图像数据的各向同性重建的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于基于投影测量数据来重建图像数据的方法，一种用于基于投影测量数据来重建图像数据的重建单元以及一种具有相应的重建单元的成像系统。
【背景技术】
[0002]借助现代成像方法通常产生三维图像数据，其可以用于显示成像的检查对象和此外可以用于其它应用。例如可以将患者或其它检查对象的器官或其它结构在其空间位置方面进行采集，以便例如基于此导入其它分析。尤其也可以执行各个器官或结构的所谓分割，从而这些数据可以用于随后的考虑。在此决定性的是，尽可能地抑制或避免在三维图像数据的、即所谓的“体积图像数据”的产生时的几何失真。
[0003]对于重建体积图像数据所需的投影测量数据例如借助计算机断层成像系统(CT系统)采集。在CT系统中，布置在可旋转的机架上的X射线源和对置布置的X射线检测器的组合围绕测量空间转动，检查对象(其下面在不限制一般性的情况下称作患者)位于该测量空间中。旋转中心(也称作“对称中心”)在此与所谓的系统轴Z重合，其平行于患者卧榻的进给方向延伸。借助患者卧榻可以将患者移入和移出测量空间。在一个或多个转动中患者被X射线源的X射线辐射透射，其中借助对置的X射线检测器采集投影测量数据或者说X射线投影数据。X射线系统的转动在此横向于、尤其垂直于系统轴Z地规定所谓的轴向平面或横向平面，在其中分别产生和采集投影数据。这种轴向平面内的空间方向下面称作“轴向平面方向”。
[0004]在现代的计算机断层成像中，除了轴向视图之外补充地，所重建的(二维的)图像数据或截面图像典型在不同空间方向上被重组或者从中如上面提及那样产生和显示连续的三维图像数据，即“体积图像数据”。开头提及的所重建的体积图像数据的例如用于分割或也用于三维显示的进一步处理却相对困难。所重建的体积图像数据至少部分地取决于X射线检测器的几何结构或者以其它方式取决于计算机断层成像系统的构造或“硬件”。检测器和计算机断层成像系统的构造例如预先给定了三维图像数据的可实现的最小分辨宽度、也就是体素的最小尺寸。
[0005]尤其通常基于在轴向平面中采集的投影测量数据重建所谓的轴向“原始层”，其具有在z方向上的特定延伸。原始层的该延伸可以通过检测器几何结构和尤其通过各个检测器元件(检测器的像素)在系统轴Z的方向上的延伸来预先给定。原始层由此具有在Z方向上的“硬件相关的延伸”。如所提及的，通常患者卧榻或者机架平行于系统轴Z移动，从而检测器和X射线源相对于患者运动。从一系列多个轴向截面图像或原始层中于是也可以重建三维图像数据，其中体积图像点(体素)的延伸小于检测器元件在Z方向上的延伸。为此患者卧榻在Z方向上的进给(即在来自相同的投影方向的两个拍摄时刻之间检测器在Z方向上驶过的路径)必须小于检测器元件在Z方向上的延伸。在该情况下，得到在Z方向上空间重叠的投影测量数据或原始层，其允许以在Z方向上提高的分辨率进行重建；在该情况下可以说成通过所谓的“过扫描”实现的分辨率提高。相应的体积图像数据又具有在Z方向上的“硬件相关的延伸”，其通过患者卧榻的进给和单个检测器元件的尺寸给出。
[0006]图像数据在轴向平面方向中的、即横向于系统轴z的分辨率此外同样是“硬件相关地预定的”。即，基本上，原始层在轴向平面中的分辨率通过测量空间的几何结构或辐射源围绕测量空间的旋转来确定。
[0007]因为这些“硬件导致的因素”本身可以在借助相同CT系统进行的不同CT测量中变化(例如可以改变患者卧榻的进给速度)，所以通常出现开头提到的、在进一步使用所重建的图像数据中的困难。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题的是，提供一种三维图像数据，使得其可以以简单的方式显示和必要时被提供用于进一步的应用或者以简单的方式进行随后处理。
[0009]该技术问题通过根据权利要求1所述的重建方法、根据权利要求11所述的重建单元和根据权利要求14所述的成像系统来解决。
[0010]本发明在此基于这样的认识，S卩，对于三维图像数据的进一步使用有利的是，图像数据尽可能与开头提到的数据采集的硬件特性无关地构造。尤其应当将成像系统的构造对所重建的体积图像数据的影响保持为尽可能小。
[0011]根据本发明的用于三维重建基于借助成像系统、优选计算机断层成像系统采集的投影测量数据的图像数据的方法涉及在重建区域中在至少三个彼此不同的空间方向上进行重建。重建区域在此至少是三维空间区域，应当对于其整个延伸重建图像数据。在此涉及三维的位置空间区域。当然，未排除本发明也在时间相关的体积图像数据的重建中使用，从而重建区域例如也可以包括第四维，其在该情况下为时间。在该意义下，时间也可以理解为“空间方向”。在进一步的考虑中，然而仅考虑三维的位置空间，即空间方向被视为位置空间中的方向。
[0012]下面也通过“重建矢量”表示的三个彼此不同的空间方向能够实现对重建区域的描述和形成用于三维空间区域的优选正交的产生系统。这就是说，重建矢量彼此线性无关。
[0013]根据本发明的重建在此在考虑开始时预定的、优选系统决定的、在重建矢量的方向上的分辨宽度的情况下进行。系统决定的分辨宽度尤其如开头阐述地理解为通过成像系统的“硬件”或检测器的构造预定的分辨宽度。系统决定地预定的分辨宽度对于待重建的图像数据(在三个空间方向上)下面例如也称为“第一、第二和第三体素宽度”。
[0014]预定的分辨宽度、即第一、第二和第三体素宽度尤其可以是原始层在重建矢量方向上的分辨宽度。重建矢量例如可以与所提及的系统轴z以及与分别正交于z且正交于彼此而定向的空间方向X和y—致，或者平行于这些空间方向延伸。然而也可能的是，所预定的分辨宽度以其它方式、例如通过成像系统的用户来预定。
[0015]根据该根据本发明的重建方法，将在至少一个空间方向上的分辨宽度与在三个空间方向上的至少一个其它空间方向上的分辨宽度自动匹配，即改变开始预定的分辨宽度中的至少一个(即第一、第二或第三体素宽度)，使得匹配后的分辨宽度基本上相同。分辨宽度在此是在重建矢量的方向上被观察的，并且“改变分辨宽度”这样理解，即，至少检验是否必须改变所涉及的分辨宽度，以便获得基本上相同的分辨宽度。“基本上”在该上下文中理解为，除了自动计算或自动匹配的凑整误差和可能除了较小的、微小的、优选不大于分辨宽度的10%、特别优选不大于5%和完全特别优选不大于2%的偏差，体素分别在希望的空间方向上具有相同的分辨宽度。所描述的偏差尤其可以是系统决定地造成的。例如，可以由于重建内核的计算规则而出现不大于10%的偏差。对于所谓的MPR应用(多平面重组)，所描述的偏差例如不大于2%，并且优选在VRT应用(体积渲染技术)中，偏差不大于5%。然而多个后处理方法提供良好的结果，其中分辨宽度的偏差不大于10%，从而该限制就已经易化了多个应用。微小的偏差尤其可以在重建区域的边缘区域中或者在直接对应于重建区域的边缘的体素中出现。即，“基本上”也理解为，根据本发明重建的重建区域是以具有在所希望的空间方向上相同的分辨宽度的多个体素重建的。
[0016]尤其可以借助本发明产生普遍可缩放的、三维的图像数据，而对于进一步处理、尤其对于显示无需复杂的中间计算步骤或者换算。由此，对于所产生的图像数据提供宽的应用范围。例如，可以基于图像数据导出对于每个任意检查对象的特别简单的结构或模型数据。
[0017]在此强调的是，根据本发明的重建还可以包括重建开头提到的原始层，其在轴向平面中以“Inplane(平面内的)”、即正交于系统轴z的预定的分辨宽度来重建。相应地，轴向平面内的重建下面也称为“平面内重建”。与此不同地，在开头描述的、平行于系统轴z走向的患者台的进给方向上的重建下面称作“z重建”。
[0018]典型地，分辨宽度在平面内重建与z重建之间不同。与常规重建不同，本发明现在提供多个可能性来在产生所重建的图像数据时就消除平面内重建的和z重建的分辨宽度的这些典型的“接近硬件的”或者说“硬件造成的”区别，从而图像数据通用地可用。因此在根据本发明的方法中特别优选地实现，将至少在z方向上(即在进给方向上或者说在CT系统的系统轴的方向上)的分辨宽度匹配于横向于、尤其垂直于其走向的轴向平面方向(即例如X和/或y方向)，或者反之。完全特别优选地，将在所有三个位置空间方向上的分辨宽度彼此匹配。具有该特性的体素下面称作“各向同性体素”。
[0019]补充地要提及的是，除了根据本发明的对分辨宽度的匹配之外可以使用任意的常规重建方法，例如常见的滤波的反投影或者迭代的重建方法等。
[0020]根据本发明，还提出了一种用于基于借助成像系统、优选计算机断层成像系统采集的投影测量数据来重建图像数据的重建单元。根据本发明的重建在重建单元中在至少三个彼此不同的空间方向上、即至少三维地进行，其中考虑预定的分辨宽度。即，将在所提及的重建矢量方向上的分辨宽度，尤其系统决定地，例如预定为第一、第二和第三体素宽度。根据本发明的重建单元包括用于采集投影测量数据的输入接口和尤其借助重建内核执行重建计算的重建处理器。在此，重建处理器被构造为，自动地将在三个空间方向中的至少一个上的至少一个分辨宽度例如根据在三个空间方向中的另一个上的分辨宽度规定为，使得对于重建规定的在重建矢量方向上的分辨宽度基本上相等。
[0021]优选地，重建单元此外具有用于输出所重建的图像数据的输出接口。输出在该情况下也理解为将图像数据传输到其它单元或模块，其中图像数据然后可以必要时被进一步处理和/或存储。当然，术语输出也包括例如经过合适的用户界面、例如显示装置或打印机将图像数据输出给用户。
[0022]根据本发明的医学技术成像系统、尤其是计算机断层成像系统除了装备有常见部件外还装备有根据本发明的重建单元。
[0023]重建单元、尤其是重建处理器可以完全或部分以优选成像系统的处理器中的软件模块的形式来实现。同样，重建单元还可以被构造为硬件模块，例如以合适构造的ASIC的形式。重建单元还可以被构造为通过软件支持的硬件部件。在很大程度上软件式的实现方案具有如下优点，即，至今使用的重建单元也可以以简单方式通过软件更新来修正，以便以根据本发明的方式工作。本发明因此还包括计算机程序，其可以直接加载到重建装置的可编程的计算装置的处理器中，其具有程序代码段，以便当程序在处理器中运行时执行根据本发明的方法的所有步骤。
[0024]本发明的其它特别有利的扩展和改进方案从从属权利要求以及下面的描述中得出，其中一类权利要求的独立权利要求也可以类似于另一类权利要求的从属权利要求来扩展。
[0025]特别优选地，分辨宽度的自动匹配通过重建区域尺寸的匹配进行，其是对