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    Verfahren zum dreidimensionalen Projizieren und Rückprojizieren von Strahlen in Bezug auf Volumenelemente/Detektorzellen sind offenbart, um hochfrequente Artefakte zu vermindern/eliminieren. Eine auf Abstand basierende Technik, bei der die Übergänge der Volumenelemente und der Detektorzellen jeweils auf eine vorgegebene Ebene projiziert werden. Diese Projektion ermöglicht ein Bestimmen des Beitrags jedes der Volumenelemente/Zellen zu jedem der Zellen/Volumenelemente, wobei die Rechenzeit reduziert wird und die Bilder durch Beseitigen der Artefakte verbessert werden.Methods for three-dimensionally projecting and backprojecting rays with respect to volume elements / detector cells are disclosed to reduce / eliminate high frequency artifacts. A distance-based technique in which the transitions of the volume elements and the detector cells are each projected onto a given plane. This projection enables the contribution of each of the volume elements / cells to each of the cells / volume elements to be determined, the computing time being reduced and the images being improved by removing the artifacts.
    公开号:DE102004004641A1
    申请号:DE200410004641
    申请日:2004-01-29
    公开日:2004-08-12
    发明作者:Samit Kumar Basu；Bruno Kristiaan Bernard
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:A61B6-03
    专利说明:
    [0001] Diese Patentanmeldung geht auf einenAntrag auf Teilweiterbehandlung der parallelen US-PatentanmeldungSeriennr. 10/121 867 zurück,die am 15. April 2002 eingereicht wurde.This patent application relates to oneApplication for partial further processing of the parallel US patent applicationSer. 10/121 867 back,which was filed on April 15, 2002.
    [0002] Die vorliegende Erfindung betrifftganz allgemein Verarbeitungsvorgängevon Reprojektion-Rückprojektionund insbesondere Reprojektions-Rückprojektionstechniken/Algorithmenmit einer neuen Interpolations- und Datenzugriffskonfigurationen,die höhereRechengeschwindigkeit, geringere Artefakte, geringeres Rauschenund höhereräumlicheAuflösungals herkömmlicheTechniken ermöglichen.The present invention relates togeneral processing operationsfrom reprojection-backprojectionand especially reprojection-rear projection techniques / algorithmswith a new interpolation and data access configurations,the higherComputing speed, less artifacts, less noiseand higherspatialresolutionthan conventional onesEnable techniques.
    [0003] In der Computertomographie wird derVorgang, der ein n-dimensionalesBild in einen n-dimensionalen Satz von Linienintegralen überführt, alsVorwärtsprojektionoder Reprojektion bezeichnet. Das am besten einleuchtende Beispielfür diesenVorgang stellt der physikalische Prozess dar, in dem ein Röntgenbildeines Objekts erzeugt wird. Nach einer logarithmischen Umrechnungstellt ein Röntgenbildin guter Näherungdie Linien integralprojektion der Verteilung des linearen Dämpfungskoeffizientendes Objekts dar. In der Praxis wird ein Vorwärtsprojektor für tomographischeSimulationen oder zum Durchführeneiner iterativen Rekonstruktion benötigt.In computer tomography, theProcess that is an n-dimensionalImage converted into an n-dimensional set of line integrals asforward projectionor reprojection. The most obvious exampleFor thisProcess represents the physical process in which an x-ray imageof an object is created. After a logarithmic conversionprovides an x-rayin good approximationthe lines integral projection of the distribution of the linear damping coefficientof the object. In practice, a forward projector for tomographicSimulations or to performan iterative reconstruction.
    [0004] Der Transponierungsschritt wird alsRückprojektionbezeichnet. Diese findet Verwendung bei einer gefilterten Rückprojektionund iterativen Rekonstruktion, die den überwiegenden Anteil der gegenwärtigen Rekonstruktionsalgorithmenbilden.The transpose step is calledrear projectiondesignated. This is used in a filtered rear projectionand iterative reconstruction, which is the predominant part of the current reconstruction algorithmsform.
    [0005] Es stehen viele Verfahren der Reprojektionund Rückprojektionzur Verfügung.In einem Verfahren wird jeder Röntgenstrahldurch eine Gerade repräsentiert,und die Schnittlängejeder Geraden mit jedem Pixel wird als Wichtungsfaktor verwendet.Eine weitere Technik führtfür jedeZeile oder Spalte, die der Röntgenstrahl schneidet,eine lineare Interpolation zwischen zwei Pixeln durch (siehe 1). Die zuletzt erwähnten zweiVerfahren stellen auf Strahlen basierende Verfahren dar.There are many methods of reprojection and rear projection available. In one method, each x-ray beam is represented by a straight line, and the intersection length of each straight line with each pixel is used as the weighting factor. Another technique performs linear interpolation between two pixels for each row or column intersected by the X-ray beam (see 1 ). The last two methods mentioned are radiation-based methods.
    [0006] Im Falle der Projektion werden sämtlicheProjektionslinien in einer Schleife durchlaufen, und für jede Projektionsliniewerden das Bildgewichten und das Summieren der Bildpixelwerte durchlaufen,um ein Strahlenintegral zu approximieren. Die Rückprojektion ist definiertals der Transponierungsschritt: die Wichtungsfaktoren bleiben unverändert, jedochwerden die Detektorwerte gewichtet und den Bildpixeln zugeordnet.In the case of projection, allLoop through projection lines, and for each projection linethe image weighting and the summing of the image pixel values are run through,to approximate a beam integral. The rear projection is definedas the transposition step: the weighting factors remain unchanged, howeverthe detector values are weighted and assigned to the image pixels.
    [0007] Eine weitere Technik stellt der aufPixeln basierende Ansatz dar, der gewöhnlich bei der gefilterten Rückprojektionverwendet wird (siehe 2).SämtlicheBildpixel werden in einer Schleife durchlaufen, und für jedesBildpixel wird eine Gerade gezogen, die die Quelle mit dem Bildpixelverbindet. Anschließendwird der Schnittpunkt jener Geraden mit dem Detektorarray ermittelt.Zwischen den beiden Detektorwerten, die dem Schnittpunkt am nächsten kommen,wird eine lineare Interpolation durchgeführt, und das Ergebnis wirddem Bildpixel zugeordnet. Der Reprojektionsschritt wird als derTransponierungsschritt definiert. Die Gewichtungen für die linkeund rechte Detektorzelle sind vorgegeben durch:
    [0008] Andere Ansätze sind bekannt, beispielsweiseVerfahren, die auf sphärischenGrundfunktionen und Verfahren basieren, die eine Interpolation nächstbenachbarterWerte oder gar keine Interpolation verwenden.Other approaches are known, for exampleProcedures based on sphericalBasic functions and procedures are based, which are an interpolation next neighborUse values or no interpolation at all.
    [0009] Die Reprojektions- und Rückprojektionsschrittestellen einen rechnerisch aufwendigen, jedoch unerlässlichenTeil der Simulations- und Rekonstruktionstechniken dar, wie siebeispielsweise in der CT oder ähnlichenVerfahren Verwendung finden. Die meisten Ansätze lassen sich unterteilenin auf Strahlen basierende und auf Pixeln basierende Verfahren.Ein Nachteil sowohl der auf Strahlen basierenden als auch der aufPixeln basierenden Verfahren ist darin zu sehen, dass diese Artefakteeinführen,und zwar das erste (nämlichdas auf Strahlen basierende Verfahren) in der Rückprojektion und das Letztere(nämlichdas auf Pixeln basierende Verfahren) in der Reprojektion. Ein weitererNachteil beider Verfahren liegt in dem Prozentsatz der in jederReprojektion/Rückprojektioneiner Ansicht verwendeten Daten.The reprojection and rear projection stepsrepresent a computationally complex but indispensablePart of the simulation and reconstruction techniques as they arefor example in CT or the likeFind the procedure. Most approaches can be dividedin ray-based and pixel-based processes.A disadvantage of both the radiation-based and that ofPixel-based processes can be seen in the fact that these artifactsintroduce,namely the first (namelythe ray-based method) in the rear projection and the latter(namelythe pixel-based method) in reprojection. AnotherThe disadvantage of both methods is the percentage of eachReprojection / backprojectiondata used in a view.
    [0010] Beispielsweise trägt im Falle einer auf Strahlenbasierenden Projektion eines Bildes mit Pixeln, die erheblich kleinersind als die Abmessung der Detektorzellen, nur ein Bruchteil derPixel zu der Projektion unter jenem Winkel bei. Dasselbe trifftauf den entgegengesetzten Fall der auf Pixeln basierenden Rückprojektion zu.Im Falle einer iterativen Rekonstruktion, bei der sowohl ein Reprojektions-als auch ein Rückprojektionsverfahrenerforderlich sind, könnteangenommen werden, dass eine Kombination einer auf Strahlen basierendenReprojektion und einer auf Pixeln basierenden Rückprojektion die zuvor erwähnten Problemebeseitigt. Auch wenn dies möglichist, wird häufigallerdings bevorzugt ein aufeinander abgestimmtes Reprojektor-Rückprojektor-Paarverwendet. In der Tat stellt ein wichtiges Kriterium der Entscheidungfür einenReprojektor-Rückprojektor-Ansatzdie Rechengeschwindigkeit dar.For example, in the case of a ray-based projection of an image with pixels that are significantly smaller than the dimension of the detector cells, only a fraction of the pixels are carried to the projection at that angle. The same applies to the opposite case of pixel-based rear projection. In the case of an iterative reconstruction, in which both a reprojection and a backprojection method are required, it could be assumed that a combination of a beam-based reprojection and a pixel-based backprojection eliminates the aforementioned problems. Even if this is possible, a coordinated pair of reprojector-backprojector is often preferred. Indeed, computing speed is an important criterion in choosing a reprojector-backprojector approach.
    [0011] Die beiden Hauptfaktoren für die Beschränkung derGeschwindigkeit stellen die Komplexität der Berechnung und die Datenzugriffszeitdar. Im Falle des auf Strahlen basierenden Ansatzes ist die Arithmetikverhältnismäßig unkompliziert.Dieser Ansatz ist daher im Falle von geringen Datenmengen viel ra scherals der auf Pixeln basierende Ansatz. Im Falle von größeren Datenmengengewinnt allerdings die Datenzugriffszeit an Bedeutung und unterdieser Bedingung beginnt der auf Pixeln basierende Ansatz von seinersequentiellen Bildzugriffszeit zu profitieren, während der auf Strahlen basierendeAnsatz mehr oder weniger zufälligauf die Daten zugreift. Im Falle des dreidimensionalen Konusstrahlswerden die Datensätzesogar noch größer, und dieDatenzugriffszeit gewinnt damit an Gewicht.The two main factors limiting theSpeed represent the complexity of the calculation and the data access timeIn the case of the ray-based approach, arithmetic isrelatively uncomplicated.This approach is therefore much faster in the case of small amounts of datathan the pixel-based approach. In the case of larger amounts of dataHowever, the data access time is gaining in importance and underIn this condition, the pixel-based approach starts from itssequential image access time to benefit while the ray-basedApproach more or less randomlyaccesses the data. In the case of the three-dimensional cone beambecome the recordseven bigger, and thatData access time is therefore gaining in importance.
    [0012] Füreine eingehendere Erörterung,die sich mit diesen Techniken und den darin verwendeten Arten von Vorrichtungenbefasst, wird auf das am 8. Dezember 1998 Kawai et al. erteilteUS-Patent 5 848 114; auf das am 26. Februar 2002 Besson erteilteUS-Patent 6 351 514; und auf das am 15. Januar 2002 Besson erteilte US-Patent6 339 632 verwiesen. Auf den Inhalt dieser Patente wird hiermitBezug genommen.Fora more detailed discussion,who are familiar with these techniques and the types of devices used thereinis concerned, on December 8, 1998 Kawai et al. grantedU.S. Patent 5,848,114; issued to Besson on February 26, 2002U.S. Patent 6,351,514; and the United States patent granted on January 15, 2002 to Besson6 339 632. The content of these patents is hereby incorporated by referenceReferred.
    [0013] Im Einzelnen betrifft ein ersterAspekt der vorliegenden Erfindung ein Bildverarbeitungsverfahrenmit dem Schritt eines Projizierens von Rändern jedes Volumenelementseines Volumenelementrasters, die durch mehrere von einer Quelleauf einen Detektor projizierte Strahlen geschnitten werden, in einervorgegebenen Folge von Volumenelementen in dem Volumenelementraster,auf eine vorgegebene Ebene. Die Ränder jeder Zelle eines Detektorswerden auf die vorgegebene Ebene projiziert. Der Beitrag jedes Volumenelementszu einer Zelle des Detektorarrays oder vice versa wird gemäß den aufdie vorgegebene Ebene durch geführten Projektionender Volumenelementränderund der Detektorzellenränderermittelt.The first concerns in detailAspect of the present invention an image processing methodwith the step of projecting edges of each solidof a solid grid by multiple from one sourcebeams projected onto a detector are cut in onepredetermined sequence of volume elements in the volume element grid,to a given level. The edges of each cell of a detectorare projected onto the specified level. The contribution of each solidto a cell of the detector array or vice versa according to thethe given level through guided projectionsthe volume element edgesand the detector cell edgesdetermined.
    [0014] Ein zweiter Aspekt der Erfindungbetrifft ein Bildverarbeitungsverfahren mit dem Schritt eines Errichtenseines Volumenelementrasters, das Bildvolumenelemente enthält, diein Bildzeilen, Bildspalten und Bildebenen angeordnet sind. Übergänge zwischenBildvolumenelementen und Übergänge zwischenDetektorzellen eines Detektors werden fortlaufend abgebildet. DerDetektor erfasst eine von einer Quelle ausgehende Strahlung, unddie Detektorzellenübergänge werdenauf eine vorgegebene Ebene projiziert. Die Volumenelementübergänge werdenauf die vorgegebene Ebene projiziert. Zumindest eine der Detektorzellenund/oder eines der Volumenelemente wird hinsichtlich eines Bereichsauf der vorgegebenen Ebene auf der Grundlage eines durch benachbarteProjektionen begrenzten Bereichs gewichtet.A second aspect of the inventionrelates to an image processing method with the step of buildinga solid grid that contains image solid elements thatare arranged in picture lines, picture columns and picture layers. Transitions betweenImage volume elements and transitions betweenDetector cells of a detector are continuously mapped. TheDetector detects radiation emanating from a source, andthe detector cell transitions willprojected onto a given level. The solid element transitions becomeprojected onto the given level. At least one of the detector cellsand / or one of the volume elements is related to an areaat the given level based on one by neighboringProjections of limited area weighted.
    [0015] Ein dritter Aspekt der vorliegendenErfindung betrifft ein von einem Rechner auslesbares Medium, das miteinem auf einem Rechner ausführbarenProgramm kodiert ist, das dazu dient, ein Bild zu verarbeiten. Das Programmist konfiguriert, den Computer zu veranlassen, Ränder jedes Volumenelementseines Volumenelementrasters, das durch mehrere von einer Quelleauf einen Detektor projizierte Strahlen geschnitten wird, in einervorgegebenen Folge von Volumenelementen in dem Volumenelementrasterauf eine vorgegebene Ebene zu projizieren. Die Ränder jeder Zelle eines Detektorswerden auf die vorgegebene Ebene projiziert. Der Beitrag jedes Volumenelementszu einer Zelle des Detektorarrays oder vice versa wird gemäß den Projektionender Volumenelementränderund der Detektorzellenränderauf der vorgegebenen Ebene ermittelt.A third aspect of the presentThe invention relates to a medium that can be read out by a computerone executable on a computerProgram is encoded, which serves to process an image. The programis configured to cause the computer to edge each solida solid grid divided by several from one sourcebeams projected onto a detector are cut in onepredetermined sequence of volume elements in the volume element gridproject onto a given level. The edges of each cell of a detectorare projected onto the specified level. The contribution of each solidbecomes a cell of the detector array or vice versa according to the projectionsthe volume element edgesand the detector cell edgesdetermined at the given level.
    [0016] Ein vierter Aspekt der vorliegendenErfindung betrifft ein von einem Rechner auslesbares Medium, das miteinem auf einem Rechner ausführbarenProgramm kodiert ist, das dazu dient, ein Bild zu verarbeiten. Das Programmist konfiguriert, den Computer zu veranlassen, ein Volumenelementrasteraufzubauen, das Bildvolumenelemente enthält, die in Bildzeilen, Bildspaltenund Bildebenen angeordnet sind. Übergänge zwischen Bildvolumenelementenund Übergänge zwischenDetektorzellen eines Detektors werden kontinuierlich abgebildet.Der Detektor erfasst eine von einer Quelle ausgehende Strahlung,und die Detektorzellenübergänge werdenauf eine vorgegebene Ebene projiziert. Die Volumenelementübergänge werdenauf die vorgegebene Ebene projiziert. Zumindest eine der Detektorzellenund/oder eines der Volumenelemente wird bezüglich eines Bereichs auf dervorgegebenen Ebene auf der Grundlage eines durch benachbarte Projektionenbegrenzten Bereichs gewichtet.A fourth aspect of the presentThe invention relates to a medium that can be read out by a computerone executable on a computerProgram is encoded, which serves to process an image. The programis configured to cause the computer to have a solid gridbuild up that contains image volume elements, in image lines, image columnsand image planes are arranged. Transitions between image volume elementsand transitions betweenDetector cells of a detector are continuously imaged.The detector detects radiation coming from a source,and the detector cell transitionsprojected onto a given level. The solid element transitions becomeprojected onto the given level. At least one of the detector cellsand / or one of the volume elements is referenced to an area on thepredetermined level based on one by neighboring projectionslimited range weighted.
    [0017] 1 zeigteine schematische Darstellung einer auf Strahlen basierenden Reprojektion-Rückprojektionmit linearer Interpolation, wobei für jede durch die Projektionsliniegeschnittene Zeile oder Spalte eine lineare Interpolation zwischenden beiden benachbarten Pixeln durchgeführt wird. 1 shows a schematic representation of a beam-based reprojection-backprojection with linear interpolation, with a left for each line or column cut through the projection line linear interpolation between the two neighboring pixels is performed.
    [0018] 2 zeigteine schematische Darstellung einer auf Pixeln basierenden Reprojektion-Rückprojektion mitlinearer Interpolation, wobei eine die Quelle und das Bildpixelverbindende Gerade einen Schnittpunkt mit dem Detektorarray definiert,und wobei eine lineare Interpolation zwischen den beiden benachbartenDetektorzellen durchgeführtwird. 2 shows a schematic representation of a pixel-based reprojection-backprojection with linear interpolation, wherein a straight line connecting the source and the image pixel defines an intersection with the detector array, and wherein a linear interpolation is carried out between the two adjacent detector cells.
    [0019] 3 veranschaulichteine auf Strahlen basierende Rückprojektioneiner uniformen Ansicht, die das Ergebnis zeigt, bei dem hochfrequenteArtefakte auftreten, dadurch dass manche Pixel häufiger aktualisiert werdenals deren Nachbarn. 3 illustrates a beam-based back projection of a uniform view showing the result in which high frequency artifacts occur by refreshing some pixels more often than their neighbors.
    [0020] 4 zeigteine grafische Darstellung einer auf Pixeln basierenden Projektioneiner uniformen Scheibe, bei der hochfrequente Artefakte auftreten,dadurch dass manche Detektorzellen häufiger aktualisiert werdenals deren Nachbarn. 4 shows a graphical representation of a pixel-based projection of a uniform disk, in which high-frequency artifacts occur, due to the fact that some detector cells are updated more frequently than their neighbors.
    [0021] 5 veranschaulichtschematisch das auf Pixeln basierende lineare Interpolationsverfahren,bei dem aufgrund des unregelmäßigen Überlappensder projizierten quadratischen/rechteckigen Fenster manche Detektorzellengrößere Anteileerfassen als andere, wodurch es zu hochfrequenten Schwingungen kommt. 5 illustrates schematically the linear interpolation method based on pixels, in which, due to the irregular overlap of the projected square / rectangular windows, some detector cells detect larger portions than others, which leads to high-frequency vibrations.
    [0022] 6 veranschaulichtein auf Pixeln basierendes lineares Interpolationsverfahren, beidem die Breite des Quadrat-/Rechtecksfenstersso eingestellt ist, dass diese immer aneinandergrenzen. 6 illustrates a linear interpolation method based on pixels, in which the width of the square / rectangular window is set such that they always adjoin one another.
    [0023] 7 veranschaulichteinen auf Abstand basierenden Reprojektor-Rückprojektor, bei dem sowohldie Detektorzellenschnittstellen als auch die Pixelschnittstellenauf die x-Achse abgebildet werden, und bei dem die resultierendenSegmentlängenals Wichtungsfaktoren in der Projektion und Rückprojektion verwendet werden. 7 illustrates a distance-based reprojector-backprojector, in which both the detector cell interfaces and the pixel interfaces are mapped onto the x-axis, and in which the resulting segment lengths are used as weighting factors in the projection and backprojection.
    [0024] 8 veranschaulichteinen auf Abstand basierenden Projektor-Rückprojektor, der eine näher Ansicht desverflochtenen Musters von Pixelschnittstellen pi undDetektorschnittstellen di zur Verfügung stellt. 8th illustrates a distance-based projector rear projector that provides a closer look at the intertwined pattern of pixel interfaces p i and detector interfaces d i .
    [0025] 9 veranschaulichtgrafisch eine auf Abstand basierende Projektion einer uniformenScheibe, bei der die hochfrequenten Schwingungen vollkommen eliminiertsind. 9 illustrates graphically a distance-based projection of a uniform disc, in which the high-frequency vibrations are completely eliminated.
    [0026] 10 zeigteine auf Abstand basierende Rückprojektioneiner uniformen Ansicht, bei der die hochfrequenten Artefakte vollkommeneliminiert sind. 10 shows a distance-based rear projection of a uniform view, in which the high-frequency artifacts are completely eliminated.
    [0027] 11 stelltfür einenComputer des Typs SUN-E4500 in einem Graph gegenüber der Datenmenge abgetrageneZeitwerte pro Rückprojektiondar. 11 shows for a computer of the type SUN-E4500 in a graph compared to the amount of data plotted time values per rear projection.
    [0028] 12 veranschaulichteinen auf Abstand basierenden Reprojektor-Rückprojektor, bei dem sowohl dieDetektorzellenschnittstellen als auch die Volumenelementschnittstellenauf der x-z-Ebene abgebildet werden. 12 illustrates a distance-based reprojector rear projector in which both the detector cell interfaces and the volume element interfaces are imaged on the xz plane.
    [0029] 13 veranschaulichteinen auf Abstand basierenden Reprojektor-Rückprojektor, bei dem sowohl dieDetektorzellenschnittstellen als auch die Volumenelementschnittstellenauf der x Achse abgebildet sind. 13 illustrates a distance-based reprojector rear projector in which both the detector cell interfaces and the volume element interfaces are mapped on the x axis.
    [0030] 14 veranschaulichteinen auf Abstand basierenden Reprojektor-Rückprojektor, bei dem sowohl dieDetektorzellenschnittstellen als auch die Volumenelementschnittstellenauf einer zu der z-Achse parallelen Achse abgebildet sind. 14 illustrates a distance-based reprojector rear projector in which both the detector cell interfaces and the volume element interfaces are mapped on an axis parallel to the z-axis.
    [0031] 15 veranschaulichteinen auf Abstand basierenden Reprojektor-Rückprojektor, bei dem sowohl dieDetektorzellenschnittstellen als auch die Volumenelementschnittstellenauf der x-z-Ebene abgebildet sind, und bei dem der die abgebildeteProjektion verwendende Bereich als Wichtungsfaktor in der Projektionund Rückprojektionverwendet wird. 15 illustrates a distance-based reprojector-backprojector, in which both the detector cell interfaces and the volume element interfaces are mapped on the xz plane, and in which the area using the imaged projection is used as a weighting factor in the projection and backprojection.
    [0032] Um die Ausführungsbeispiele der vorliegendenErfindung verständlicherzu machen, wird eine detailliertere Erörterung der oben erwähnten Technikendes Standes der Technik fürerforderlich erachtet. In 1, 2, 6 und 7 veranschaulichtdas Raster ein in einem dreidimensionalen Koordinatensystem festgelegtesPixelbildrekonstruktionsraster, auf das abhängig von Daten, die in Antwortauf einen von der Quelle auf den Detektor projizierten Strahl erlangtwerden, Pixel abgebildet werden (wobei Quelle und Detektor schematischdargestellt sind). Jedes der Quadrate in diesen Rastern veranschaulichtein Pixel.In order to make the embodiments of the present invention more understandable, a more detailed discussion of the above-mentioned prior art techniques is believed necessary. In 1 . 2 . 6 and 7 the raster illustrates a pixel image reconstruction raster set in a three-dimensional coordinate system, onto which pixels are mapped depending on data obtained in response to a beam projected from the source onto the detector (the source and detector being shown schematically). Each of the squares in these grids illustrates one pixel.
    [0033] Wie oben erwähnt, weist sowohl das auf Strahlenbasierende als auch das auf Pixeln basierende Verfahren den Nachteilauf, das sie hochfrequente Artefakte verursachen, und zwar jeweilseinen in der Rückprojektionund einen weiteren in der Reprojektion. 3 zeigt ein Beispiel einer auf Strahlenbasierenden Rückprojektioneiner uniformen Ansicht. Das Interferenzmuster ist auf die Tatsachezurückzuführen, dasseinige Pixel häufigeraktualisiert werden als andere. Das Problem der Artefakte ist gravierender,wenn die Pixelabmessung im Verhältniszur Detektorzellenabmessung gering ist, und verschwindet, wenn diePixelabmessung im Vergleich zur Detektorzellenabmessung groß ist.As mentioned above, both the ray-based and the pixel-based method have the disadvantage that they cause high-frequency artifacts, one in the rear projection and another in the reprojection. 3 shows an example of a beam-based rear projection of a uniform view. The interference pattern is due to the fact that some pixels are updated more often than others. The artifact problem is more severe when the pixel dimension is small relative to the detector cell dimension and disappears when the pixel dimension is large compared to the detector cell dimension.
    [0034] 4 veranschaulichtgrafisch eine Sinogrammlinie einer auf Pixeln basierenden Projektioneiner uniformen Scheibe. Beispielsweise in der Computertomographiewird ein gemessener Datensatz (Sinogramm) auf der Grundlage einergroßenAnzahl von Ansichten (Projektionen) erstellt. Jede Ansicht entsprichteiner das gesamte Detektorarray einbeziehenden Messung, so dassjede Ansicht ihrerseits auf eine große Anzahl von Detektorzellen(Projektionslinien) zurückgreift.Ein typisches Sinogramm umfasst 1500 Ansichten/Projektionen von1000 Detektorzellen/Projektionslinien. 4 graphically illustrates a sinogram line of a pixel-based projection of a uniform disk. In computer tomography, for example, a measured data record (sinogram) is created on the basis of a large number of views (projections). Each view corresponds to a measurement involving the entire detector array, so that each view in turn is based on a large number of Detector cells (projection lines). A typical sinogram comprises 1500 views / projections from 1000 detector cells / projection lines.
    [0035] Wie oben erwähnt, ist das Interferenzmusterauf die Tatsache zurückzuführen, dassmanche Detektorzellen häufigeraktualisiert werden als deren Nachbarn. Weiter tritt das Problemvon Artefakten stärkerin den Vordergrund, wenn die Detektorzellenabmessung im Vergleichzur Pixelabmessung gering ist, und verschwindet, wenn die Detektorzellenabmessunggroß imVergleich zur Pixelabmessung ist. In dieser Ausprägung wurdendie Reprojektionen und Rückprojektionenlediglich exemplarisch mit einer flachen zweidimensionalen fächerförmigen Strahlgeometrie,einer Vergrößerung von1,76, 256 × 256Pixeln, 256 Detektorzellen, 256 Ansichten über 360° und einem willkürlich gewählten Anfangswinkelvon 126° ausgeführt.As mentioned above, the interference pattern isattributed to the fact thatsome detector cells more oftenbe updated as their neighbors. The problem continuesof artifacts strongerto the fore when comparing the detector cell dimensionsto the pixel dimension is small, and disappears when the detector cell dimensionbig inIs compared to the pixel dimension. In this form werethe reprojections and rear projectionsjust as an example with a flat two-dimensional fan-shaped beam geometry,an increase of1.76, 256 x 256Pixels, 256 detector cells, 256 views over 360 ° and an arbitrarily chosen starting angleof 126 °.
    [0036] Ein weiterer Nachteil der beidenVerfahren leitet sich aus der Datennutzung in jeder Projektion/Rückprojektionder Ansichten ab. Zur Veranschaulichung sei eine auf Strahlen basierendenProjektion eines Bildes mit Pixeln vorausgesetzt, deren Abmessungviel größer istals diejenige der Detektorzellen (siehe 5). Lediglich ein Teilbereich der Pixelträgt zuder Projektion unter jenem Winkel bei. Ähnlich werden in einer aufPixeln basierenden Rückprojektionmit Pixeln, deren Abmessung viel kleiner ist als diejenige der Detektorzellen, lediglichein Bruchteil der Detektorwerte in jeder Ansicht verwendet.Another disadvantage of the two methods derives from the use of data in each projection / rear projection of the views. As an illustration, a radiation-based projection of an image with pixels whose dimensions are much larger than that of the detector cells is assumed (see 5 ). Only a sub-area of the pixels contributes to the projection at that angle. Similarly, in a pixel-based back projection with pixels whose dimensions are much smaller than that of the detector cells, only a fraction of the detector values are used in each view.
    [0037] Dies führt zu einer mangelhaften Charakteristikdes Rauschens. In Falle einer iterativen Rekonstruktion kann diesaußerdemunzureichende Konvergenzeigenschaften zur Folge haben.This leads to a poor characteristicof noise. In the case of an iterative reconstruction, this canMoreoverresult in inadequate convergence properties.
    [0038] Ein sehr wichtiges Kriterium für das Wählen einesProjektor-Rückprojektor-Ansatzesist die Rechengeschwindigkeit. Die beiden Hauptfaktoren der Beschränkung derRechengeschwindigkeit sind die arithmetische Komplexität und dieDatenzugriffszeit. Im Falle des auf Strahlen basierenden Ansatzesist die Arithmetik verhältnismäßig unkompliziert.Dieser arbeitet daher im Falle von geringen Datenmengen rascherals der auf Pixeln basierende Ansatz. Im Falle von relativ großen Datenmengenwächstallerdings die Problematik der Datenzugriffszeit. Unter diesen Bedingungenbeginnt der auf Pixeln basierende Ansatz aufgrund seines typischen,die Zugriffszeit reduzierenden sequentiellen Bilddatenzugriffs vorteilhafteCharakteristiken der Verarbeitungsgeschwindigkeit zu zeigen, wohingegender auf Strahlen basierende Ansatz in höherem Maße Direktzugriffe erfordert,da er großeDatenblöcke überspringtund damit von der sequentiellen Form abweicht, in der die Datengespeichert sind. Daraus ergeben sich Verarbeitungsverzögerungen.A very important criterion for choosing oneProjector rear projector approachis the computing speed. The two main factors limiting theComputing speed is the arithmetic complexity and theData access time. In the case of the radiation-based approacharithmetic is relatively straightforward.It therefore works faster in the case of small amounts of datathan the pixel-based approach. In the case of relatively large amounts of datagrowshowever, the problem of data access time. Under these conditionsthe pixel-based approach begins because of its typical,the access time-reducing sequential image data access is advantageousWhereas characteristics of processing speed showthe ray-based approach requires more direct access,since he's bigData blocks skippedand thus deviates from the sequential form in which the dataare saved. This results in processing delays.
    [0039] Im Falle des dreidimensionalen Konusstrahlssind die Datensätzejedoch sogar noch größer unddie betreffenden Effekte treten noch stärker in den Vordergrund.In the case of the three-dimensional cone beamare the recordshowever, even larger andthe effects in question come to the fore even more.
    [0040] 5 und 6 veranschaulichen die Merkmale,die den Nachteil aufzeigen, der im Zusammenhang mit dem auf Pixelnbasierenden Verfahren aus dem Stand der Technik auftritt, bzw. einAusführungsbeispielder Erfindung, bei dem die auf Pixeln basierende Technik abgewandeltoder entsprechend angepasst ist, so dass die hochfrequenten Artefaktevermieden werden. 5 and 6 illustrate the features that demonstrate the disadvantage that occurs in connection with the pixel-based method from the prior art, or an exemplary embodiment of the invention, in which the pixel-based technology is modified or adapted accordingly, so that the high-frequency artifacts be avoided.
    [0041] Im Speziellen wird ein Schnittpunktmit dem Detektorarray lokalisiert. An dem Schnittpunkt wird einDirac-Impuls mit einer Flächeangenommen, die gleich dem Pixelwert ist. Dieser ist mit einem rechteckigenFenster konvolviert, das eine Breite aufweist, die gleich der Detektorzellenabmessungist. Die Gewichtungen werden durch Integrieren des Ergebnisses über diebeiden benachbarten Detektorzellen erlangt. Daraus ergibt sich dienachfolgende Formel fürdie Gewichtungen:
    [0042] Dies wird gemäß diesem angepassten auf Strahlenbasierenden Ausführungsbeispielder Erfindung gelöst,indem die Breite des quadratischen/rechteckigen Fensters oder Schattensder Pixel geeignet eingestellt wird, so dass die Fenster immer einanderbenachbart angeordnet sind, und die Lücken eliminiert werden, unddie Fenster im Ergebnis eine ununterbrochene Reihe bilden. Diesist durch die grau schattierten Bereiche in 6 veranschaulicht und lässt sichmathematisch ausdrückendurch:
    [0043] Der Algorithmus könnte selbstverständlich beispielsweisemittels einer Solange-Schleife verallgemeinert werden, um ein Überlappenmehrerer Detektorzellen zu erlauben. Allerdings führt dieszu einer Situation, in der der Vorteil der Artefaktverringerungdie Steigerung des Rechenaufwands nicht rechtfertigt.The algorithm could of course, for examplebe generalized using a Solange loop to overlapto allow multiple detector cells. However, this doesto a situation where the benefit of artifact reductionthe increase in computing effort is not justified.
    [0044] Im Falle der Anpassung der auf Pixelnbasierenden Technik wird die dynamische Anpassung eher auf die Pixelals auf die Zellen angewendet.In case of adjustment to pixelsbased technique, the dynamic adjustment tends to the pixelsthan applied to the cells.
    [0045] Genauer gesagt bedeutet dies, dassfür dieArtefakte, die in die auf Strahlen basierende Rückprojektion eingeführt sind,ein ähnlichesArgument geschaffen wird. Daraus ergeben sich für den korrigierten Algorithmusdie folgenden Gewichtungen:
    [0046] Es ist davon auszugehen, dass dieRechengeschwindigkeit dieser angepassten Verfahren derjenigen derursprünglichenAlgorithmen entspricht. Beide angepassten Verfahren eliminierendie in 3 und 4 gezeigten Artefakte, wiesie sich aufgrund der ursprünglichenVerfahren ergeben, vollständig...It can be assumed that the computing speed of these adapted methods corresponds to that of the original algorithms. Both adapted procedures eliminate the in 3 and 4 shown artifacts, as they result from the original process, completely ...
    [0047] Die vorliegende Erfindung basiertin diesem Ausführungsbeispielauf einem kontinuierlichen Abbilden des Detektorarrays auf eineBildzeile oder -spalte oder vice versa und insbesondere auf einAbbilden entlang der Richtung der Projektionslinien. Zur Beschleunigungdes Rechengangs werden sämtlicheDetektorpositionen und Bildpositionen auf eine beliebig ausgewählte Geradeprojiziert, die beispielsweise die X- oder Y-Achse des Bildes seinkann.The present invention is basedin this embodimenton a continuous mapping of the detector array onto aImage line or column or vice versa and in particular on oneImaging along the direction of the projection lines. For accelerationof the calculation process are allDetector positions and image positions on an arbitrarily selected straight lineprojected, for example, the X or Y axis of the imagecan.
    [0048] Damit einhergehend wird, ähnlich demauf Pixeln basierenden Ansatz, sequentiell auf die Bilddaten zugegriffen,die Arithmetik ist unkompliziert und ähnelt derjenigen des auf Strahlenbasierenden Ansatzes, es treten keine Artefakte auf, und sämtlicheDaten werden in jeder Ansicht einheitlich verwendet. Der neue Algorithmuslässt sichfür einImplementieren sowohl in Hardware als auch Software anpassen, isteinfach aufgebaut und ermöglichthohe Rechengeschwindigkeit und eine ein Rauschen reduzierende vollständige Datennutzungund erzeugt keine Artefakte.This goes along with it, similar to thatpixel-based approach, accessing the image data sequentially,the arithmetic is straightforward and is similar to that on raysbased approach, there are no artifacts, and allData is used consistently in every view. The new algorithmlet yourselffor aImplement it in both hardware and softwaresimply constructed and made possiblehigh computing speed and full data usage reducing noiseand creates no artifacts.
    [0049] Näherim Detail ist das Ausführungsbeispieldieser Technik in 7 veranschaulichtund basiert auf einem kontinuierlichen Abbilden des Detektorarraysauf einer Bildzeile (oder Bildspalte) oder vice versa, und insbesondereauf einem Abbilden entlang der Richtung der Projektionslinien. ZurBeschleunigung des Rechengangs wird die X-Achse (oder Y-Achse),wie oben erwähnt,als Bezug fürdie relative Position der Pixel und der Detektorzellen verwendet.Um ein kontinuierliches Abbilden von Bildpixeln und Detektorzellenzu definieren, werden anstelle der Zentren, hier die Übergänge zwischenPixeln und zwischen Detektorzellen verwendet. Zuerst werden sämtlicheDetektorzellenübergänge aufdie X-Achse (oder Y-Achse oder eine beliebig bestimmte Achse) projiziert.Anschließendwerden sämtlicheBildzeilen (oder -spalten) in einer Schleife durchlaufen und diePixelübergänge werdenauf die Achse projiziert. Ein Wert wird aus dem Bild gelesen, mitder zwischen Projektionen definierten geeigneten Segmentlänge gewichtetund, je nach Erfordernis des Falls, der Detektorzelle oder dem Pixelzugeordnet.The embodiment of this technique is shown in more detail in 7 illustrates and is based on a continuous imaging of the detector array on an image line (or image column) or vice versa, and in particular on an imaging along the direction of the projection lines. To speed up the calculation process, the X axis (or Y axis), as mentioned above, is used as a reference for the relative position of the pixels and the detector cells. In order to define a continuous imaging of image pixels and detector cells, the transitions between pixels and between detector cells are used here instead of the centers. First, all detector cell transitions are projected onto the X-axis (or Y-axis or an arbitrarily determined axis). Then all image lines (or columns) are looped through and the pixel transitions are projected onto the axis. A value is read from the image, weighted with the suitable segment length defined between projections and, depending on the requirements of the case, assigned to the detector cell or the pixel.
    [0050] 8 zeigteine detailliertere Ansicht des verflochtenen Musters von Detektorschnittstellendi, Pixelschnittstellen pi,Detektorwerten dij und Pixelwerten pij. In diesem Beispiel lässt sich der Beitrag der inFrage kommenden Zeile an den Strahlensummen dij ausrücken durch:
    [0051] 9 zeigtdie auf Abstand basierende, zu dem Ergebnis der auf Pixeln basierendenProjektion in 4 äquivalenteProjektion einer uniformen Scheibe. Es ist klar, dass die hochfrequentenSchwingungen, ebenso wie im Falle des angepassten auf Pixeln basierendenProjektors und des auf Zeilen begründeten Projektors, mittelsdieser Technik vollkommen eliminiert werden. 9 shows the distance based on the result of the pixel based projection in 4 equivalent projection of a uniform pane. It is clear that, as in the case of the customized pixel-based projector and the row-based projector, the high frequency vibrations are completely eliminated by this technique.
    [0052] 10 zeigtdie auf Abstand basierende Entsprechung des Ergebnisses der aufStrahlen basierenden Rückprojektionin 3. Auch hier werdendie hochfrequenten Artefakte mittels dieses Ansatzes ebenso wie imFalle des auf Pixeln basierenden Rückprojektors und des angepasstenauf Zeilen begründetenRückprojektorszur Gänzeeliminiert. 10 shows the distance-based correspondence of the result of the beam-based back-projection in 3 , Here, too, the high-frequency artifacts are completely eliminated, as is the case with the pixel-based rear projector and the customized line-based rear projector.
    [0053] Füreinen Vergleich der Leistung wurde die Rückprojektion ins Auge gefasst,insofern die Rechenzeiten fürdie Projektion und Rückprojektionsehr ähnlichsind. Sowohl fürdie Bilder als auch die Sinogramme wurde von n × n Pixeln ausgegangen. 11 veranschaulicht in einemGraph die von der Datenmenge abhängige proRückprojektionerforderliche Zeit unter Verwendung der drei verschiedenen Ansätze im Falleeines SUN E4500 (10 UItraSPARC-II,400MHz, 8Mb Cache, 10GByte RAM). Für geringe Datenmengen bildetder arithmetische Vorgang den Engpass, da sämtlich Daten im Cache-SpeicherPlatz finden. Der auf Pixeln basierende Ansatz schneidet in diesemFalle deutlich am schlechtesten ab, während der auf Abstand basierendeAnsatz an den auf Strahlen basierenden Ansatz heranreicht. DerselbeOptimierungsaufwand wurde auf sämtlichedrei Algorithmen angewandt. Fürgrößer Datensätze gewinntdie Speicherzugriffszeit an Bedeutung, da nun das gesamte Bild nichtmehr in den Cache-Speicher passt. Tatsächlich ist dies lediglich für den aufStrahlen basierenden Ansatz von Nachteil, da der Arbeitsspeicherzugriffnicht sequentiell ist. Hierdurch erklärt sich die Steigung der Kurveim Falle des auf Strahlen basierenden Verfahrens. Für größere Datensätze weistder auf Pixeln basierende sowie auf Abstand basierende Ansatz dengroßenVorteil auf, dass sie sich in Hardware implementieren lassen. Für der aufStrahlen basierenden Ansatz trifft dies nicht zu, da in Hardwareeingreifende Projektoren im Allgemeinen nicht in der Lage sind,auf den gesamten Arbeitsspeicher auf einmal zuzugreifen.For a comparison of the performance, the rear projection was considered, insofar as the computing times for the projection and rear projection are very similar. N × n pixels were assumed for both the images and the sinograms. 11 illustrates in a graph the time required for each rear projection depending on the amount of data using the three different approaches in the case of a SUN E4500 (10 UItraSPARC-II, 400MHz, 8Mb cache, 10GByte RAM). For small amounts of data, the arithmetic process is the bottleneck, since all data can be stored in the cache memory. The pixel-based approach is clearly the worst in this case, while the distance-based approach approaches the ray-based approach. The same optimization effort was applied to all three algorithms. The memory access time becomes more important for larger data sets, since the entire image no longer fits into the cache memory. In fact, this is only a disadvantage for the beam-based approach, since memory access is not sequential. This explains the slope of the curve in the case of the radiation-based method. For larger data sets, the pixel-based and distance-based approach has the great advantage that they can be implemented in hardware. This is not the case for the radiation-based approach, since projectors that intervene in hardware are generally not able to access the entire working memory at once.
    [0054] Das oben offenbarte auf Abstand basierendeProjektions-Rückprojektionsverfahrenist weiter unten zusammenfassend beschrieben. Um die Grundzüge dieserTechnik verständlicherzu machen, werden allerdings zunächstdie unveränderten,auf Pixel bzw. auf Strahlen basierenden Techniken erläutert.The one disclosed above based on distanceProjection Rear projection methodis summarized below. To the basics of thisTechnology easier to understandto be made, however, initiallythe unchanged,techniques based on pixels or rays.
    [0055] Auf Pixel basierende Technik: – AdressieresämtlicheBildpixel (*) und führefür jedesBildpixel die folgenden Schritte aus: – Ermittleeine durch die Quelle und die Mitte des Bildpixels verlaufende Gerade. – Bestimmeden Schnittpunkt dieser Geraden mit dem Detektorarray. – Ermittlediejenigen beiden Detektorzellen, deren Zentren den geringsten Abstandzu dem Schnittpunkt aufweisen. – Für die Rückprojektion:Berechne den Wert an diesem Schnittpunkt durch lineare Interpolationzwischen den beiden Detektorzellen und ordne diesen Wert dem Bildpixelzu. – Für die (Rück-)Projektion:Ordne den Wert des Bildpixels unter Verwendung derselben Gewichtungenwie im Falle der Rückprojektionden beiden Detektorzellen zu. Pixel-based technology: - Address all image pixels (*) and perform the following steps for each image pixel: - Find a straight line running through the source and the center of the image pixel. - Determine the intersection of this line with the detector array. - Identify those two detector cells whose centers are the closest to the intersection. - For rear projection: calculate the value at this intersection by linear interpolation between the two detector cells and assign this value to the image pixel. - For (back) projection: assign the value of the image pixel to the two detector cells using the same weightings as in the case of back projection.
    [0056] Auf Strahlen basierende Technik: – Adressiere(in sämtlichenAnsichten) sämtlicheProjektionslinien (**): eine Projektionslinie ist als eine Geradedefiniert, die die Quelle und die Mitte einer Detektorzelle verbindet. – Führe für jede Projektionsliniedie folgenden Schritte aus: – Für die (Rück-)Projektion:Setze die Projektionssumme zurück. – AdressieresämtlicheBildzeilen (***) und führefür jedeBildzeile (***) die folgenden Schritte durch: – Berechne den Schnittpunktder Projektionslinie mit (der Mittellinie) der Bildzeile (***). – Ermittlediejenigen beiden Bildpixel in dieser Zeile (***), deren Zentrenden geringsten Abstand zu dem Schnittpunkt aufweisen. – Für die (Rück-)Projektion: Berechneden Wert an diesem Schnittpunkt durch lineare Interpolation zwischenden beiden Bildpixeln und addiere diesen Wert zu der Projektionssumme. – Für die Rückprojektion:Addiere den Wert der Detektorzelle zu den beiden Bildpixeln unterVerwendung derselben Gewichtungen wie in der (Rück-)Projektion. – Für die (Rück-)Projektion:Ordne die Projektionssumme der Detektorzelle zu. Technology based on rays: - Address (in all views) all projection lines (**): a projection line is defined as a straight line that connects the source and the center of a detector cell. - Do the following for each projection line: - For the (back) projection: Reset the projection total. - Address all image lines (***) and perform the following steps for each image line (***): - Calculate the intersection of the projection line with (the center line) of the image line (***). - Determine those two image pixels in this line (***) whose centers are the closest to the intersection. - For the (back) projection: Calculate the value at this intersection by linear interpolation between the two image pixels and add this value to the projection sum. - For rear projection: add the value of the detector cell to the two image pixels using the same weightings as in the (rear) projection. - For (back) projection: assign the projection sum to the detector cell.
    [0057] Auf Abstand basierende Technik: – AdressieresämtlicheAnsichten und führefür jedeAnsicht die folgenden Schritte aus: – Für jede Detektorzelle: – Ermittledie Ränderder Detektorzelle: – Ermittleeine Gerade durch Verbinden des Detektorzellenrands mit der Röntgenstrahlenquelle. – Berechneden Schnittpunkt dieser Geraden mit der x-Achse (***). – DieserSchnittpunkt definiert den projizierten Detektorzellenrand. – AdressieresämtlicheBildzeilen und führefür jedeBildzeile die folgenden Schritte aus: – AdressieresämtlicheBildpixel in dieser Zeile und führefür jedesBildpixel die folgenden Schritte aus: – Ermittleden linken und rechten (***) Rand der Bildpixel: – Ermittleeine durch den Pixelrand und die Röntgenstrahlenquelle verlaufendeGerade. – Berechneden Schnittpunkt dieser Geraden mit der x-Achse (***). – DieserSchnittpunkt definiert den projizierten Pixelrand. – Erstelleeine sortierte Liste von projizierten Detektorzellenrändern undprojizierten Pixelrändern. – Beginnean dem ersten Rand, der auf der x-Achse (***) am weitesten linksangeordnet ist, und ermittle das aktuelle Pixel und die aktuelleDetektorzelle. – Führe diefolgenden Schritte aus, bis der äußerste rechteRand erreicht ist: – Ermittle,welches der nächstenRand ist (****). – Aktualisieredas aktuelle Pixel oder die aktuelle Detektorzelle. – Berechneden Wichtungsfaktor als die Position des aktuellen Rands minus derPosition des vorhergehenden Rands. – Für die (Rück-)Projektion:Multipliziere den Wert des aktuellen Bildpixels mit dem Wichtungsfaktorund addiere das Ergebnis zu der aktuellen Detektorzelle. – Für die Rückprojektion:Multipliziere den Wert der aktuellen Detektorzelle mit dem Wichtungsfaktorund addieren das Ergebnis zu dem aktuellen Bildpixel. Technology based on distance: - Address all views and do the following for each view: - For each detector cell: - Find the edges of the detector cell: - Find a straight line by connecting the detector cell edge to the X-ray source. - Calculate the intersection of this line with the x-axis (***). - This intersection defines the projected detector cell edge. - Address all image lines and perform the following steps for each image line: - Address all image pixels in this line and do the following for each image pixel: - Determine the left and right (***) edge of the image pixels: - Find a straight line running through the edge of the pixel and the X-ray source. - Calculate the intersection of this line with the x-axis (***). - This intersection defines the projected pixel edge. - Make a sorted list of projected detector cell edges and projected pixel edges. - Start at the first edge, which is located on the x-axis (***) furthest to the left, and determine the current pixel and the current detector cell. - Do the following until you reach the far right edge: - Determine which is the next margin (****). - Update the current pixel or the current detector cell. - Calculate the weighting factor as the position of the current edge minus the position of the previous edge. - For (back) projection: multiply the value of the current image pixel by the weighting factor and add the result to the current detector cell. - For rear projection: multiply the value of the current detector cell by the weighting factor and add the result to the current image pixel.
    [0058] Schlüssel: (*) bezeichnet/beziehtsich auf "auf Pixelnbasierend" (**)bezeichnet/bezieht sich auf "aufStrahlen basierend" (***)Falls die Projektionslinien eher horizontal als vertikal verlaufen,sind die folgenden Konvertierungen erforderlich:. 'Zeile' <--> 'Spalte' 'X-Achse' <--> 'Y-Achse' 'links' <--> 'unten' 'rechts' <--> 'oben' (****) bezeichnet/beziehtsich auf "auf Abstandbasierendes" Merkmal.Key: (*) denotes / refers to "based on pixels" (**) denotes / refers to "based on rays" (***) If the projection lines are horizontal rather than vertical, the following conversions are required: 'Row'<-->'column' 'X-axis'<-->'Y-axis' 'left'<-->'below' 'right'<-->'top' (****) denotes / refers to "distance based" feature.
    [0059] Es ist zu beachten, dass diese Kurzbeschreibungder offenbarten Techniken der Veranschaulichung dienen soll undnicht als den Schutzumfang der Erfindung speziell beschränkend zubewerten ist, und dass, obwohl die vorausgehende Offenbarung sichlediglich auf eine beschränkteAnzahl von Projektions- und Rückprojektionsverfahrenkonzentriert, die Anwendung dieser Techniken nicht auf CT-Anwendungenbeschränktist. Ferner ist zu beachten, dass ein Anpassen der herkömmlichenauf Strahlen basierenden und auf Pixeln basierenden linearen Interpolationunter vorgegebenen beschränkendenVoraussetzungen hochfrequente Artefakte eliminiert. Das auf Abstandbasierende Verfahren eliminiert allerdings ohne jede beschränkende VoraussetzungArtefakte in jeder Ansicht vollkommen, sämtliche Daten tragen einheitlichzu der resultierenden Projektion oder Rückprojektion bei, und die Recheneigenschaftendes Verfahrens sind vorteilhaft.It should be noted that this short descriptionthe disclosed techniques are intended to be illustrative andnot specifically limiting the scope of the inventionevaluate, and that, although the previous revelation isonly limitedNumber of projection and rear projection methodsthe application of these techniques is not focused on CT applicationslimitedis. It should also be noted that an adaptation of the conventionallinear interpolation based on rays and pixelsunder given restrictiveRequirements for high-frequency artifacts eliminated. At a distancebased methods, however, are eliminated without any restrictive requirementArtifacts perfect in every view, all data carry uniformto the resulting projection or rear projection, and the computing propertiesof the procedure are advantageous.
    [0060] Ferner ist klar, dass das Verfahren,obwohl dieses anhand eines zweidimensionalen Flachdetektors mitFächerstrahl-CT-Geometrie erörtert wurde,sowie Schlussfolgerungen aus dem Verfahren nicht auf dieses Beispielbeschränktsind, und dass es füreinen auf diesem Gebiet oder einem damit nahe verwandten Gebiet bewandertenFachmann offenkundig ist, dass sich die Konzepte an andere zwei-und dreidimensionale (oder mehrdimensionale) Geometrien anpassenlassen, zu denen lediglich als Beispiele genannt PET- und SPECT-Geometrien(= single-photon emis sion computer tomography – Computertomographie mit Einzelphotonenemission)zählen.It is also clear that the method, although discussed using a two-dimensional flat panel detector with fan beam CT geometry, and conclusions from the method do not refer to this Example are limited, and it is obvious to a person skilled in the art or a closely related field that the concepts can be adapted to other two- and three-dimensional (or multidimensional) geometries, of which PET and Count SPECT geometries (= single-photon emission computer tomography - computed tomography with single photon emission).
    [0061] Erweiterung auf drei Dimensionen(3D): Ein Ausführungsbeispielder Erweiterung des auf Abstand basierenden Verfahrens auf dreiDimensionen beruht darauf, die 2D-Version in Verbindung mit einerInterpolation in der Z-Richtunganzuwenden. Allerdings muss die z-Interpolation entweder auf Pixelnbasierend oder auf Strahlen basierend durchgeführt werden, was gewöhnlich zuArtefakten bei der Projektion bzw. der Rückprojektion führt. Innoch einem Ausführungsbeispiel derAnwendung auf drei Dimensionen, wird das vorstehend beschriebeneauf Abstand basierende Prinzip auch in der z-Richtung angewandt. Wie in 12 gezeigt, sind die Bildbegrenzungenjedes Volumenelements gegenüberden Detektorbegrenzungen dargestellt. In diesem Ausführungsbeispielwerden sämtliche,zu der x-z-Ebene parallel verlaufende Bildebenen auf den Detektor(oder vice versa) entlang der Projektionsrichtung abgebildet. Wieweiterhin in 13 und 14 gezeigt, bildet dieseTechnik sämtlicheDetektor- und Bildbegrenzungen jedes Volumenelements (sowohl x-Begrenzungenals auch z-Begrenzungen) auf die x-z-Ebene ab. Um eine effizienteDurchführungzu erreichen, finden sämtlichez-Berechnungen in der inneren Schleife statt, die ein Wiederverwendensämtlicherx-Berechnungen erlaubt. Um die Speicherzugriffszeit zu minimieren,wird das Bild mit der Ebenennummer als dem am wenigsten signifikantenIndex gespeichert, und das Sinogramm wird mit der Detektorreiheals dem am wenigsten signifikanten Index gespeichert. Wie in 14 gezeigt, fallen die Abbildungender Bildbegrenzungen und der De tektorbegrenzungen auf die x-z-Ebenein den übereinstimmendenAbschnitten der x-z-Ebene nicht notwendig zusammen, jedoch werdenbeide auf einer zu der Z-Achse parallelen Achse abgebildet, undes werden lediglich die resultierenden z-Werte für nachfolgende Berechnungenbenötigt.Extension to three dimensions (3D): One embodiment of the extension of the distance-based method to three dimensions is based on using the 2D version in conjunction with interpolation in the Z direction. However, the z-interpolation has to be performed either based on pixels or based on rays, which usually leads to artifacts in the projection or the back projection. In another embodiment of the application on three dimensions, the above-described principle based on distance is also applied in the z direction. As in 12 shown, the image boundaries of each volume element are shown compared to the detector boundaries. In this exemplary embodiment, all image planes running parallel to the xz plane are imaged onto the detector (or vice versa) along the projection direction. As continues in 13 and 14 shown, this technique maps all detector and image limits of each volume element (both x limits and z limits) to the xz plane. In order to achieve an efficient implementation, all z calculations take place in the inner loop, which allows all x calculations to be reused. To minimize memory access time, the image is stored with the layer number as the least significant index and the sinogram is stored with the detector row as the least significant index. As in 14 shown, the images of the image boundaries and the detector boundaries on the xz plane do not necessarily coincide in the corresponding sections of the xz plane, but both are depicted on an axis parallel to the Z axis, and only the resulting z- Values required for subsequent calculations.
    [0062] Es sollte klar sein, dass die Technikhier als ein Abbilden der Begrenzungen auf die x-z-Ebene beschriebenwurde. Allerdings ist die Wahl der x-z-Ebene willkürlich, undes ist selbstverständlich,dass sich die Technik auf ein Abbilden auf andere Ebenen, beispielsweisedie y-z-Ebene erweitern lässt.Ferner sollte es klar sein, dass die Detektorbegrenzungen sich ineiner Ebene befinden können,die aufgrund der Geometrie des Detektors nicht linear ist.It should be clear that the technologydescribed here as mapping the boundaries to the x-z planehas been. However, the choice of the x-z plane is arbitrary, andit goes without sayingthat the technology focuses on mapping to other levels, for examplelets you expand the y-z plane.It should also be clear that the detector limits are inone level,which is not linear due to the geometry of the detector.
    [0063] In einem Ausführungsbeispiel kann der Brennpunktdes Detektors als unendlich weit von dem Bildraster und dem Detektorentfernt angenommen werden. Diese Situation wird als eine Parallelstrahlengeometrie bezeichnet,bei der sämtlicheProjektionslinien im Wesentlichen parallel verlaufen. Es sollteklar sein, dass sich das hier beschriebene Verfahren in der Parallelstrahlengeometrieeinsetzen lässt.In one embodiment, the focusof the detector as infinitely far from the image grid and the detectorbe accepted remotely. This situation is called a parallel beam geometry,at allProjection lines run essentially parallel. It shouldbe clear that the method described here is in the parallel beam geometrycan be used.
    [0064] In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen,wurde die Reihenfolge, in der auf das Bild zugegriffen wird, sobeschrieben, als ob es sich bei dem Bild um einen Stapel von parallelzu der x-z-Ebene verlaufenden Ebenen handele und auf diese Ebenensequentiell zugegriffen würde.Es sollte klar sein, dass diese spezielle Beschreibung zur Veranschaulichungerstellt wurde, und dass auf das Bild auf anderen Wegen als den hierbeschriebenen zugegriffen werden kann, beispielsweise kann auf dasBild als eine Folge von y-z-Ebenen zugegriffen werden. Dementsprechendsollten die hierin beschriebenen Verfahren dahingehend bewertetwerden, dass sie sich auf jede Art von Bildzugriffsverfahren erweiternlassen und diese mit einschließen.In the above-described embodiments,the order in which the image is accessed was like thisdescribed as if the image was a stack of parallelact on the x-z-planes and on these planeswould be accessed sequentially.It should be understood that this specific description is illustrativewas created, and that on the image in other ways than the one heredescribed can be accessed, for exampleImage can be accessed as a sequence of y-z planes. Accordinglythe methods described herein should be evaluated accordinglythat they extend to any type of image access methodleave and include them.
    [0065] Ferner sollte es klar sein, dassdas Verfahren anstatt, wie hier beschrieben, die Volumenelementränder unddie Detektorzellenränderabzubilden, auch andere Instanzen, z.B. Volumenelementzentren undDetektorzellenzentren abbilden kann. Durch ein solches Abbildendieser anderen Instanzen, behältdas hier beschriebene Verfahren dieselben Leistungsvorteile bei,verliert möglicherweiseallerdings eine bevorzugte Artefaktcharakteristik.It should also be clear thatthe method rather than the solid edges and as described herethe detector cell edgesmap, other instances, e.g. Volume element centers andCan map detector cell centers. Through such mappingof these other instancesthe procedure described here has the same performance advantages,may losehowever, a preferred artifact characteristic.
    [0066] Dreidimensionale, auf Abstand basierendeTechnik, wie in 15 gezeigt: – AdressieresämtlicheAnsichten und führefür jedeAnsicht die folgenden Schritte aus: – Für jede Detektorzelle: – Ermittledie Ränderder Detektorzelle: – Bestimmefür jedenDetektorzellenrand durch Verbinden des Detektorzellenrands mit derRöntgenstrahlenquelleeine Ebene. – Berechneden Schnittpunkt dieser Ebene mit der x-z-Ebene. – DieserSchnittpunkt definiert den projizierten Detektorzellenrand. – Adressieredas gesamte Bild als eine Folge von zu der x-z-Ebene parallelen Ebenen und führe für jede Bildebenedie folgenden Schritte aus: – AdressieresämtlicheBildvolumenelemente in der Ebene und führe für jedes Bildvolumenelementdie folgenden Schritte aus: – Ermittledie Ränderdes Bildvolumenelements in der x-Richtung. – Ermittledie Ränderdes Bildvolumenelements in der z-Richtung. – Bestimmefür jedenVolumenelementrand durch Verbinden des Volumenelementrands mit derRöntgenstrahlenquelleeine Ebene. – Berechneden Schnittpunkt dieser Ebene mit der x-z-Ebene. – DieserSchnittpunkt definiert den projizierten Volumenelementrand. – Erstelleeine sortierte Liste projizierter Detektorzellenränder undprojizierter Volumenelementränder – Beginnean dem ersten Rand, und ermittle das aktuelle Volumenelement unddie aktuelle Detektorzelle. – Führe diefolgenden Schritte aus, bis der letzte Rand erreicht ist: – Ermittle,welches der nächsteRand ist. – Berechneden Wichtungsfaktor als den Bereich, der durch die projiziertenVolumenelementränderund die projizierten Detektorzellenränder begrenzt ist. – Für die (Rück-)Projektion:Multipliziere den Wert des aktuellen Bildvolumenelements mit demWichtungsfaktor und addiere das Ergebnis zu der aktuellen Detektorzelle. – Für die Rückprojektion:Multipliziere den Wert der aktuellen Detektorzelle mit dem Wichtungsfaktorund addiere das Ergebnis zu dem aktuellen Bildvolumenelement. – Aktualisieredas aktuelle Volumenelement oder die aktuelle Detektorzelle. Three-dimensional, distance-based technology, as in 15 shown: - Address all views and do the following for each view: - For each detector cell: - Find the edges of the detector cell: - Determine a plane for each detector cell edge by connecting the detector cell edge to the X-ray source. - Calculate the intersection of this plane with the xz plane. - This intersection defines the projected detector cell edge. - Address the entire image as a sequence of planes parallel to the xz plane and perform the following steps for each image plane: - Address all image volume elements in the layer and perform the following steps for each image volume element: - Find the edges of the image volume element in the x direction. - Find the edges of the image volume element in the z direction. - Determine a plane for each volume element edge by connecting the volume element edge to the X-ray source. - Calculate the intersection of this plane with the xz plane. - This intersection defines the projected volume element edge. - Create a sorted list of projected detector cell edges and projected volume element edges - Start at the first edge and determine the current volume element and the current detector cell. - Do the following until the last edge is reached: - Find out which is the next edge. - Calculate the weighting factor as the area bounded by the projected volume element edges and the projected detector cell edges. - For the (back) projection: Multiply the value of the current image volume element by the weighting factor and add the result to the current detector cell. - For rear projection: multiply the value of the current detector cell by the weighting factor and add the result to the current image volume element. - Update the current volume element or the current detector cell.
    [0067] Die vorausgehende Erörterungder Erfindung wurde fürZwecke einer Darstellung und Beschreibung unterbreitet. Ferner solldie Beschreibung nicht auf die hier offenbarte Ausführungsformbeschränkendwirken. Dementsprechend fallen Veränderungen und Modifikationen,die den oben erwähntenAusführungenund der Erfahrung und dem Wissen auf dem Gebiet der betreffendenTechnik entsprechen, in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.Das hier vorausgehend beschriebene Ausführungsbeispiel soll fernerdie beste zur Zeit bekannte Weise einer praktischen Verwirklichungder Erfindung erklären,und anderen Fachleuten ermöglichen,die Erfindung als solche oder in weiteren Ausführungsbeispielen und mit denvielfältigenModifikationen, die fürdie spezielle Anwendung oder den betreffenden Einsatz der Erfindungerforderlich sind zu nutzen. Es ist beabsichtigt, dass die beigefügten Patentansprüche verfasstsind, um alternative Ausführungsbeispielein dem durch den Stand der Technik ermöglichten Ausmaß zu umfassen.The previous discussionthe invention was forSubmitted for the purpose of illustration and description. Furthermore shouldthe description does not apply to the embodiment disclosed hererestrictiveAct. Accordingly, changes and modifications fall,the ones mentioned aboveversionsand the experience and knowledge in the field of those concernedTechnique correspond within the scope of the present invention.The embodiment described here above is also intendedthe best currently known way of practical implementationexplain the inventionand other professionals,the invention as such or in further embodiments and with thediverseModifications forthe specific application or use of the inventionare required to use. It is intended that the appended claims be drawn upare to alternative embodimentsto the extent permitted by the prior art.
    [0068] Verfahren zum dreidimensionalen Projizierenund Rückprojizierenvon Strahlen in Bezug auf Volumenelemente/Detektorzellen sind offenbart,um hochfrequente Artefakte zu vermindern/eliminieren. Eine auf Abstandbasierende Technik, bei der die Übergänge derVolumenelemente und der Detektorzellen jeweils auf eine vorgegebeneEbene projiziert werden. Diese Pro jektion ermöglicht ein Bestimmen des Beitragsjedes der Volumenelemente/Zellen zu jedem der Zellen/Volumenelemente,wobei die Rechenzeit reduziert wird und die Bilder durch Beseitigender Artefakte verbessert werden.Three-dimensional projection methodand projecting backof rays related to volume elements / detector cells are disclosedto reduce / eliminate high frequency artifacts. One at a distancebased technique in which the transitions of theVolume elements and the detector cells each to a predeterminedPlane are projected. This projection enables the contribution to be determinedeach of the volume elements / cells to each of the cells / volume elements,whereby the computing time is reduced and the images are eliminatedthe artifacts will be improved.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1]
    Bildverarbeitungsverfahren, mit den Schritten: Projizierenvon Ränderneines jeden Volumenelements eines Volumenelementrasters, die durchmehrere, von einer Quelle auf einen Detektor projizierte Strahlengeschnitten werden, in einer vorgegebenen Folge von Volumenelementenin dem Volumenelementraster auf eine vorgegebene Ebene; Projizierender Ränderjeder Zelle eines Detektors auf die vorgegebene Ebene; und Ermittelndes Beitrags jedes Volumenelements zu einer Zelle des Detektorarraysoder vice versa gemäß den Projektionender Volumenelementränderund der Detektorzellenränderauf der vorgegebenen Ebene.Image processing method, with the steps:Projectof edgesof each volume element of a volume element grid, which is represented bymultiple beams projected from a source onto a detectorbe cut in a given sequence of volume elementsin the volume element grid to a predetermined level; Projectthe edgeseach cell of a detector at the predetermined level; and determiningthe contribution of each volume element to a cell of the detector arrayor vice versa according to the projectionsthe volume element edgesand the detector cell edgesat the given level.
    [2]
    Bildverarbeitungsverfahren nach Anspruch 1, bei demder Schritt des Projizierens der Ränder des Volumenelements aufdie vorgegebene Ebene ein Projizieren einer auf einer Seite desVolumenelements ausgewähltenGeraden auf die vorgegebene Ebene umfasst.The image processing method according to claim 1, whereinthe step of projecting the edges of the solid onthe given level projecting one onto one side of theVolume element selectedStraight lines to the given level.
    [3]
    Bildverarbeitungsverfahren nach Anspruch 1, bei demdie vorgegebene Ebene eine beliebig ausgewählte Ebene ist.The image processing method according to claim 1, whereinthe given level is an arbitrarily selected level.
    [4]
    Bildverarbeitungsverfahren nach Anspruch 1, bei demdie vorgegebene Ebene parallel zu einer x-z-Ebene verläuft.The image processing method according to claim 1, whereinthe given plane runs parallel to an x-z plane.
    [5]
    Bildverarbeitungsverfahren, mit den Schritten: Errichteneines Volumenelementrasters, das Bildvolumenelemente enthält, diein Bildzeilen, Bildspalten und Bildebenen angeordnet sind; fortlaufendesAbbilden von Übergängen zwischenBildvolumenelementen und Übergängen zwischenDetektorzellen eines Detektors, der Strahlung von einer Quelle erfassthat, mit den Schritten: Projizieren von Detektorzellenübergängen aufeine vorgegebene Ebene; Projizieren der Volumenelementübergänge aufdie vorgegebene Ebene; und Gewichten mindestens einer der Detektorzellenund/oder Volumenelemente mit einem Bereich auf der vorgegebenenEbene auf der Grundlage eines Bereichs, der durch benachbarte Projektionenbegrenzt ist.Image processing method, comprising the steps of: establishing a volume element grid which contains image volume elements which are arranged in image lines, image columns and image planes; continuously mapping transitions between image volume elements and transitions between detector cells of a detector that has detected radiation from a source, comprising the steps of: projecting detector cell transitions onto a predetermined level; Projecting the solid element transitions onto the predetermined level; and weighting at least one of the detector cells and / or volume elements with an area on the predetermined level based on an area that is limited by neighboring projections.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040013294A1|2004-01-22|
    NL1025371C2|2006-02-24|
    CN1520783A|2004-08-18|
    US7227982B2|2007-06-05|
    JP2004230172A|2004-08-19|
    JP4356880B2|2009-11-04|
    NL1025371A1|2004-08-04|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2009-11-19| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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