DE60030507T2

DE60030507T2 - Volumetrische Bildrekonstruktion

Info

Publication number: DE60030507T2
Application number: DE60030507T
Authority: DE
Inventors: Dominic J. Aurora Heuscher
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: US6343108B1; EP1061476A2; EP1061476B1; JP2001057976A; US6574298B2; ATE338987T1; EP1061476A3; DE60030507D1; US20020122529A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bildrekonstruktion. Sie findet insbesondere Anwendung in Verbindung mit der Rekonstruktion von Röntgenübertragungsdaten von Computer-Tomographie-Scannern (CT-Scannern), die ein Kegelstrahlenbündel oder Keilstrahlenbündel auf einer spiralförmigen Trajektorie bewegen, und wird unter besonderer Bezugnahme darauf beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung auch Anwendung in Verbindung mit der Rekonstruktion von Daten von CT-Scannern, Nuklearkameras und anderen Scannern findet, die Daten verarbeiten, welche nicht-parallele Trajektorien darstellen.
Herkömmlicherweise beinhalten Spiral- oder Helikal-CT-Scanner eine Röntgenquelle, die eine dünne Strahlungsschicht oder ein dünnes Strahlenbündel eindringender Strahlung projiziert. Die Röntgenquelle ist so angebracht, dass sie sich um ein Objekt drehen lässt, das entlang der Rotationsachse verschoben wird. Ein Bogen oder Ring von Strahlungsdetektoren empfängt die Strahlung, die das Objekt durchquert hat. Die Daten von den Strahlungsdetektoren stellen eine einzelne spiralförmige Schicht durch das Objekt dar. Die Daten von den Detektoren werden zu einer dreidimensionalen Bilddarstellung rekonstruiert.
Derzeitige Spiral-CT-Scanner mit zwei der drei Detektorringen verbessern die Datenerfassungsgeschwindigkeit und erlauben das Abtasten dünner Slabs. Es wurden mehrere 3D-Bildrekonstruktionsverfahren zur Rekonstruktion von Daten von Spiralkegelstrahlenbündel- oder Keilstrahlenbündelsystemen vorgeschlagen. In unserer US-amerikanischen Patentschrift Nr. 5.626.660 wird zum Beispiel ein Bildrekonstruktionsverfahren für Spiralteilkegelstrahlenbündeldaten beschrieben, bei dem der Datenstrom in zwei Teile aufgeteilt wird, die separat verarbeitet und dann wieder zusammengeführt werden. Zusätzlich verarbeiten andere ähnliche Rekonstruktionsverfahren einen einzelnen Datenstrom. Diese dreidimensionalen Rekonstruktionsverfahren sind im Allgemeinen mit einem erhöhten Rechenaufwand und höherer Komplexität verbunden. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass diese Rekonstruktionsverfahren eine „echte 3D-Rekonstruktion" mit einer 3D-Rückprojektion von gefalteten Projektionen durchführen.
Im Gegensatz hierzu erfreuen sich aktuelle 2D-Spiralrekonstruktionsverfahren eines verringerten Rechenaufwands und einer größeren Einfachheit. Die aktuellen 2D-Spiralrekonstruktionsverfahren begrenzen jedoch die Anzahl der Ringe oder Kegelwinkel, über die man genaue Rekonstruktionen erlangen kann. Eine weitere Schwierigkeit bei der Rekonstruktion von Spiralkegel- oder Keilstrahlenbündeldaten ist die Eliminierung von redundanten Datenstrahlengängen.
In „Three-Dimensional Helical-Scan Computed Tomography Using Cone-Beam Projections" von Hiroyuki Kuda und Tsuneo Saito, Systems and Computers in Japan, S. 75–82, Band 23, Nr. 12, 1992 bewegt sich eine ein Kegelstrahlenbündel emittierende Röntgenquelle auf einer spiralförmigen Trajektorie. Ein Detektor erfasst Daten durch Detektieren der Strahlung des Kegelstrahlenbündels nach dem Durchqueren einer Untersuchungsregion. Die Daten werden anhand von z.B. des Rekonstruktionsverfahrens von Feldkamp zweidimensional in Ebenen rückprojiziert, die senkrecht zur Rotationsachse der spiralförmigen Trajektorie verlaufen.
In dem Dokument EP 0 919 954 A1 werden ein Gerät und ein Verfahren zum Erzeugen eines kontinuierlichen Echtzeitbildes beschrieben, bei dem sich eine Röntgenquelle um eine Untersuchungsregion dreht. Die Röntgenquelle sendet ein fächerförmiges Strahlenbündel aus, das die Untersuchungsregion durchquert, während sich die Röntgenquelle dreht. Nachdem das fächerförmige Strahlenbündel die Untersuchungsregion durchquert hat, wird es empfangen und in elektronische Daten umgewandelt. Die elektronischen Daten werden vom Fächerstrahlenbündelformat zu einem Parallelstrahlenbündelformat interpoliert, in dem die interpolierten elektronischen Daten verwendet werden, um eine Bilddarstellung eines in der Untersuchungsregion befindlichen Objekts zu rekonstruieren und in Echtzeit zu aktualisieren. Es wird also ein Computertomographie-Verfahren beschrieben, das die Datenerfassung mittels eines fächerförmigen Strahlenbündels und einer zweidimensionalen Echtzeitrekonstruktion umfasst.
In dem Dokument EP 0 713 678 A1 werden ein Gerät und ein Verfahren zur Bildgebung beschrieben, bei dem sich eine Röntgenquelle auf einer spiralförmigen Trajektorie um eine Untersuchungsregion dreht. Detektoren wandeln die Strahlung, die die Untersuchungsregion durchquert hat, in elektronische Daten um. Die elektronischen Daten werden gesammelt und in Spiraldatensätzen gespeichert. Die elektronischen Daten werden in Spiraldatensätzen gespeichert, wobei jeder Datensatz aus elektronischen Daten besteht, die entlang eines Spiralbogensegments von weniger als einer Umdrehung erfasst wurden. Nach Maßgabe einer ausgewählten Schichtdicke werden Gewichtungswerte erzeugt, und die elektronischen Daten von einer Vielzahl von Spiraldatensätzen werden gewichtet und gemäß den entsprechenden Gewichtungswerten kombiniert. Die kombinierten gewichteten elektronischen Daten werden zu einer Bilddarstellung einer einzigen dicken Schicht rekonstruiert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren der volumetrischen Bildrekonstruktion die Erfassung von Teilkegelstrahlenbündeldaten in zweidimensionalen Anordnungen an einer Vielzahl von Abtastpositionen, wo die erfassten Daten Strahlengängen entsprechen, die ausgehend von einem gemeinsamen Scheitelpunkt in zwei Dimensionen divergieren, wenn sich der Scheitelpunkt auf einem spiralförmigen Pfad bewegt. Es wird Vielzahl von zweidimensionalen schrägen Oberflächen in einer interessierenden Region definiert, so dass die Dispersion der genannten schrägen Oberflächen minimiert wird und Strahlengänge, die die Vielzahl schräger Oberflächen durchqueren, definiert werden. Die Daten aus den identifizierten Strahlengängen werden zu einem Rekonstruktionszylinder mit einer Achse entlang einer z-Richtung rekonstruiert. Aus den rekonstruierten Schrägoberflächendaten wird ein Volumendatensatz erzeugt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion aus Teilkegelstrahlenbündeldaten Mittel zum Erfassen der Teilkegelstrahlenbündeldaten in zweidimensionalen Anordnungen an einer Vielzahl von Abtastpositionen, wo die erfassten Daten Strahlengängen entsprechen, die ausgehend von einem gemeinsamen Scheitelpunkt in zwei Dimensionen divergieren, wenn sich der Scheitelpunkt auf einem kontinuierlichen Pfad bewegt. Das Gerät umfasst weiterhin Mittel zum Definieren einer Vielzahl von schrägen Oberflächen durch eine interessierende Region, so dass die Dispersion der genannten schrägen Oberflächen minimiert wird, Mittel zum Identifizieren von Strahlengängen, die die Vielzahl schräger Oberflächen durchqueren, Mittel zum Rekonstruieren von Daten aus den identifizierten Strahlengängen zu einem Rekonstruktionszylinder mit einer Achse entlang einer z-Richtung, und Mittel zum Erzeugen eines Volumendatensatzes aus den rekonstruierten Schrägoberflächendaten.
Im Folgenden werden Möglichkeiten zur Ausführung der Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines computertomographischen (CT) Diagnosesystems gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
2A eine erweiterte Sagittalansicht eines Rekonstruktionszylinders mit einem Radius r_c und einer Länge z_c gemäß der vorliegenden Erfindung;
2B eine erweiterte dreidimensionale Ansicht eines Rekonstruktionszylinders aus 2A mit einem an drei Stellen entlang der z-Richtung überlagerten Kegelstrahlenbündel;
2C eine Axialansicht des Rekonstruktionszylinders aus den 2A und 2B;
2D eine schematische Darstellung der Schrägoberflächenableitung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 einen Ablaufplan, der das erfindungsgemäße Interpolationsverfahren darstellt; und
4A–4D Ablaufpläne, die alternative Ausführungsformen des Rekonstruktionsverfahrens mit schrägen Oberflächen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Bezug nehmend auf 1 umfasst ein Computertomograpie-Scanner (CT) 10 eine stationäre Gantry 12, die eine Untersuchungsregion 14 definiert. An der stationären Gantry 12 ist eine rotierende Gantry 16 zur Drehung um die Untersuchungsregion 14 befestigt. An der rotierenden Gantry 16 ist eine Quelle von eindringender Strahlung 20, zum Beispiel eine Röntgenröhre, angeordnet, die sich mit dieser dreht. Die Quelle eindringender Strahlung ist kollimiert, um ein kegelförmiges Strahlenbündel 22 zu erzeugen, das die Untersuchungsregion 14 durchquert, während sich die rotierende Gantry 16 dreht. Eine Kollimator- und Blendenbaugruppe 24 formt das Strahlenbündel 22 und blendet das Strahlenbündel 22 selektiv ein und aus. Alternativ wird das Strahlenbündel 22 an der Quelle 20 elektronisch ein- und ausgeblendet.
Eine Objektaufnahme 30, zum Beispiel eine Liege oder dergleichen, trägt ein zu untersuchendes oder abzubildendes Objekt oder nimmt es anderweitig zumindest teilweise innerhalb der Untersuchungsregion 14 auf. Darüber hinaus wird, während sich die rotierende Gantry 16 dreht, die Aufnahme 30, und folglich auch das Objekt darauf, entlang einer zentralen Horizontalachse der Untersuchungsregion 14 verschoben. Auf diese Weise folgt die Quelle 20 einem spiralförmigen Pfad relativ zum Objekt. Optional bleibt die Aufnahme 30 in einer alternativen Ausführungsform stationär, während die „stationäre Gantry" 12 verschoben oder anderweitig relativ zum Objekt bewegt wird, so dass die Quelle 20 ei nem spiralförmigen Pfad relativ dazu folgt.
Bei dem dargestellten CT-Scanner der vierten Generation sind peripher um die Untersuchungsregion 14 herum mehrere Ringe von Strahlungsdetektoren 40 an der stationären Gantry 12 angebracht. Alternativ wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein CT-Scanner der dritten Generation mit einer zweidimensionalen Anordnung von Strahlungsdetektoren 40 eingesetzt, die auf einer der Quelle 20 gegenüberliegenden Seite der Untersuchungsregion 14 so an der rotierenden Gantry 16 angebracht sind, dass sie den vom kegelförmigen Strahlenbündel 22 definierten Bereich überspannen. Ungeachtet der Konfiguration sind die Strahlungsdetektoren 40 so angeordnet, dass eine zweidimensionale Anordnung davon die von der Quelle 20 emittiere Strahlung empfängt, nachdem sie die Untersuchungsregion 14 durchquert hat.
Bei einer Quellenkegelgeometrie wird eine Anordnung von Detektoren, die die von der Quelle 20 emittierte Strahlung 22 überspannen, gleichzeitig in kurzen Zeitintervallen abgetastet, wenn sich die Quelle 20 hinter der Untersuchungsregion 14 dreht, um eine Quellenansicht zu erzeugen. Bei einer Detektorkegelgeometrie wird jeder Detektor bei jeder von einer Vielzahl von Umdrehungen mehrere Male abgetastet, wenn sich die Quelle 20 hinter der Untersuchungsregion 14 dreht, um eine Detektoransicht zu erzeugen. Der Pfad zwischen der Quelle 20 und jedem der Strahlungsdetektoren 40 wird als Strahlengang bezeichnet.
Die Strahlungsdetektoren 40 wandeln die detektierte Strahlung in elektronische Daten um. Das heißt, jeder der Strahlungsdetektoren erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zur Intensität der empfangenen Strahlung ist. Optional kann ein Referenzdetektor Strahlung detektieren, die die Untersuchungsregion 14 nicht durchquert hat. Eine Differenz zwischen der Größe der vom Referenzdetektor und jedem aktiven Strahlungsdetektor 40 empfangenen Strahlung liefert einen Hinweis auf das Ausmaß der Strahlungsdämpfung oder -absorption entlang eines entsprechenden Strahlengangs der abgetasteten Strahlung.
Bei der Detektoransichtgeometrie stellt jede Ansicht oder zweidimensionale Anordnung von Daten einen Strahlengangkegel mit Scheitelpunkt an einem der Strahlungsdetektoren 40 dar, der über eine oder mehrere kurze Zeitdauern von den Detektoren erfasst wurde, während sich die Quelle 20 hinter der Untersuchungsregion 14 dreht. Bei der durch gleichzeitiges Abtasten von Detektoren erfassten Quellenansichtgeometrie hat jede Ansicht eine komplette zweidimensionale Anordnung von Daten, die einen Strahlengangkegel mit Scheitelpunkt an der Quelle 20 und einen Strahlengang von der Quelle zu jedem Detektor darstellt. Bei einer Quellenansicht wird die Auflösung durch die Detektorgröße begrenzt und die Anzahl der Ansichten durch die Abtastrate. Bei einer Detektoransicht wird die Auflösung durch die Abtastrate begrenzt und die Anzahl der Ansichten durch die Detektorgröße bestimmt.
Eine Gantry-Erfassungsspeicherplatine 42 empfängt abgetastete Daten von den Strahlungsdetektoren 40 und Gantry-Geometrieparameter wie die Steigung der Spirale. Die Gantry-Erfassungsspeicherplatine 42 organisiert die Daten entweder zu einer Detektorkegelgeometrie oder einer Quellenkegelgeometrie und führt eine Welligkeitsfilterung durch, bevor sie die Daten an einen Steuerungsprozessor 44 weiterleitet, der eine Vielzahl von schrägen Oberflächen definiert und dessen Funktion weiter unten ausführlicher beschrieben wird. Ein Rekonstruktionsprozessor 50 verarbeitet die erfassten und manipulierten Daten von der Gantry-Erfassungsspeicherplatine 42 und dem Steuerungsprozessor 44 und projiziert sie schließlich zweidimensional in einen Bildspeicher 60 zurück, damit sie abgerufen und auf einer visuell lesbaren Anzeige 62, zum Beispiel einem Videomonitor, angezeigt werden können.
Insbesondere enthält der Rekonstruktionsprozessor 50 einen Interpolator 52, der Schrägoberflächenprojektionen basierend auf einer definierten ersten schrägen Oberfläche S₁(r, θ, z) interpoliert. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben ist, bildet eine Vielzahl dieser schrägen Oberflächen, die in Bezug auf die erste schräge Oberfläche jeweils gedreht und verschoben sind, das komplette Volumen eines Rekonstruktionszylinders C. Die 2A und 2B zeigen eine Sagittalansicht und eine entsprechende dreidimensionale Ansicht des Rekonstruktionszylinders C. Der Rekonstruktionszylinder C stellt das interessierende Volumen oder abgetastete Volumen für die spezielle gerade durchgeführte diagnostische Untersuchung dar. Mit anderen Worten, der Teil des Objekts, der untersucht wird, liegt innerhalb der Grenzen des Rekonstruktionszylinders. Wie in 2A dargestellt, hat der Rekonstruktionszylinder einen Radius r_c und eine Länge z_c.
Wie oben beschrieben bewegt sich die Strahlungsquelle 20 auf einer spiralförmigen Trajektorie H, die aus einer Vielzahl von Pfadsegmenten besteht, in Bezug auf das innerhalb der Untersuchungsregion 14 angeordnete Objekt. Die Spirale H mit Radius r_s und Steigung p erstreckt sich von einem Anfangswinkel Φ = –φ – π/2 bis Φ = 2πz_c/p + φ + π/2 für einen Gesamtwinkel von 2πz_c/p + 2φ + π, wobei φ = sin^–1 (r_c/r_s) der zusätzliche Rotationswinkel über π hinaus ist, um die schräge Oberfläche S₁(r, θ, z) komplett zu rekon struieren und in der Axialansicht des Rekonstruktionszylinders dargestellt ist (2c). Der minimale Drehwinkel für die Rekonstruktion jeder schrägen Oberfläche beträgt 2φ + π oder 180° plus dem Kegelwinkel oder Fächerwinkel der Strahlungsquelle. Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine spiralförmige Trajektorie beschrieben wurde, ist zu beachten, dass sie sich auf Scanner anwenden lässt, die andere Quellentrajektorien nutzen.
Bezug nehmend auf 2D und weiterhin Bezug nehmend auf 1 identifiziert der Interpolator 52, nachdem die schrägen Oberflächen einmal basierend auf Steuerungsparametern wie Spiralensteigung und Radius definiert sind 44, nicht-redundante Strahlengänge, die jede schräge Oberfläche durchqueren. Die schräge zweidimensionale Oberfläche S(r, θ, z) wird definiert, indem die detektierten Strahlengänge durch Interpolation der Kegelstrahlenbündelprojektionen iterativ so ausgerichtet werden, dass sie der mittleren (gewichteten) z-Achsenposition aller Strahlengänge entsprechen, die den Zylinder (r, θ) berühren, der sich zum äußeren Radius r_c des Rekonstruktionszylinders C erstreckt. Dieser iterative Vorgang wird ausgedrückt als
für r_n = 0 ... r_c, wobei:

W(θ_T): = 180° plus Fächergewichtung für Strahlengänge (T), die den Zylinder mit Radius r_i berühren,
Z_T(r_i, r_n, θ, z₀): = z-Achsen-Position bei (r_n, θ) für Strahlengänge (T), die den Zylinder mit Radius r_i berühren, und
Δθ(r_i, r_n): = Winkelinkrement zwischen Strahlengang-Schnittpunkten bei (r_n, θ).

Bezug nehmend auf 3 identifiziert der Interpolator 52 alle Strahlengänge, die einen Mittelpunkt (0, θ, z) jeder schrägen Oberfläche 70 schneiden. Der Interpolator 52 identifiziert dann iterativ Pixel, mindestens ein Pixel außerhalb vom Mittelpunkt jeder schrägen Oberfläche 72, wo diese Pixel eine Vielzahl von Oberflächenringen bilden, die sich vom Mittelpunkt zum Außenradius r_c des Rekonstruktionszylinders C erstrecken. Der Interpolator identifiziert dann iterativ Strahlengänge, die jeden der Vielzahl von Oberflächenringen berühren 74, und interpoliert dabei die am dichtesten benachbarten Strahlengänge 76, falls dies erforderlich ist.
Dieser Prozess definiert eine Vielzahl von schrägen Oberflächen in dem gesamten Rekonstruktionszylinder C, die in einem Zwischenspeicher gespeichert werden 78. Ferner führt der iterative Prozess zu einer Vielzahl von schrägen Oberflächen mit minimaler Dispersion, d.h. minimalen z-Achsen-Abweichungen der projizierten Strahlengänge von jeder Oberfläche S(r, θ, z). Im Fall einer Spirale mit konstanter Steigung wird jede der Vielzahl von schrägen Oberflächen in Bezug auf die erste schräge Oberfläche S₁(r, θ, z) gedreht und verschoben, um das komplette Volumen des Rekonstruktionszylinders C zu bilden, gegeben durch S(r, θ, z) = S(r, θ + 2π(z – z₀)/p, z₀) + z – z₀. Andernfalls verändern sich die schrägen Oberflächen entlang der Quellentrajektorie, wobei jede Oberflächendefinition ein Quellenpfadsegment von mindestens 180° plus Fächerwinkel erfordert.
Um das Volumen ausreichend abzutasten, wird der Abstand zwischen den rekonstruierten Oberflächen entlang der z-Achse so gewählt, dass er nicht mehr als die Hälfte der effektiven z-Achsen-Auflösung beträgt (≤ Δz/2). Die maximale Dispersion tritt bei dem Radius r_c auf. Ein „Dispersionsfaktor" ρ ist definiert als:
(maximale z-Achsen-Abweichung von der Oberfläche bei Radius r_c)/Δz,
wobei Δz die effektive z-Achsen-Auflösung ist. Es ist zu beachten, dass maximale Dispersionstoleranzen bei Ausführungsformen, bei denen dreidimensionale Oberflächen definiert werden und entsprechende dreidimensionale Rekonstruktionsalgorithmen verwendet werden, aufgrund der wesentlich größeren Genauigkeit der dreidimensionalen Ausführungsformen von geringerer Bedeutung sind.
Die interpolierten Strahlengänge, die jede rekonstruierte Oberfläche definieren, werden durch eine entsprechend glatte Gewichtungsfunktion W(θ) gewichtet 80, so dass sich die Gewichte aller entgegengesetzten Strahlengänge zu Eins summieren und allen anderen Strahlengänge einen Gewichtungsfaktor von Eins haben. Das bedeutet, Strahlengänge, die auf im Wesentlichen der gleichen Trajektorie in entgegengesetzten Richtungen wandern, werden durch einen Mittelwert von zwei ersetzt. Da der Dispersionsfaktor mit der Spiralensteigung zunimmt, kann ein Maximalwert des Dispersionsfaktors verwendet werden, um die maximale Steigung der Spirale zu definieren, die den Zylinder mit dem Radius r_c genau rekonstruiert.
Nachdem die Endoberflächen des Rekonstruktionszylinders einmal definiert sind, werden auch die Anfangs- und die Endkollimation des Kegelstrahlenbündels definiert. Alle gewichteten Projektionen ungleich Null, die erforderlich sind, um jede schräge Oberfläche zu rekonstruieren, werden auf eine Detektoroberfläche abgebildet 82, die den Rekonstruktionszylinder C umfasst und sich entlang der z-Achse über eine Strecke (projiziert bei r = 0) von ca. p/2 erstreckt. Die Detektoroberfläche ist je nach Spiralensteigung p leicht schräg zu der Normalen der z-Achse.
Es ist zu beachten, dass anstelle einer zweidimensionalen schrägen Oberfläche ein dünner Slab, zum Beispiel 3–6 im Wesentlichen parallele Reihen, definiert werden kann. Bei dieser Ausführungsform werden, nachdem die Strahlengänge oder Strahlung durch eine Oberfläche identifiziert wurden, die benachbarten Strahlengänge vorher und nachher in der geeigneten Richtung als zwei parallele Oberflächen eines Slab durchquerend betrachtet.
Wieder Bezug nehmend auf 1 gewichtet ein erster Datenprozessor 54 die Daten von den identifizierten Strahlengängen, die jede schräge Oberfläche durchqueren. Bei einer Ausführungsform wird eine herkömmliche Plus-Region-Gewichtung entlang Z(θ) basierend auf 180° Schrägoberflächenprojektionen und Endprojektionen angewendet. Zusätzlich wird optional eine Kegelstrahlenbündelwinkel-Gewichtung angewendet, um die Winkelverteilung der rückprojizierten Strahlengänge zu berücksichtigen. Ein zweiter Datenprozessor 56 empfängt die Daten vom ersten Datenprozessor 54 und unterzieht die Daten einer herkömmlichen zweidimensionalen Faltung. Ein Rückprojektor 58 empfängt die gefalteten Daten vom zweiten Datenprozessor 56 und projiziert nach der Kombination von komplementären Ansichten die Schrägoberflächenprojektionen über 180° zweidimensional zurück. Bei einer anderen Ausführungsform führt der Rückprojektor 58 eine V-gewichtete Rückprojektion der Schrägoberflächenprojektionen über die gesamten 180° plus Fächer durch. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine dreidimensionale Rückprojektion für Projektionssätze durchgeführt, wobei die Z-Interpolation der Projektionen einer linearen Position entlang der Bildmatrix der schrägen Oberflächen entspricht.
Es ist zu beachten, dass die interpolierten Projektionen, die jeder Oberfläche entsprechen, zu Fächerstrahlenbündel- oder Parallelstrahlenbündelprojektionen interpoliert werden können, je nach Dichte der bei einer Umdrehung der Spirale erfassten Ansichten.
Nachdem die schrägen Oberflächen einmal rekonstruiert sind, kann der Rekonstruktionszylinder C erneut auf einer orthogonalen Matrix C(x, y, z) abgetastet werden, indem die rekonstruierten Oberflächen S(x, y, z) für jeden (x, y)-Wert entlang der z-Richtung interpoliert werden. Mit anderen Worten C(x, y, z) wird ausgehend von der rekonstruierten Oberflächenmatrix S(x, y, z(x, y)) abgebildet.
Es ist zu beachten, dass Kompromisse zwischen dem Dispersionsfaktor und der Spiralensteigung gemacht werden können. Es können zum Beispiel für die gleiche Dispersion bei Radius r_c = 125 mm gegenüber r_c = 250 mm Abtastungen mit nahezu der doppelten Spiralensteigung verwendet werden.
Bezug nehmend auf die 4A–4D werden vier alternative Ausführungsformen für die Rekonstruktion von schrägen Oberflächen vorgesehen. 4A wird für Kegelstrahlenbündelabtastungen bevorzugt, wo der Kegelwinkel ausreichend eng ist, um eine genaue Rekonstruktion mit Hilfe einer einfachen 2D-Rückprojektion von schrägen Oberflächen zu erlauben. Insbesondere werden Daten in der nativen Abtastgeometrie aufgenommen 100, zum Beispiel flach, Quellenbogen oder Abtastzentrumbogen. Spalten und Reihen werden vorinterpoliert 105 oder um einen Faktor zwei mittels Interpolation hoher Ordnung aufwärtsabgetastet. Optional werden die erste und die letzte Reihe gegebenenfalls dupliziert. Mit anderen Worten, für Ausführungsformen, bei denen die Anzahl der Reihen klein ist, werden 180° Datenpunkte aus der ersten Reihe verwendet, um diese Punkte am Ende der letzten Reihe zu interpolieren. Die Reihen- und Spaltenelemente werden interpoliert 110, um gleichwinkelige Daten zu erzeugen, die orthogonal zu der z-Achse sind, wobei die Reihen und Teilreihen in gleichem Abstand auf der z-Achse liegen. Die Ansichten werden sowohl in azimuthaler als auch in radialer Richtung parallelisiert 115.
Im Anschluss an die Parallelisierung 115 wird ein Plus-Region-Gewichtungsalgorithmus 120 entlang Z(θ) basierend auf 180° Schrägoberflächenprojektionen und Endprojektionen durchgeführt. Um die Winkelverteilung der rückprojizierten Strahlengänge zu berücksichtigen, wird ein Kegelstrahlenbündelwinkel-Gewichtungsalgorithmus 125 durchgeführt. Elemente in jeder Reihe haben den gleichen Cosinus-Gewichtungswert, weil die Reihen gleichmäßig auf der z-Achse verteilt sind. Nach Beendigung der Projektionen entlang der Reihen wird eine FFT-Faltung 130 für alle Reihen durchgeführt. Im Anschluss an die Faltung werden die Schrägoberflächenprojektionen über jede Detektoroberfläche zu Schrägoberflächenprojektionsreihen und -spalten interpoliert 135.
Nach dem Kombinieren komplementärer Ansichten werden die Schrägoberflächenprojektionen zweidimensional über 180° rückprojiziert 140. Durch Interpolieren der Schrägoberflächenmatrizen entlang der z-Richtung wird ein rechteckiger (x, y, z)-Volumendatensatz erzeugt 145. Es ist zu beachten, dass die Abfolge der Rekonstruktionen entlang der z-Achse durch nicht mehr als die halbe Breite eines einzigen Strahlungsdetektors getrennt ist. Der resultierende Volumendatensatz wird entlang der z-Richtung gefiltert 150, um die effektive z-Achsen-Auflösung zu definieren.
4B liefert eine alternative Ausführungsform, die Kompromisse bei der Bildqualität mit sich bringt und das Hinzufügen einer linearen Tiefengewichtung während der zweidimensionalen Rückprojektion erfordert. Insbesondere werden die Daten in der nativen Abtastgeometrie, zum Beispiel flach, Quellenbogen oder Abtastzentrumbogen, erfasst 200. Spalten und Reihen werden vorinterpoliert 205 oder mittels Interpolation hoher Ordnung um einen Faktor zwei aufwärtsabgetastet. Optional werden die erste und die letzte Reihe bei Bedarf dupliziert. Mit anderen Worten, für Ausführungsformen mit einer kleinen Anzahl von Reihen werden die 180° Datenpunkte aus der ersten Reihe verwendet, um die Punkte am Ende der letzten Reihe zu interpolieren. Die Reihen- und Spaltenelemente werden interpoliert 210, um gleichwinkelige Daten zu erzeugen, die orthogonal zur z-Achse sind, wobei die Reihen und Teilreihen in gleichem Abstand auf der z-Achse liegen. Die Ansichten werden sowohl in azimuthaler als auch in radialer Richtung parallelisiert 215.
Im Anschluss an die Parallelisierung 215 werden die Schrägoberflächenprojektionen über das Ausmaß der Detektoroberfläche interpolier 220, wo die Schräge zwei Punkte auf den Endreihen berührt. Es wird eine Gewichtung 225 der Schrägoberflächenprojektion proportional zu dem inversen Abstand zwischen interpolierten Abtastwerten entlang U durchgeführt. Es ist zu beachten, dass U und V Projektionsraumrichtungen sind, wie in 2C dargestellt. Nach Beendigung der Projektionen entlang der Reihen wird eine FFT-Faltung 230 für alle Reihen durchgeführt. Im Anschluss an die Faltung wird ein Plus-Region-Gewichtungsalgorithmus entlang Z(θ) basierend auf 180° Schrägoberflächenprojektionen und Endprojektionen durchgeführt.
Die Schrägoberflächenprojektionen werden V-gewichtet, zweidimensional über die gesamten 180° plus Winkel rückprojiziert 240. Die V-Gewichtung wird mit einem linear gewichteten Wertesatz zwischen W_maxv(U) und W_minv(U) durchgeführt. Die V-Gewichtung kompensiert die gefalteten dispergierten Strahlengänge in jeder Schrägoberflächenprojektion. Durch Interpolieren der Schrägoberflächenmatrizen entlang der z-Richtung wird ein rechteckiger (x, y, z)-Volumendatensatz erzeugt 245. Es ist zu beachten, dass die Abfolge der Rekonstruktionen entlang der z-Achse durch nicht mehr als die halbe Breite eines einzigen Strahlungsdetektors getrennt ist. Der resultierende Volumendatensatz wird entlang der z-Richtung gefiltert 250, um die effektive z-Achsen-Auflösung zu definieren.
4C zeigt eine alternative Ausführungsform, die besonders genau bei großen Kegelwinkeln ist. Insbesondere werden die Daten in der nativen Abtastgeometrie, zum Beispiel flach, Quellenbogen oder Abtastzentrumbogen, erfasst 300. Spalten und Reihen werden vorinterpoliert 305 oder mittels Interpolation hoher Ordnung um einen Faktor zwei aufwärtsabgetastet. Optional werden die erste und die letzte Reihe bei Bedarf dupliziert. Mit anderen Worten, für Ausführungsformen mit einer kleinen Anzahl von Reihen werden die 180° Datenpunkte aus der ersten Reihe verwendet, um die Punkte am Ende der letzten Reihe zu interpolieren. Die Reihen- und Spaltenelemente werden interpoliert 310, um gleichwinkelige Daten zu erzeugen, die orthogonal zur z-Achse sind, wobei die Reihen und Teilreihen in gleichem Abstand auf der z-Achse liegen. Die Ansichten werden sowohl in azimuthaler als auch in radialer Richtung parallelisiert 315. Bei einer Ausführungsform werden die Ansichten zu Keilprojektionen parallelisiert.
Im Anschluss an die Parallelisierung 315 werden die Schrägoberflächenprojektionen über das Ausmaß der Detektoroberfläche interpoliert 320, wo die Schräge zwei Punkte auf den Endreihen berührt. Es wird eine Gewichtung 325 der Schrägoberflächenprojektion proportional zu dem inversen Abstand zwischen interpolierten Abtastwerten entlang U durchgeführt. Nach Beendigung der Projektionen entlang der Reihen wird eine FFT-Faltung 330 für alle Reihen durchgeführt. Im Anschluss an die Faltung wird dZ(U), erforderlich für die Rückprojektion auf eine Oberfläche bei z = z₀, um jede schräge Oberfläche herum identifiziert 335. Es wird eine Plus-Region-Gewichtung für alle Abtastwerte in einer gegebenen Region innerhalb jeder Ansicht durchgeführt 340. Die Abtastwerte werden interpoliert, um die Daten entlang U begrenzt durch dZ(U) auf Projektionen begrenzt durch dZ_max zu strecken 345. Es wird eine V-Gewichtung mit einem linearen gewichteten Wertesatz zwischen W_maxv(U) und W_minv(U) für die durch dZ_max begrenzte Region durchgeführt 350. Die V-Gewichtung kompensiert die Faltung dispergierter Strahlengänge in jeder Schrägoberflächenprojektion. Bei der Ausführungsform, wo die Ansichten zu Keilprojektionen parallelisiert werden, werden die Schritte 320–330 durch die Schritte 120–135 aus 4A ersetzt. Außerdem sind bei dieser alternativen Keilprojektions-Ausführungsform die Schritte 340 und 350 nicht erforderlich. Es wird eine dreidimensionale Rückprojektion auf die Projektionssätze angewendet 355, wobei die Z-Interpolation der Projektionen einer linearen Position in V entlang der Bildmatrix der schrägen Oberfläche entspricht. Durch Interpolieren der Schrägoberflächenmatrizen entlang der z-Richtung wird ein rechteckiger (x, y, z)-Volumendatensatz erzeugt 360. Es ist zu beachten, dass die Folge der Rekonstrukti onen entlang der z-Achse durch nicht mehr als die halbe Breite eines einzigen Strahlungsdetektors getrennt ist. Der resultierende Volumendatensatz wird entlang der z-Richtung gefiltert 365, um die effektive z-Achsen-Auflösung zu definieren.
4D zeigt eine alternative Ausführungsform, die analog zu der in 4C dargestellten Ausführungsform ist, wo die schrägen Oberflächen als planare Oberflächen definierst sind. Insbesondere werden die Daten in der nativen Abtastgeometrie, zum Beispiel flach, Quellenbogen oder Abtastzentrumbogen, erfasst 400. Spalten und Reihen werden vorinterpoliert 405 oder mittels Interpolation hoher Ordnung um einen Faktor zwei aufwärtsabgetastet. Optional werden die erste und die letzte Reihe bei Bedarf dupliziert. Mit anderen Worten, für Ausführungsformen mit einer kleinen Anzahl von Reihen werden die 180° Datenpunkte aus der ersten Reihe verwendet, um die Punkte am Ende der letzten Reihe zu interpolieren. Die Reihen- und Spaltenelemente werden interpoliert 410, um gleichwinkelige Daten zu erzeugen, die orthogonal zur z-Achse sind, wobei die Reihen und Teilreihen in gleichem Abstand auf der z-Achse liegen. Die Ansichten werden sowohl in azimuthaler als auch in radialer Richtung parallelisiert 415.
Im Anschluss an die Parallelisierung 415 werden die schrägen planaren Projektionen über das Ausmaß der Detektoroberfläche interpoliert 420, wo die Schräge zwei Punkte auf den Endreihen berührt. Es wird eine Gewichtung 425 der schrägen planaren Projektion proportional zu dem inversen Abstand zwischen interpolierten Abtastwerten entlang U durchgeführt. Es ist zu beachten, dass bei schrägen planaren Projektionen die Gewichtung der schrägen planaren Projektion 425 bei jeder Projektion einem konstanten Wert entspricht. Nach Beendigung der Projektionen entlang der Reihen wird eine FFT-Faltung 430 für alle Reihen durchgeführt.
Im Anschluss an die Faltung wird dZ(U), erforderlich für die Rückprojektion auf die Ebene bei z = z₀, um jede schräge planare Projektion herum identifiziert 435. Es wird eine Plus-Region-Gewichtung für alle Abtastwerte in einer gegebenen Region innerhalb jeder Ansicht durchgeführt 440. Die Abtastwerte werden interpoliert, um die Daten entlang U begrenzt durch dZ(U) auf Projektionen begrenzt durch dZ_max zu strecken 445. Es wird eine V-Gewichtung mit einem linearen gewichteten Wertesatz zwischen W_maxv(U) und W_minv(U) für die durch dZ_max begrenzte Region durchgeführt 450. Die V-Gewichtung kompensiert die Faltung dispergierter Strahlengänge in jeder schrägen planaren Projektion. Es ist zu beachten, dass bei schrägen planaren Projektionen dZ und dZ_max aufgrund des größeren Dispersionsfaktors größer sind als bei Schrägoberflächenprojektionen. Es wird eine dreidimensionale Rückprojektion auf die Projektionssätze angewendet 455, wobei die Z-Interpolation der Projektionen einer linearen Position in V entlang der schrägen planaren Bildmatrix entspricht. Durch Interpolieren der Schrägoberflächenmatrizen entlang der z-Richtung wird ein rechteckiger (x, y, z)-Volumendatensatz erzeugt 460. Es ist zu beachten, dass die Folge der Rekonstruktionen entlang der z-Achse durch nicht mehr als die halbe Breite eines einzigen Strahlungsdetektors getrennt ist. Der resultierende Volumendatensatz wird entlang der z-Richtung gefiltert 465, um die effektive z-Achsen-Auflösung zu definieren.
Es ist zu beachten, dass die Schrägoberflächenableitung für Ausführungsformen, wo zweidimensionale Faltungs- und Rückprojektionsalgorithmen angewendet werden, die gleiche ist wie für Ausführungsformen, wo entsprechende dreidimensionale Rekonstruktionsalgorithmen angewendet werden. Außerdem liefert die Anwendung eines dreidimensionalen Rückprojektionsalgorithmus auf die definierten Oberflächen eine größere Genauigkeit. Zusätzlich wird ein minimaler Projektionssatz für die komplette Bildrekonstruktion eingesetzt.

Ein Vorteil der beschriebenen Ausführungsform ist die gesteigerte Effizienz des Rekonstruktionsprozesses. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie eine genaue Rekonstruktion für Kegelstrahlenbündelprojektionen mit größerer Fläche liefert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie weniger Rechenaufwand erfordert. Noch ein weiterer Vorteil besteht in der Fähigkeit, mit herkömmlichen zweidimensionalen Rekonstruktionsverfahren eine dreidimensionale Volumenrekonstruktion zu erreichen. Text in der Zeichnung Figur 1

Gantry acquisition memory board	Gantry-Erfassungsspeicherplatine
Define oblique surfaces	Schräge Oberflächen definieren
Interpolate projektions	Projektionen interpolieren
weight	Gewicht
convolve	Falten
backproject	Rückprojizieren
image memory	Bildspeicher

Figur 2A

Helix (H) with radius r_s and pitch p

Spirale (H) mit Radius r_s und Steigung p

Figur 2C

Start of helix

Beginn der Spirale

Figur 2D

Source at radius r_s

Quelle bei Radius r_s

Figur 3

Identify rays through r = 0	Strahlengänge durch r = 0 identifizieren
Iteratively identify pixels in surrounding rings r₀ → r_c	Iterativ Pixel in umgebenden Ringen r₀ → r_c identifizieren
Interpolate nearest adjacent rays	Am dichtesten benachbarte Strahlengänge interpolieren
Identify rays tangent to each ring	Jeden Ring berührende Strahlengänge identifizieren
Store oblique surfaces	Schräge Oberflächen speichern
Smooth each surface	Jede Oberfläche glätten
Map to oblique surface	Auf schräge Oberfläche abbilden

Figur 4A

Data	Daten
Pre-interpolate	Vorinterpolieren
Interpolate rows and columns	Reihen und Spalten interpolieren
Rebin views	Ansichten parallelisieren
Plus-region weighting	Plus-Region-Gewichtung
Cone beam angle weighting	Kegelstrahlenbündelwinkel-Gewichtung
FFT convolution	FFT-Faltung
Interpolate oblique surface projections over detector surfaces	Schrägoberflächenprojektionen über Detektoroberflächen interpolieren
Two-dimensional backprojection	Zweidimensionale Rückprojektion
Generate (x, y, z) volume data set	Volumendatensatz (x, y, z) erzeugen
Filter volume data set	Volumendatensatz filtern

Figur 4B

Data	Daten
Pre-interpolate	Vorinterpolieren
Interpolate rows and columns	Reihen und Spalten interpolieren
Rebin views	Ansichten parallelisieren
Interpolate oblique surface projections over detector surfaces	Schrägoberflächenprojektionen über Detektoroberflächen interpolieren
weighting	Gewichtung
FFT convolution	FFT-Faltung
Plus-region weighting	Plus-Region-Gewichtung
V-weighted two-dimensional backprojection	V-gewichtete zweidimensionale Rückprojektion
Generate (x, y, z) volume data set	Volumendatensatz (x, y, z) erzeugen
Filter volume data set	Volumendatensatz filtern

Figur 4C

Data	Daten
Pre-interpolate	Vorinterpolieren
Interpolate rows and columns	Reihen und Spalten interpolieren
Rebin views	Ansichten parallelisieren

Interpolate oblique surface projections over detector surfaces	Schrägoberflächenprojektionen über Detektoroberflächen interpolieren
Oblique surface projection weighting	Gewichtung der Schrägoberflächenprojektion
FFT convolution	FFT-Faltung
Identify dZ(U)	dZ(U) identifizieren
Plus-region weighting	Plus-Region-Gewichtung
Stretch data bounded by dZ max	Daten begrenzt durch dZ max strecken
V-weighting	V-Gewichtung
three-dimensional backprojection	dreidimensionale Rückprojektion
Generate (x, y, z) volume data set	Volumendatensatz (x, y, z) erzeugen
Filter volume data set	Volumendatensatz filtern

Figur 4D

Data	Daten
Pre-interpolate	Vorinterpolieren
Interpolate rows and columns	Reihen und Spalten interpolieren
Rebin views	Ansichten parallelisieren
Interpolate oblique planar projections	Schräge planare Projektionen interpolieren
Apply oblique planar projection weighting	Gewichtung der schrägen planaren Projektion anwenden
FFT convolution	FFT-Faltung
Identify dZ(U) around each oblique planar projection	dZ(U) um jede schräge planare Projektion herum identifizieren
Plus-region weighting	Plus-Region-Gewichtung
Stretch data to projections bounded by dZ max	Daten auf durch dZ max begrenzte Projektionen strecken
V-weighting	V-Gewichtung.
three-dimensional backprojection	dreidimensionale Rückprojektion
Generate (x, y, z) volume data set	Volumendatensatz (x, y, z) erzeugen
Filter volume data set	Volumendatensatz filtern

Claims

Verfahren zur volumetrischen Bildrekonstruktion aus Teilkegelstrahlenbündeldaten, das Folgendes umfasst: (a) Erfassen der Teilkegelstrahlenbündeldaten (100, 200, 300, 400) in zweidimensionalen Anordnungen an einer Vielzahl von Abtastpositionen, wobei die genannten erfassten Daten Strahlengängen (22) entsprechen, die ausgehend von einem gemeinsamen Scheitelpunkt in zwei Richtungen divergieren, wenn sich der Scheitelpunkt auf einem kontinuierlichen Pfad bewegt; (b) Definieren einer Vielzahl von schrägen Oberflächen (44) in einer interessierenden Region, so dass die Dispersion der genannten schrägen Oberflächen minimiert wird; (c) Identifizieren von Strahlengängen, die die Vielzahl von schrägen Oberflächen (70, 74) durchqueren; (d) Rekonstruieren (50) der Daten aus den identifizierten Strahlengängen zu einem Rekonstruktionszylinder (C) mit einer Achse entlang einer z-Richtung; (e) Erzeugen eines Volumendatensatzes (145, 245, 360, 460) aus den rekonstruierten Schrägoberflächendaten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (c) Folgendes umfasst: Bei jeder Abtastposition Identifizieren nicht-redundanter Strahlengänge (70, 72, 74), die jede schräge Oberfläche in der interessierenden Region durchqueren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schritt (c) Folgendes umfasst: bei jeder Abtastposition Identifizieren von Strahlengängen eindringender Strahlung, die einen Mittelpunkt (70) jeder schrägen Oberfläche schneiden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Schritt (c) weiterhin Folgendes umfasst: Identifizieren von Pixeln auf der schrägen Oberfläche, mindestens ein Pixel außerhalb des Mittelpunktes (72), wobei die genannten Pixel, mindestens ein Pixel außerhalb des Mittel punktes, einen ersten Oberflächenring bilden; und Identifizieren von Strahlengängen eindringender Strahlung, die den ersten Oberflächenring berühren (74).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Schritt (c) weiterhin Folgendes umfasst: iteratives Identifizieren von Pixel außerhalb des Mittelpunktes jeder schrägen Oberfläche zu einem Rekonstruktionszylinderradius (72), wobei die genannten Pixel eine Vielzahl von schrägen Oberflächenringen bilden; iteratives Identifizieren von Strahlengängen eindringender Strahlung, die die Oberflächenringe berühren (74); Interpolieren der am dichtesten benachbarten Strahlengänge (76) zwischen dem Mittelpunkt und dem Rekonstruktionszylinderradius, wo Teilkegelstrahlenbündeldaten nicht erfasst werden; und Gewichten der interpolierten Strahlengänge (54) durch eine Gewichtungsfunktion, so dass sich die Gewichte der entgegengesetzten Strahlengänge zu Eins summieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Schritt (d) Folgendes umfasst: Berechnen einer zweidimensionalen Faltung (56) der gewichteten Daten; und zweidimensionales Rückprojizieren (58) der gewichteten Faltung in einen volumetrischen Bildspeicher.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich der Scheitelpunkt auf einem spiralförmigen Pfad (H) bewegt, wobei das Verfahren weiterhin Folgendes umfasst: Definieren einer Vielzahl von Pfadsegmenten auf dem Pfad (H) des Scheitelpunkts, wobei die genannten Pfadsegmente mindestens 180° plus ein Fächerwinkel des Kegelstrahlenbündels (22) sind; und in Schritt (b) wird jede der definierten schrägen Oberflächen von dem entsprechenden Pfadsegment abgeleitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Schritt (e) Folgendes umfasst: Interpolieren von Matrizen (145, 245, 360, 460), die den rekonstruierten Schrägoberflächendaten entlang der Längsrichtung entsprechen, um den Volumendatensatz zu bilden; und Filtern des resultierenden Volumendatensatzes (150, 250, 365, 465) entlang der Längsrichtung, um eine effektive Längsachsenauflösung zu definieren.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion aus Teilkegelstrahlenbündeldaten, das Folgendes umfasst: (a) Mittel zum Erfassen der Teilkegelstrahlenbündeldaten (100, 200, 300, 400) in zweidimensionalen Anordnungen an einer Vielzahl von Abtastpositionen; wobei die genannten erfassten Daten Strahlengängen (22) entsprechen, die ausgehend von einem gemeinsamen Scheitelpunkt in zwei Dimensionen divergieren, wenn sich der Scheitelpunkt auf einem kontinuierlichen Pfad bewegt; (b) Mittel zum Definieren einer Vielzahl von schrägen Oberflächen (44) in einer interessierenden Region, so dass die Dispersion der genannten schrägen Oberflächen minimiert wird; (c) Mittel zum Identifizieren von Strahlengängen, die die Vielzahl von schrägen Oberflächen (70, 74) durchqueren; (d) Mittel zum Rekonstruieren (50) der Daten aus den identifizierten Strahlengängen zu einem Rekonstruktionszylinder (C) mit einer Achse entlang einer z-Richtung; (e) Mittel zum Erzeugen eines Volumendatensatzes (145, 245, 360, 460) aus den rekonstruierten Schrägoberflächendaten.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach Anspruch 9, mit an jeder Abtastposition Mitteln zum Identifizieren nicht-redundanter Strahlengänge (70, 72, 74), die jede schräge Oberfläche in der interessierenden Region durchqueren.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach Anspruch 9 oder 10, mit an jeder Abtastposition Mitteln zum Identifizieren von Strahlengängen eindringender Strahlung, die einen Mittelpunkt (70) jeder schrägen Oberfläche schneiden.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach Anspruch 11, weiterhin mit Mitteln zum Identifizieren von Pixeln auf der schrägen Oberfläche, mindestens ein Pixel außerhalb des Mittelpunktes (72), wobei die genannten Pixel, mindestens ein Pixel außerhalb des Mittelpunktes, einen ersten Oberflächenring bilden; und zum Identifizieren von Strahlengängen eindringender Strahlung, die den ersten Oberflächenring berühren (74).
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach Anspruch 12, das weiterhin Folgendes umfasst: Mittel zum iterativen Identifizieren von Pixel außerhalb des Mittelpunktes jeder schrägen Oberfläche zu einem Rekonstruktionszylinderradius (72), wobei die genannten Pixel eine Vielzahl von schrägen Oberflächenringen bilden; zum iterativen Iden tifizieren von Strahlengängen eindringender Strahlung, die die Oberflächenringe berühren (74); zum Interpolieren der am dichtesten benachbarten Strahlengänge (76) zwischen dem Mittelpunkt und dem Rekonstruktionszylinderradius, wo Teilkegelstrahlenbündeldaten nicht erfasst werden; und zum Gewichten der interpolierten Strahlengänge (54) durch eine Gewichtungsfunktion, so dass sich die Gewichte der entgegengesetzten Strahlengänge zu Eins summieren.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach einem der Ansprüche 9 bis 13, mit Mitteln zum Berechnen einer zweidimensionalen Faltung (56) der gewichteten Daten; und zum zweidimensionalen Rückprojizieren (58) der gewichteten Faltung in einen volumetrischen Bildspeicher.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei sich der Scheitelpunkt auf einem spiralförmigen Pfad (H) bewegt, wobei das Gerät weiterhin Folgendes umfasst: Definieren einer Vielzahl von Pfadsegmenten auf dem Pfad (H) des Scheitelpunkts, wobei die genannten Pfadsegmente mindestens 180° plus ein Fächerwinkel des Kegelstrahlenbündels (22) sind; und in Schritt (b) wird jede der definierten schrägen Oberflächen von dem entsprechenden Pfadsegment abgeleitet.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach einem der Ansprüche 9 bis 15, mit Mitteln zum Interpolieren von Matrizen (145, 245, 360, 460), die den rekonstruierten Schrägoberflächendaten entlang der Längsrichtung entsprechen, um den Volumendatensatz zu bilden; und zum Filtern des resultierenden Volumendatensatzes (150, 250, 365, 465) entlang der Längsrichtung, um eine effektive Längsachsenauflösung zu definieren.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach Anspruch 10, wobei das Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion ein Computer-Tomographie-Scanner (CT) ist, wobei die genannten Mittel zum Erfassen der Teilkegelstrahlenbündeldaten (100, 200, 300, 400) Folgendes umfassen: eine erste Gantry (12), die eine Untersuchungsregion (14) definiert; eine rotierende Gantry (16), die an der ersten Gantry (12) angebracht ist und sich um die Untersuchungsregion (14) dreht; eine Quelle eindringender Strahlung (20), die an der rotierenden Gantry (16) angeordnet ist und sich mit dieser dreht, wobei die Quelle eindringender Strahlung (20) ein kegelförmiges Strahlenbündel (22) emittiert, das die Untersuchungsregion (14) durchquert, während sich die rotierende Gantry (16) im Betrieb dreht, eine Objektaufnahme (30), die ein zu untersuchendes Objekt zumindest teilweise innerhalb der Untersuchungsregion (14) hält, wobei mindestens eines, die erste Gantry (12) oder die Objektaufnahme (30), so verschoben wird, dass das Objekt die Untersuchungsregion (14) durchquert, während sich die rotierende Gantry (16) dreht und die Quelle eindringender Strahlung (20) einem spiralförmigen Pfad (H) relativ zum Objekt folgt, eine zweidimensionale Anordnung von Strahlungsdetektoren (40), die vorgesehen ist, um die von der Quelle eindringender Strahlung (20) emittierte Strahlung zu empfangen, nachdem die Strahlung die Untersuchungsregion (14) durchquert hat, wobei der genannte CT-Scanner weiterhin einen Rekonstruktionsprozessor (50) umfasst, der Bilder des Objekts aus den Daten rekonstruiert, die durch die zweidimensionale Anordnung von Strahlungsdetektoren (40) erfasst wurden, wobei der genannte Rekonstruktionsprozessor (50) Folgendes umfasst: einen Steuerungsprozessor (44) als genanntes Mittel zum Definieren einer Vielzahl von schrägen Oberflächen (44) in der interessierenden Region, so dass die Dispersion der genannten schrägen Oberflächen minimiert wird, einen Interpolator (52) als genanntes Mittel zum Identifizieren nicht-redundanter Strahlengänge (70, 72, 74), die jede schräge Oberfläche in der interessierenden Region durchqueren, einen ersten Datenprozessor (54), der die den identifizierten nicht-redundanten Strahlengängen entsprechenden Daten gewichtet, einen zweiten Datenprozessor (56), der die Daten von dem ersten Datenprozessor (54) empfängt und sie einer zweidimensionalen Faltung unterzieht, einen Rückprojektor (58), der die Daten von dem zweiten Datenprozessor (56) empfängt und zweidimensional in einen Bildspeicher (60) rückprojiziert, wobei der genannte erste Datenprozessor (54), der genannte zweite Datenprozessor (56) und der genannte Rückprojektor die genannten Mittel zum Rekonstruieren von Daten aus den identifizierten Strahlengängen zu einem Rekonstruktionszylinder (C) mit einer Achse entlang einer z-Richtung sind, wobei der genannte CT-Scanner weiterhin eine visuell lesbare Anzeige (62) umfasst, die auf den Bildspeicher (60) zugreift, um rekonstruierte Bilder des Objekts anzuzeigen.
Gerät zur volumetrischen Bildrekonstruktion nach Anspruch 17, wobei der Interpolator: bei jeder Abtastposition Strahlengänge eindringender Strahlung (22) identifiziert, die einen Mittelpunkt (70) jeder schrägen Oberfläche schneiden; iterativ Pixel außerhalb des Mittelpunkts jeder schrägen Oberfläche (72) zu einem Außenradius eines Rekonstruktionszylinders (C) identifiziert, wobei die außerhalb liegenden Pixel eine Vielzahl von schrägen Oberflächenringen bilden; iterativ Strahlengänge eindringender Strahlung identifiziert, die jeden der Vielzahl von schrägen Oberflächenringen (74) berühren; und am dichtesten benachbarte Strahlengänge (76) interpoliert, die die schrägen Oberflächenringe berühren.