DE102009039986A1 - Method for movement correction of three dimensional digital subtraction angiography, during visualization of e.g. blood vessel tree in heart of human body, involves producing subtracted volume that is reduced at subtraction artifacts - Google Patents

Method for movement correction of three dimensional digital subtraction angiography, during visualization of e.g. blood vessel tree in heart of human body, involves producing subtracted volume that is reduced at subtraction artifacts Download PDF

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Abstract

The method involves implementing movement correction by two dimensional or three dimensional registration (27) and subtraction of two-dimensional image data sets, which comprise mask image data set and filling image data set. The mask image data set and the filling image data set are subtracted from each other. Registration process is applied for registration of image data sets. The process is based on additional two-dimensional image data sets so that subtracted volume is produced, where the subtracted volume is reduced at subtraction artifacts. The volume is represented using a display unit. An independent claim is also included for a device for movement correction of the three dimensional digital subtraction angiography.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung Bewegungskorrektur für 3-D digitale Subtraktionsangiographie unter Verwendung der Projektionsdaten.The invention relates to a method and a device motion correction for 3-D digital subtraction angiography using the projection data.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Bei der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA), einem weit verbreiteten Verfahren zur Visualisierung der Blutgefäße im menschlichen Körper, werden mehrere Röntgenbilder mit unterschiedlicher Bildinformation aufgenommen. Im Allgemeinen wird ein Röntgenbild vor der Verabreichung von Kontrastmittel, ein sogenanntes Maskenbild, aufgenommen und von einem Röntgenbild nach der Verabreichung von Kontrastmittel, einem sogenannten Füllungsbild mit Kontrastmittel, subtrahiert. Im resultierenden Bild ist nur noch die kontrastierte Struktur, beispielsweise die Blutgefäße, erkennbar.In digital subtraction angiography (DSA), a widely used method of visualizing the blood vessels in the human body, multiple X-ray images are acquired with different image information. In general, an X-ray image is taken before the administration of contrast agent, a so-called mask image, and subtracted from an X-ray image after the administration of contrast agent, a so-called filling image with contrast agent. In the resulting image, only the contrasted structure, such as the blood vessels, can be seen.

Durch Aufnahme zweier Bildsequenzen mit einem C-Bogen-System vor und nach Verabreichung eines Kontrastmittels werden mittels zweier Aufnahmeläufe Masken- und Füllungsprojektionen aus mehreren Blickrichtungen erzeugt. Daraus können dreidimensionale subtrahierte Bilder der kontrastierten Struktur, beispielsweise des Gefäßbaumes, ohne störende Knochenstrukturen rekonstruiert werden.By recording two image sequences with a C-arm system before and after administration of a contrast agent, mask and fill projections are generated from several view directions by means of two acquisition runs. From this, three-dimensional subtracted images of the contrasted structure, for example of the vascular tree, can be reconstructed without disturbing bone structures.

Jeder Projektionsdatensatz für sich betrachtet, erlaubt im Idealfall eine artefaktfreie Rekonstruktion eines 3-D-Bildes. Für den Arzt ist die Differenz der beiden 3-D-Bilder interessant, so dass beispielsweise nur die kontrastierten Blutgefäße sichtbar sind und die Knochen unterdrückt werden.Each projection data set taken individually allows, ideally, an artifact-free reconstruction of a 3-D image. For the doctor, the difference between the two 3-D images is interesting, so that, for example, only the contrasted blood vessels are visible and the bones are suppressed.

Bei der Erfassung von Masken- und Füllungsprojektionen kommt es häufig zu Bildfehlern im rekonstruierten Volumen, da Bewegungen während der Akquisition im medizinischen Umfeld in der Regel nicht vermeidbar sind. Mechanische Ungenauigkeiten des Aufnahmesystems oder Patientenbewegungen zwischen den Aufnahmeläufen führen zu Artefakten, da nicht alle störenden Strukturen im subtrahierten Bild vollständig entfernt werden können. Weiterhin stören Bewegungen innerhalb des Kontrastlaufes die Annahme statischer Objekte, die für Standard-Rekonstruktionsalgorithmen benötigt werden, wodurch bewegungsbedingte Rekonstruktionsartefakten hervorgerufen werden. Insbesondere im medizinischen Bereich kommen solche bewegungsbedingte Rekonstruktionsartefakte häufig vor, so dass sich die nicht-kontrastierten Strukturen, beispielsweise die Knochen, nicht vollständig entfernen lassen.The capture of mask and fill projections often results in image defects in the reconstructed volume, since movements during the acquisition in the medical environment are generally unavoidable. Mechanical inaccuracies of the recording system or patient movements between the recording runs lead to artifacts, since not all disturbing structures in the subtracted image can be completely removed. Furthermore, movements within the contrast run interfere with the assumption of static objects needed for standard reconstruction algorithms, causing motion reconstruction artifacts. In the medical field in particular, such movement-related reconstruction artifacts occur frequently, so that the non-contrasted structures, for example the bones, can not be completely removed.

Im Bereich der 2-D-Bildgebung ist das DSA-Verfahren seit langem möglich. Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Korrektur von Bewegungen, die das 2-D-Maskenbild direkt mit dem 2-D-Füllungsbild registrieren (2-D/2-D-Registrierung für Einzelbilder). Hierfür gibt es Ansätze, die von reinen Verschiebungen ausgehen (sogenanntes ”Pixelshift”) und solche, die Verzerrungen mit berücksichtigen, wie beispielsweise ”flexible Pixelshift”.In the field of 2-D imaging, the DSA method has been possible for a long time. There are a variety of methods for correcting motions that register the 2-D mask image directly with the 2-D fill image (2-D / 2-D registration for frames). There are approaches that assume pure shifts (so-called "pixel shift") and those that take distortions into account, such as "flexible pixel shift".

Analog dazu sind Verfahren möglich, die ein rekonstruiertes 3-D-Maskenvolumen mit einem rekonstruierten 3-D-Füllungsvolumen registrieren (3-D/3-D-Registrierung) und diese Information zur Verbesserung des subtrahierten Volumens verwenden.Analogously, methods are possible that register a reconstructed 3-D mask volume with a reconstructed 3-D fill volume (3-D / 3-D registration) and use this information to improve the subtracted volume.

Die Verwendung der rekonstruierten 3D-Volumina für die Registrierung hat den Nachteil, dass diese Rekonstruktionsartefakte zeigen können, die die Registrierung erschweren. Solche Rekonstruktionsartefakte treten insbesondere dann auf, wenn sich die Bewegung nicht auf die Zeit zwischen den Aufnahmen der Masken- und Füllungsprojektionen beschränkt, sondern auch innerhalb des Masken- oder Füllungs-Aufnahmelaufes aufgetreten ist.The use of reconstructed 3D volumes for registration has the disadvantage that they can show reconstruction artifacts that make registration difficult. Such reconstruction artifacts are particularly noticeable when the motion is not limited to the time between shots of the mask and fill projections, but has also occurred within the mask or fill shot run.

Eine derartige 3-D/3-D-Registrierung ist beispielsweise aus der US 7,315,605 B2 bekannt, bei der, um mehrere Volumen zu rekonstruieren, die Eingangsdaten für die einzelnen Rekonstruktionen über ein externes Signal, beispielsweise das EKG, bestimmt werden. Anschließend werden die rekonstruierten 3-D-Volumen miteinander registriert. Die einzelnen 3-D-Volumen entsprechen im Wesentlichen unterschiedlichen Bewegungszuständen des untersuchten Objektes.Such a 3-D / 3-D registration is for example from the US 7,315,605 B2 in which, in order to reconstruct several volumes, the input data for the individual reconstructions are determined via an external signal, for example the ECG. Subsequently, the reconstructed 3-D volumes are registered with each other. The individual 3-D volumes essentially correspond to different states of motion of the examined object.

In der DE 41 37 652 A1 ist ein Korrekturverfahren beschrieben, mit dem ein 3-D-Bild eines bewegten Objektes rekonstruiert werden kann. Dabei werden Informationen über die Bewegung zwischen einzelnen ”Views” eines Satzes von Projektionsdaten verwendet, um ein artefaktfreies 3-D-Bild zu rekonstruieren. Die Information über die Bewegung wird durch einen zusätzlichen Sensor bereitgestellt.In the DE 41 37 652 A1 a correction method is described with which a 3-D image of a moving object can be reconstructed. In doing so, information about the movement between individual "views" of a set of projection data is used to reconstruct an artifact-free 3-D image. The information about the movement is provided by an additional sensor.

Aus der US 6,125,164 ist ein Verfahren bekannt, mit dem sich ein diagnostisches 3-D-Bild mit 2-D-Projektionen eines Patienten in einem Gerät zur Strahlentherapie registrieren lässt.From the US 6,125,164 For example, a method is known for registering a 3-D diagnostic image with 2-D projections of a patient in a radiotherapy device.

Es gibt weitere bekannte Verfahren, die beispielsweise in den Veröffentlichungen von Venema et al. [Ven01], Rohlfing et al. [Roh01] und van Straten et al. [vS04] beschrieben sind. Dort ist vorgesehen, dass die rekonstruierten 3-D-Volumen miteinander registriert werden.There are other known methods which are described, for example, in the publications of Venema et al. [Ven01] Rohlfing et al. [Roh01] and van Straten et al. [vS04] are described. There it is envisaged that the reconstructed 3-D volumes will be registered with each other.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die beschriebenen Bewegungsartefakte bildbasiert korrigiert werden können.The invention is based on the task of a method of the type mentioned above to train that the described motion artifacts can be corrected image-based.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the method and the device according to the independent claims. Advantageous embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims or can be taken from the following description and the embodiments.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bewegungskorrektur für eine dreidimensionale digitale Subtraktionsangiographie von wenigstens zwei zumindest zweidimensionalen Bilddatensätzen, aus denen gegebenenfalls dreidimensionale Volumina rekonstruiert werden können, wobei eine Bewegungskorrektur durch Registrierung und danach folgende Subtraktion durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Registrierung eine Registrierungstechnik angewandt wird, die auf mindestens einem zweidimensionalen und wenigstens einem weiteren der Bilddatensätze basiert, so dass im Ergebnis ein um Subtraktionsartefakte reduziertes, subtrahiertes Volumen erzeugt wird.The invention relates to a method for motion correction for a three-dimensional digital subtraction angiography of at least two at least two-dimensional image data sets, from which optionally three-dimensional volumes can be reconstructed, wherein a motion correction by registration and then subsequent subtraction is performed, characterized in that applied to the registration of a registration technique which is based on at least one two-dimensional and at least one further one of the image data records, so that, as a result, a subtraction volume reduced by subtraction artifacts is generated.

Um die beschriebenen Bewegungsartefakte bildbasiert zu korrigieren ist erfindungsgemäß vorgesehen, zur Kompensation von Subtraktionsartefakten verschiedene Registrierungstechniken anzuwenden, die vorzugsweise auf 2-D/2-D- oder 2-D/3-D-Bilddaten arbeiten.In order to correct the described movement artifacts image-based, it is provided according to the invention to use different registration techniques for the compensation of subtraction artifacts, which preferably operate on 2-D / 2-D or 2-D / 3-D image data.

Ein Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die Registrierung nicht zwischen zwei 3-D-Volumen durchgeführt wird, welche durch inkonsistente Eingangsdaten verfälscht sein können. Stattdessen werden entweder 2-D-Projektionsdaten eines Laufes mit 2-D-Projektionsdaten eines anderen Laufes registriert, oder es werden 2-D-Projektionsdaten eines Laufes mit dem rekonstruierten Volumen aus einem zweiten Lauf registriert.One aspect of the invention is that the registration is not performed between two 3-D volumes, which may be corrupted by inconsistent input data. Instead, either 2-D projection data of one run is registered with 2-D projection data of another run, or 2-D projection data of one run with the reconstructed volume is registered from a second run.

Der Ansatz wird sowohl für die Korrektur rigider Bewegungen des gesamten zerebralen Gefäßbaumes angewendet, als auch für die lokale Bewegungsschätzung erkrankter Blutgefäße verwendet.The approach is used both for correcting rigid movements of the entire cerebral vascular tree and for local motion estimation of diseased blood vessels.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist Vorrichtung zur Bewegungskorrektur für eine dreidimensionale digitale Subtraktionsangiographie von wenigstens zwei zumindest zweidimensionalen Bilddatensätzen, aus denen gegebenenfalls dreidimensionale Volumina rekonstruierbar sind, gekennzeichnet durch Mittel zur Bewegungskorrektur durch Registrierung und danach folgender Subtraktion, wobei eine Registrierungstechnik angewendbar ist, die auf mindestens einem zweidimensionalen und wenigstens einem weiteren der Bilddatensätze basiert, wobei daraus ein um Subtraktionsartefakte reduziertes, subtrahiertes Volumen resultiert.A further aspect of the invention is a movement correction device for a three-dimensional digital subtraction angiography of at least two at least two-dimensional image data sets from which three-dimensional volumes can be reconstructed, characterized by means for motion correction by registration and subsequent subtraction, wherein a registration technique applicable to at least a two-dimensional and at least one further of the image data sets, resulting in a subtraction volume reduced by subtraction artifacts.

Mittels Durchführung einer Kalibrierung kann die durch Kalibrierung erhaltende Projektionsgeometrie in die Rekonstruktion einfließen.By performing a calibration, the projection geometry obtained by calibration can be incorporated into the reconstruction.

Vorteilhafte Auswirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Ein bewegungskorrigiertes 3-D-Volumen wird nicht ausschließlich auf Basis der 3-D-Masken- und 3-D-Füllungsvolumina erzeugt.A motion-corrected 3-D volume is not generated solely based on the 3-D mask and 3-D fill volumes.

Eine 2-D/2-D-Registrierung basiert ausschließlich auf den Projektionsdaten, die Registrierung ist in diesem Fall vollständig unabhängig von der Rekonstruktion.A 2-D / 2-D registration is based solely on the projection data, the registration in this case is completely independent of the reconstruction.

Eine 2-D/3-D-Registrierung benötigt zwar einen konsistenten Masken-Aufnahmelauf aber keinen vollständig konsistenten Füllungs-Aufnahmelauf bzw. eine konsistenten Füllungs-Aufnahmelauf, jedoch keinen vollständig konsistenten Masken-Aufnahmelauf.Although a 2-D / 3-D registration requires a consistent mask capture run but not a fully consistent fill pick, or a consistent fill pick, it does not require a fully consistent mask pick-up run.

Beschreibung eines oder mehrerer AusführungsbeispieleDescription of one or more embodiments

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. In der Zeichnung zeigen:Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show:

1 ein bekanntes Röntgen-C-Bogen-System mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung, 1 a known X-ray C-arm system with an industrial robot as a supporting device,

2 eine Ansicht der Bahn eines Detektors und einer Strahlungsquelle gemäß 1 um ein zu untersuchendes Objekt in axialer Blickrichtung und 2 a view of the trajectory of a detector and a radiation source according to 1 around an object to be examined in the axial direction and

3 eine erweiterte Bildverarbeitungskette zur Korrektur von DSA-Artefakten mit einer 2-D/2-D-Registrierung, 3 an enhanced image processing chain for the correction of DSA artifacts with a 2-D / 2-D registration,

4 eine erweiterte Bildverarbeitungskette zur Korrektur von DSA-Artefakten mit einer 2-D/3-D-Registrierung. 4. An advanced image processing chain for the correction of DSA artifacts with a 2-D / 3-D registration.

Fig. 1Fig. 1

In der 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung dargestellt, die einen an einem Ständer in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters 1 drehbar gelagerten C-Bogen 2 aufweist, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3, und ein Röntgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.In the 1 an X-ray diagnostic device is shown, the one on a stand in the form of a six-axis industrial or articulated robot 1 rotatably mounted C-arm 2 has at its ends an X-ray source, for example an X-ray source 3 , and an X-ray image detector 4. are mounted as an image recording unit.

Mittels des beispielsweise aus der DE 10 2005 012 700 A1 bekannten Knickarmroboters 1, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen 2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler 3 und dem Röntgendetektor 4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße Röntgensystem 1 bis 4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der Ebene des Röntgenbilddetektors 4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 schneidende Drehachsen. By means of the example of the DE 10 2005 012 700 A1 known articulated robot 1 , which preferably has six axes of rotation and thus six degrees of freedom, the C-arm 2 be spatially adjusted, for example, by turning around a center of rotation between the X-ray source 3 and the X-ray detector 4. is turned. The X-ray system according to the invention 1 to 4. is in particular about centers of rotation and axes of rotation in the plane of the X-ray image detector 4. rotatable, preferably around the center of the X-ray image detector 4. and around the center of the X-ray image detector 4. cutting axes of rotation.

Der bekannte Knickarmroboter 1 weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.The well-known articulated robot 1 has a base frame, which is for example fixedly mounted on a floor. It is rotatably mounted about a first axis of rotation a carousel. On the carousel is pivotally mounted about a second axis of rotation a rocker arm, on which is rotatably mounted about a third axis of rotation, a robot arm. At the end of the robot arm, a robot hand is rotatably mounted about a fourth axis of rotation. The robot hand has a fastener for the C-arm 2 which is pivotable about a fifth axis of rotation and about a perpendicular thereto extending sixth axis of rotation rotatable.

Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist.The X-ray image detector 4. may be a rectangular or square semiconductor flat detector, preferably made of amorphous silicon (a-Si).

Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich auf einem Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise eines Herzens ein zu untersuchender Patient 6. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet. Die Röntgenbilder können dann auf einem Monitor 9 betrachtet werden.In the beam path of the X-ray source 3 is located on a patient table 5 for receiving, for example, a heart, a patient to be examined 6 , At the X-ray diagnostic facility is a system control unit 7 with an image system 8th connected to the image signals of the X-ray image detector 4. receives and processes. The x-rays can then be viewed on a monitor 9 to be viewed as.

An der Systemsteuerungseinheit 7 ist eine Kalibriervorrichtung 10 angeschlossen, die derart ausgebildet ist, dass sie eine Kalibrierung durchführt, auswertet und die korrekte Projektionsgeometrie berechnet, so dass eine hochgenaue Rekonstruktion durch das Bildsystem 8 durchgeführt werden kann.At the system control unit 7 is a calibration device 10 connected, which is designed such that it performs a calibration, evaluates and calculates the correct projection geometry, so that a highly accurate reconstruction by the image system 8th can be carried out.

Fig. 2Fig. 2

Der Röntgenstrahler 3 emittiert ein von einem Strahlenfokus 11 seiner Röntgenstrahlungsquelle ausgehendes Strahlenbündel 12, das auf den Röntgenbilddetektor 4 trifft, wie dies schematisch in der 2 veranschaulicht ist. Sollen 3-D-Datensätze nach dem sogenannten DynaCT-Verfahren erstellt werden, wird der drehbar gelagerte C-Bogen 2 mit Strahlenfokus 11 des Röntgenstrahlers 3 und Röntgenbilddetektor 4 derart gedreht, dass, wie die 2 schematisch in Aufsicht auf das Drehzentrum 13 zeigt, sich der hier bildlich durch seinen Strahlenfokus dargestellte Röntgenstrahler 3 sowie der Röntgenbilddetektor 4 um ein im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindliches zu untersuchendes Objekt 14 auf einer Umlaufbahn 15 bewegen. Die Umlaufbahn 15 kann zur Erstellung eines 3-D-Datensatzes vollständig oder teilweise durchfahren werden.The X-ray source 3 emits one of a beam focus 11 its beam emanating from its X-ray source 12 pointing to the x-ray image detector 4. meets, as shown schematically in the 2 is illustrated. If 3-D data sets are to be created according to the so-called DynaCT method, the rotatably mounted C-arm is used 2 with beam focus 11 of the X-ray source 3 and X-ray image detector 4. turned so that, like the 2 schematically in view of the center of rotation 13 shows, the X-ray emitter pictured here by its beam focus 3 as well as the X-ray image detector 4. in the beam path of the X-ray source 3 located object to be examined 14 in an orbit 15 move. The orbit 15 can be completely or partially traversed to create a 3-D data set.

Der C-Bogen 2 mit Röntgenstrahler 3 und Röntgenbilddetektor 4 bewegt sich dabei gemäß dem DynaCT-Verfahren vorzugsweise um mindestens einen Winkelbereich von 180°, beispielsweise 180° plus Fächerwinkel, und nimmt in schneller Folge Projektionsbilder aus verschiedenen Projektionen auf. Die Rekonstruktion kann nur aus einem Teilbereich dieser aufgenommenen Daten erfolgen.The C-arm 2 with X-ray source 3 and X-ray image detector 4. In this case, according to the DynaCT method, it preferably moves by at least one angle range of 180 °, for example 180 ° plus fan angle, and takes up projection images from different projections in rapid succession. The reconstruction can only take place from a subarea of this recorded data.

Bei dem zu untersuchenden Objekt 14 kann es sich beispielsweise um einen tierischen oder menschlichen Körper aber auch einen Phantomkörper handeln.In the object to be examined 14 it may be, for example, an animal or human body but also a phantom body.

Der Röntgenstrahler 3 emittiert ein von einem Strahlenfokus seiner Röntgenstrahlungsquelle ausgehendes Strahlenbündel 12, das auf den Röntgenbilddetektor 4 trifft.The X-ray source 3 emits a beam emanating from a beam focus of its X-ray source 12 pointing to the x-ray image detector 4. meets.

Der Röntgenstrahler 3 und der Röntgenbilddetektor 4 laufen jeweils so um das Objekt 5 herum, dass sich der Röntgenstrahler 3 und der Röntgenbilddetektor 4 auf entgegengesetzten Seiten des Objekts 14 gegenüberliegen.The X-ray source 3 and the X-ray image detector 4. each run around the object 5 around, that's the X-ray 3 and the X-ray image detector 4. on opposite sides of the object 14 are opposite.

Bei der normalen Radiographie oder Fluoroskopie mittels einer derartigen Röntgendiagnostikeinrichtung werden die medizinischen 2-D-Daten des Röntgenbilddetektors 4 im Bildsystem 8 ggf. zwischengespeichert und anschließend auf dem Monitor 9 wiedergegeben.In normal radiography or fluoroscopy by means of such an X-ray diagnostic device, the medical 2-D data of the X-ray image detector 4. in the picture system 8th if necessary cached and then on the monitor 9 played.

Fig. 3Fig. 3

In der 3 ist die zweidimensionale Registrierung von Masken- und Füllungsbildern schematisch in den gezeigten Schritten 20 bis 26 dargestellt.In the 3 For example, the two-dimensional registration of mask and fill images is schematic in the steps shown 20 to 26 shown.

Hierbei werden 2-D-Projektionsdaten, vorzugsweise die Maskenbilder, eines Bildaufnahmelaufes mit 2-D-Projektionsdaten, vorzugsweise die Füllungsbilder, eines anderen Bildaufnahmelaufes registriert. Den Beginn der beiden Bildaufnahmeläufe wird in 3 mit den beiden Eingangspfeilen vor Schritt 20 angedeutet.In this case, 2-D projection data, preferably the mask images, of an image acquisition run with 2-D projection data, preferably the fill images, of another image acquisition run are registered. The beginning of both image acquisition runs will be in 3 with the two input arrows before step 20 indicated.

In Schritt 22 erfolgt eine Bewegungsschätzung mittels flexiblen „Pixelshift” FPS des Bewegungsbereichs auf der Basis von in Schritt 20 logarithmisch transformierten Bildern (Logarithmische Transformation LOG). Vorzugsweise wird die Anwendung 24 der Bewegungskorrektur z. B. durch Deformation DEFORM mittels „Pixelshift” mit Hilfe des geschätzten Bewegungsbereichs bzw. Deformationsbereichs 23 nach physikalischer Verarbeitungsvorstufe PREPRO in Schritt 21 in einem der beiden Bildaufnahmeläufe durchgeführt. Es ist auch denkbar (nicht in der Figur dargestellt), die Deformation vor der Verarbeitungsvorstufe oder an anderer Stelle der 2D-Verarbeitungsvorstufe durchzuführen. In Schritt 25 wird ein Rekonstruktionsalgorithmus EFA auf die Projektionsdaten beispielsweise der Feldkamp-Algorithmus angewendet. Im letzten Schritt 26 wird eine Subtraktion der Projektionsdaten voneinander durchgeführt.In step 22 a motion estimation is performed by means of flexible "pixel shift" FPS of the movement range on the basis of in step 20 logarithmically transformed images (logarithmic Transformation LOG). Preferably, the application 24 the motion correction z. B. by deformation DEFORM means "pixel shift" using the estimated range of motion or deformation area 23 after preprocessing PREPRO in step 21 performed in one of the two image acquisition runs. It is also conceivable (not shown in the figure) to perform the deformation before the processing precursor or elsewhere in the 2D processing precursor. In step 25 For example, a reconstruction algorithm EFA is applied to the projection data, for example the Feldkamp algorithm. In the last step 26 a subtraction of the projection data is performed from each other.

Die genannten Schritte können nach Bedarf wiederholt oder erneut begonnen werden.These steps can be repeated or restarted as needed.

Fig. 4Fig. 4

In 4 eine erweiterte Bildverarbeitungskette zur Korrektur von DSA-Artefakten mit einer 2-D/3-D-Registrierung dargestellt.In 4. presented an advanced image processing chain for correcting DSA artifacts with 2-D / 3-D registration.

Hierbei werden 2-D-Projektionsdaten eines Laufes mit dem rekonstruierten Volumen aus einem zweiten Lauf registriert. Der Ablauf ist ähnlich dem vorstehend geschilderten Ablauf zu 3. Nach der Volumenrekonstruktion in Schritt 25 des ersten Laufes wird ein Projektionsdatensatz, der aus verschiedenen Richtungen/Winkeln aufgenommen worden ist, mit dem rekonstruierten Volumen in Schritt 27 registriert. Nach der Registrierung REG wird eine Transformationsmatrix zur Bewegungskorrektur dem Rekonstruktionsalgorithmus EFA zugeführt, mit Hilfe dessen aus den 2D-Projektionsdaten ein Volumen rekonstruiert wird. In Schritt 26 werden die Volumendaten voneinander subtrahiert.Here, 2-D projection data of one run with the reconstructed volume from a second run is registered. The procedure is similar to the procedure described above 3 , After the volume reconstruction in step 25 of the first run, a projection data set, taken from different directions / angles, with the reconstructed volume in step 27 registered. After the registration REG, a transformation matrix for movement correction is supplied to the reconstruction algorithm EFA, with the aid of which a volume is reconstructed from the 2D projection data. In step 26 the volume data is subtracted from each other.

Die genannten Schritte können nach Bedarf wiederholt oder erneut begonnen werden.These steps can be repeated or restarted as needed.

Sowohl 3 also auch 4 zeigen eine Integration einer 2-D/2-D- bzw. 2-D/3-D-Registrierung in eine Bildverarbeitungskette zur Bestimmung und Abschätzung einer Bewegung zwischen den Aufnahmen der 2-D-Projektionen aus der gleichen Richtung.Either 3 as well 4. show integration of a 2-D / 2-D or 2-D / 3-D registration into an image processing chain to determine and estimate a motion between the images of the 2-D projections from the same direction.

Ein vollständig subtrahiertes, d. h. bewegungskorrigiertes 3-D-Volumen wird dadurch berechnet, dass für die Registrierung nicht ausschließlich die rekonstruierten 3-D-Volumina (Masken- und Füllungsvolumen) verwendet werden. Zur Registrierung werden die 2-D-Projektionsdaten mit einbezogen, aus denen die 3-D-Bilder rekonstruiert werden können.A completely subtracted, d. H. Movement-corrected 3-D volume is calculated by not using only the reconstructed 3-D volumes (mask and fill volume) for registration. For registration, the 2-D projection data is included, from which the 3-D images can be reconstructed.

Dabei sind folgende Szenarien beispielshaft denkbar:

  • a) Wie beispielsweise vorstehend zu 3 erläutert: 2-D/2-D-Registrierung korrespondierender Masken- und Füllungsprojektionen, Subtraktion der Projektionsbilder, Rekonstruktion des subtrahierten Volumens aus den subtrahierten registrierten Projektionen.
  • b) Wie beispielsweise vorstehend zu 4 erläutert: Rekonstruktion des Maskenvolumens, 2-D/3-D-Registrierung einer oder mehrerer Füllungsprojektionen mit dem Maskenvolumen (Bestimmung einer 3-D-Transformation), Rekonstruktion des Füllungsvolumens, Subtraktion von Masken- und Füllungsvolumen unter Berücksichtigung der bestimmten 3-D-Transformation.
  • c) Wie beispielsweise vorstehend zu 4 erläutert: Rekonstruktion des Füllungsvolumens, 2-D/3-D-Registrierung einer oder mehrerer Maskenprojektionen mit dem Füllungsvolumen (Bestimmung einer 3-D-Transformation), Rekonstruktion des Maskenvolumens, Subtraktion von Masken- und Füllungsvolumen unter Berücksichtigung der bestimmten 3-D-Transformation.
The following scenarios are conceivable example:
  • a) As for example above 3 explains: 2-D / 2-D registration of corresponding mask and fill projections, subtraction of the projection images, reconstruction of the subtracted volume from the subtracted registered projections.
  • b) As for example above 4. Explanation: reconstruction of the mask volume, 2-D / 3-D registration of one or more filling projections with the mask volume (determination of a 3-D transformation), reconstruction of the filling volume, subtraction of mask and filling volume taking into account the determined 3-D transformation Transformation.
  • c) For example, as above 4. Explanation: Reconstruction of the filling volume, 2-D / 3-D registration of one or more mask projections with the filling volume (determination of a 3-D transformation), reconstruction of the mask volume, subtraction of mask and filling volume taking into account the determined 3-D transformation Transformation.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein bewegungskorrigiertes 3-D-Volumen nicht ausschließlich auf Basis der 3-D-Masken- und 3-D-Füllungsvolumina erzeugt.By the method according to the invention, a movement-corrected 3-D volume is not generated exclusively on the basis of the 3-D mask and 3-D filling volumes.

Das oben genannte Szenario a) basiert auf den Projektionsdaten; die Registrierung ist in diesem Fall vollständig unabhängig von der Rekonstruktion.The above scenario a) is based on the projection data; the registration in this case is completely independent of the reconstruction.

Beim Szenario b) wird zwar ein konsistenter Masken-Aufnahmelauf, aber kein vollständig konsistenter Füllungs-Aufnahmelauf benötigt. In Szenario c) verhält es sich genau umgekehrt; es wird ein konsistenter Füllungs-Aufnahmelauf, aber kein vollständig konsistenter Masken-Aufnahmelauf benötigt.In scenario b), although a consistent masks take-up run is required, not a completely consistent fill take-up run is required. In scenario c) it is exactly the opposite; a consistent padding run is needed, but not a fully consistent mask picking run.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf die Korrektur von Bewegungen, die zwischen den beiden Aufnahmeläufen (bzw. genaugenommen zwischen den Aufnahmen der 2-D-Projektionen aus der gleichen Richtung) aufgetreten ist. Dadurch wird das Verfahren robust gegen Inkonsistenzen in den Aufnahmeläufen. Eine zeitliche Auflösung der Bewegung ist dabei nicht erforderlich, wie es beispielsweise bei einem 4-D-Bild des Herzens erfolgt.The present invention preferably relates to the correction of movements that occurred between the two picking runs (or, more precisely, between the pickups of the 2-D projections from the same direction). This makes the procedure robust against inconsistencies in the recording runs. A temporal resolution of the movement is not required, as occurs for example in a 4-D image of the heart.

Weiterhin benötigt das erfindungsgemäße Verfahren nur die Bilddaten als Eingabe. Es sind keine weiteren Signale (wie z. B. EKG, Bewegungssensoren, externe Kamerasysteme) erforderlich, um die Bewegungskorrektur durchzuführen.Furthermore, the inventive method requires only the image data as input. No further signals (such as ECG, motion sensors, external camera systems) are required to perform the motion correction.

Durch das erfindungsgemäße Vorgehen können Bewegungsartefakte reduziert und damit die Bildqualität entsprechend verbessert wird.By virtue of the procedure according to the invention, movement artifacts can be reduced and thus the image quality can be improved accordingly.

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BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Industrieroboterindustrial robots
22
C-BogenC-arm
33
RöntgenstrahlerX-ray
44
RöntgenbilddetektorX-ray image detector
55
PatientenlagerungstischPatient table
66
Patientpatient
77
SystemsteuerungseinheitControl unit
88th
Bildsystemimage system
99
Monitormonitor
1010
Kalibriervorrichtungcalibration
1111
Drehzentrum/DrehachseTurning center / axis of rotation
1212
Strahlenbündelray beam
1313
Objektobject
1414
Umlaufbahnorbit
2020
logarithmische Transformation (LOG)logarithmic transformation (LOG)
2121
physikalische Vorverarbeitung (PREPRO)physical preprocessing (PREPRO)
2222
Bewegungsschätzung mittels flexiblen Pixelshift (FPS)Motion estimation using flexible pixel shift (FPS)
2323
Deformationsbereichdeformation area
2424
Deformation durch Pixelshift (DEFORM)Deformation by pixel shift (DEFORM)
2525
erweiterter Feldkamp Algorithmus (EFA)extended Feldkamp algorithm (EFA)
2626
Subtraktionsvorrichtungsubtraction
2727
2-D/3-D-Registration (REG)2-D / 3-D registration (REG)
2828
Transformationsmatrixtransformation matrix

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (7)

Verfahren zur Bewegungskorrektur für eine dreidimensionale digitale Subtraktionsangiographie von wenigstens zwei zumindest zweidimensionalen Bilddatensätzen, aus denen gegebenenfalls dreidimensionale Volumina rekonstruiert werden können, wobei eine Bewegungskorrektur (8) durch Registrierung (REG) und danach folgende Subtraktion (26) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Registrierung (REG) eine Registrierungstechnik angewandt wird, die auf mindestens einem zweidimensionalen und wenigstens einem weiteren der Bilddatensätze basiert, so dass im Ergebnis ein um Subtraktionsartefakte reduziertes, subtrahiertes Volumen erzeugt wird.Method for motion correction for a three-dimensional digital subtraction angiography of at least two at least two-dimensional image data sets, from which optionally three-dimensional volumes can be reconstructed, wherein a movement correction ( 8th ) by registration (REG) and then following subtraction ( 26 ), characterized in that for the registration (REG) a registration technique is applied, which is based on at least one two-dimensional and at least one further one of the image data sets, so that as a result a subtraction volume reduced by subtraction artifacts is generated. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass eine Registrierungstechnik angewandt wird, die auf 2-D/2-D- oder 2-D/3-D-Bilddatensätzen arbeiten.Method according to the preceding claim, characterized in that a registration technique is used which works on 2-D / 2-D or 2-D / 3-D image data sets. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei der Registrierung 2-D-Projektionsdaten eines zweidimensionalen Bilddatensatzes mit 2-D-Projektionsdaten eines anderen zweidimensionalen Bilddatensatzes oder 2-D-Projektionsdaten eines zweidimensionalen Bilddatensatzes mit einem rekonstruierten Volumen aus einem anderen zweidimensionalen Bilddatensatzes registriert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that registration registers 2-D projection data of a two-dimensional image data set with 2-D projection data of another two-dimensional image data set or 2-D projection data of a two-dimensional image data set with a reconstructed volume from another two-dimensional image data set become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei zumindest zweidimensionalen Bilddatensätzen zumindest einen Maskenbilddatensatz und zumindest einen Füllungsbilddatensatz umfassen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two at least two-dimensional image data sets comprise at least one mask image data set and at least one filling image data record. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dass der zumindest eine Maskenbilddatensatz und der zumindest eine Füllungsdatensatz voneinander subtrahiert werden.Method according to the preceding claim, that the at least one mask image data set and the at least one filling data set are subtracted from each other. Vorrichtung (7) zur Bewegungskorrektur für eine dreidimensionale digitale Subtraktionsangiographie von wenigstens zwei zumindest zweidimensionalen Bilddatensätzen, aus denen gegebenenfalls dreidimensionale Volumina rekonstruierbar sind, gekennzeichnet durch Mittel (8) zur Bewegungskorrektur durch Registrierung (REG) und danach folgender Subtraktion (26), wobei eine Registrierungstechnik angewendbar ist, die auf mindestens einem zweidimensionalen und wenigstens einem weiteren der Bilddatensätze basiert, wobei daraus ein um Subtraktionsartefakte reduziertes, subtrahiertes Volumen resultiert.Contraption ( 7 ) for motion correction for a three-dimensional digital subtraction angiography of at least two at least two-dimensional image data sets from which optionally three-dimensional volumes can be reconstructed, characterized by means ( 8th ) for movement correction by registration (REG) and then following subtraction ( 26 ) using a registration technique based on at least one two-dimensional and at least one further one of the image data sets, resulting in a subtraction volume reduced by subtraction artifacts. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch gekennzeichnet durch Anzeigemittel (9), durch die das Volumen darstellbar ist.Device according to the preceding claim, characterized by display means ( 9 ), through which the volume can be displayed.
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