer klinischen Untersuchung kann der Herzzyklus jedoch auch in 6, 8, 10 oder 12 Zeitfenster aufgeteilt werden, die vorzugsweise äquidistant über den Herzzyklus verteilt sind.
  • Die in 2 und 3 gezeigten Bilder werden in einem nächsten Schritt nachbearbeitet, indem die durch lokale Tomographie rekonstruierten Kanten vervollständigt werden. Dieser Schritt ist fakultativ und daher in 6 nicht dargestellt. Aufgrund der einfachen geometrischen Form des Objekts ist dies im gezeigten Beispiel relativ einfach und kann durch bekannte Interpolationsalgorithmen oder durch das o.g. „Active Contours" geschehen. Das Ergebnis sind die in 4 gezeigten Bilder, die jeweils die Konturen 6 des Objekts in den drei Zeitfenstern bzw. Bewegungsphasen zeigen.
  • Nach der Vervollständigung der Konturen werden bekannte Verfahren der Bildkorrelation oder „Curve Matching" angewendet, um die Kanten zweier aufeinander folgender Bilder aufeinander abzubilden, wie in 5 gezeigt. Dabei werden jeweils zwei den gleichen Objektpunkt darstellende Punkte in zwei aufeinander folgenden Konturbildern 6 durch einen Verschiebungsvektor 10 aufeinander abgebildet (Schritt 34 in 6). Die Gesamtheit der Verschiebungsvektoren 10 ergibt das Bewegungsfeld 8 zwischen zwei aufeinander folgenden Konturbildern 6. Das Bewegungsfeld des gesamten Objekts 3 wird durch Inter- und Extrapolation ermittelt. In der Literatur wird mit „Bewegungsfeld" auch oft das vierdimensionale Vektorfeld bezeichnet, welches alle Verschiebungsvektoren zwischen allen aufeinander folgenden Konturbildern einer Zeitreihe zusammenfasst.
  • Im gezeigten Beispiel ist das Objekt 3 starr und daher sind alle Verschiebungsvektoren 10 zueinander parallel und gleich groß, bei der Kontraktionsbewegung des Herzens wäre dies jedoch nicht der Fall.
  • Mithilfe des ermittelten Bewegungsfeldes 8 kann jetzt eine 3D-Rekonstruktion derart bewegungskorrigiert durchgeführt werden, dass ein 3D-Bilddatensatz des Objekts 3 ohne oder mit erheblich verringerten Bewegungsartefakten errechnet werden kann (Schritt 36 in 6). Dabei wird z.B. in jeder Herzphase das 3D-Bildraster mit dem der jeweiligen Herzphase entsprechenden Bewegungsphase verzerrt, wie im o.g. Artikel von C. Blondel oder in J.D. Pack, F. Noo: „Dynamic computed tomography with known motion field", Proc. SPIE, Vol. 5370, Seiten 2097 bis 2104, 2004, beschrieben.
  • Das Flussdiagramm der 6 zeigt die oben beschriebenen Verfahrensschritte 30 bis 38 im Überblick.
  • Schließlich ist in 7. ein Röntgen-Bildgebungssystem 1 gezeigt, in dem das erfindungsgemäße Verfahren implementiert sein kann. Es handelt sich hierbei um ein C-Bogensystem mit einem C-Bogen 12, der frei um eine Patientenliege 18 verfahrbar ist und an dessen Armen eine Röntgenröhre 14 und ein Röntgendetektor 16 befestigt sind. Auf der Liege 18 ist ein Patient 20 gebettet, dessen Herz 2 untersucht werden soll. Dabei kann, wie oben erläutert, der C-Bogen in ca. 2 bis 40 Sekunden um den Patienten rotieren und dabei zahlreiche Projektionsbilder aus einem Winkelbereich von über 180° aufnehmen. Die Bilddaten werden an einen Bildverarbeitungsrechner 24 übertragen, der ein Rechenmodul 22 enthält. In diesem Rechenmodul 22 können die Projektionsbilder auf die oben beschriebene Weise verarbeitet und dadurch ein bewegungskorrigierter 3D-Bilddatensatz des Herzens 2 erhalten werden. Dieser kann auf dem Bildschirm 26 dargestellt werden.
  • Anstelle des gezeigten Monoplangeräts 1 kann auch ein Biplangerät verwendet werden, mit dem jeweils zwei Projektionsbilder gleichzeitig aufgenommen werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch bei Mehrfach-Rotationen des C-Bogens anwenden. In diesem Fall wird das aus der lokalen Tomographie berechnete Bewegungsfeld benutzt, um die trotz Mehrfach-Rotation in bestimmten Fällen verbleibenden Lücken zu berücksichtigen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für folgende Anwendungen: Abbildung der Koronararterien nach intravenöser oder intraarterieller Injektion von Kontrastmit tel; Abbildung der Herzkammern (Atria, Ventrikel) nach intravenöser oder intraarterieller Injektion von Kontrastmittel z.B. zur Planung von interventionellen oder elektrophysiologischen Prozeduren; Abbildung der Koronarvenen zur Planung von elektrophysiologischen Eingriffen.
  • Die Erfindung bietet die Möglichkeit, ohne zeitaufwändige Benutzerinteraktion 3D-Rekonstruktionen mit hoher Zeitauflösung mit wenig Artefakten zu erreichen. Im Gegensatz zu den meisten existierenden Bewegungskorrektur-Verfahren hat diese Erfindung den Vorteil, auch auf Niedrigkontrast-Objekte anwendbar zu sein, wenn sich Kanten mittels lokaler Tomographie abbilden lassen. Insbesondere könnte so eine Abbildung des Herzens mit intravenöser statt intraarterieller Injektion möglich werden.
  • Der Vorteil gegenüber interaktiven Verfahren ist neben der Zeitersparnis auch die breite Anwendbarkeit, d.h. es lässt sich auf jede mit dem EKG korreliert bewegte Struktur anwenden, und ist nicht auf das Herz oder die Koronararterien beschränkt.
  • Darüber hinaus lässt sich das Verfahren auch zur Korrektur anderer, periodischer Bewegungen anwenden wie z.B. Atembewegung. Letztlich sind nahezu alle Organe des Thorax und Abdomen von der Atembewegung betroffen, weswegen heute tomographische Aufnahmen unter Atemanhalten aufgenommen werden. Beispielsweise lässt sich mithilfe eines Spirometers die Atemphase bestimmen und den zu dieser Zeit akquirierten Projektionsbildern zuordnen.
  • Das Verfahren dieser Erfindung kann auch mit der Datenaufnahme mittels Mehrfach-Rotationen kombiniert werden. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Zeitauflösung noch weiter verbessern lässt.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Rekonstruktion eines 3D-Bilddatensatzes (38) eines bewegten Objektes (3) aus einem Satz Projektionsbilder, die zumindest teilweise nacheinander aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen wurden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (a) der Satz Projektionsbilder wird in mehrere Teilsätze aufgeteilt (30), die jeweils während einer bestimmten Bewegungsphase des Objekts (3) aufgenommen wurden; (b) aus jedem Teilsatz der Projektionsbilder wird mittels lokaler Tomographie ein unvollständiges 3D-Bild (4) des Objekts (3) rekonstruiert (32); (c) aus den unvollständigen 3D-Bildern (4) werden Bewegungsfelder (8) des Objekts (3) ermittelt (34), welche jeweils die Bewegung des Objekts (3) zwischen zwei aufeinander folgenden Bewegungsphasen wiedergeben; und (d) der Satz Projektionsbilder wird zu dem 3D-Bilddatensatz (38) rekonstruiert, wobei mittels der Bewegungsfelder (8) eine Bewegungskorrektur erfolgt (36).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels lokaler Tomographie gewonnenen unvollständigen 3D-Bilder (4) jeweils zumindest ein Segment einer Intensitätskante im Objekt (3) enthalten, wobei das Segment im Wesentlichen parallel zu der Projektionsrichtung eines zum dazugehörigen Teilsatz gehörigen Projektionsbildes ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unvollständigen 3D-Bilder (4) zwischen Schritt (b) und (c) bearbeitet werden, indem die Intensitätskanten durch Interpolation zwischen den vorhandenen Segmenten zumindest teilweise ergänzt werden (6).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbilder Röntgenbilder sind, die durch eine Röntgenröhre (14) und einen Röntgendetektor (16) aufgenommen wurden, die während der Aufnahmen um das Objekt (3) rotieren.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Aufnahme der Bewegungszustand des Objektes (3) direkt oder indirekt gemessen wird und die Projektionsbilder mit Hilfe dieser Messung den einzelnen Bewegungsphasen des Objekts (3) zugeordnet werden (30).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegte Objekt (3) das Herz (2) oder ein dem Herzschlag unterworfenes Organ im lebenden menschlichen oder tierischen Körper ist, dessen Bewegung durch ein EKG gemessen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbilder anhand der EKG-Messung jeweils einer bestimmten Bewegungsphase des Herzens zugeordnet werden (30).
  8. Vorrichtung zur Rekonstruktion eines 3D-Bilddatensatzes (38) eines bewegten Objektes (3) aus einem Satz Projektionsbilder, die zumindest teilweise nacheinander aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen wurden, dadurch gekennzeichnet Rechenmittel (22) zur (a) Aufteilung des Satzes Projektionsbilder in mehrere Teilsätze, die jeweils während einer bestimmten Bewegungsphase des Objekts (3) aufgenommen wurden (30); (b) Rekonstruktion von jedem Teilsatz der Projektionsbilder zu einem unvollständigen 3D-Bild (4) des Objekts (3) mittels lokaler Tomographie (32); (c) Ermittlung von Bewegungsfeldern (8) des Objekts (3) aus den unvollständigen 3D-Bildern (4), welche jeweils die Bewegung des Objekts (3) zwischen zwei aufeinander folgenden Bewegungsphasen wiedergeben (34); und (d) Rekonstruktion des Satzes Projektionsbilder zu dem 3D-Bilddatensatz (38), wobei mittels der Bewegungsfelder (8) eine Bewegungskorrektur erfolgt (36).
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 7 aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Röntgengerät (1) ist, bei welchem eine Röntgenröhre (14) und ein Röntgendetektor (16) um das Objekt (3), insbesondere einen Patienten (20), verfahrbar sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein C-Bogensystem (1) ist, bei welchem Röntgenröhre (14) und Röntgendetektor (16) an einem um das Objekt (3) rotierbaren C-Bogen (12) befestigt sind.
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