Consistency Conditions for Artifact Reduction in Cone-beam CT

Tomographische Rekonstruktion ist die Schlüsseltechnologie für eine breite Palette von 3D-bildgebenden Verfahren, insbesondere Röntgen-Computertomographie (CT). Die ersten CT-Scanner, die in den 70er Jahren gebaut wurden, verwendeten parallele Geometrien. Zur Beschleunigung der Aufnahme, gingen die Systeme bald zur Fächerstrahlgeometrie und einer viel höheren Drehgeschwindigkeit über. Heutige CT-Systeme drehen vier Mal pro Sekunde und arbeiten mit einer Kegelstrahlgeometrie. Das ist schnell genug, um auch komplexe Organbewegung zu erfassen, wie etwa das schlagende Herz. Es gibt jedoch eine große Klasse von spezialisierten CT-Systemen, die nicht in der Lage sind, solche schnelle Scans durchzuführen. Systeme mit einem Flachdetektor, wie sie in Angiographiesystemen, On-Board-Imaging-Systemen oder mobilen C-Bogen-Systemen eingesetzt werden, stellen mechanische Herausforderungen, da sie vor allem gebaut wurden, um 2D-Bildgebung durchzuführen. Vor etwa 15 Jahren wurde es möglich, auf Flachdetektor-Scannern dreidimensionale Daten aufzunehmen. 3D-Bildgebung bei diesen Systemen ist jedoch eine Herausforderung aufgrund der langsamen Aufnahmegeschwindigkeit von fünf Sekunden bis zu einer Minute und einem kleinen Sichtfeld mit einem Durchmesser von 25 bis 40 cm. Diese Nachteile werden durch das Design der Scanner als hoch spezialisierte Modalität bedingt. Im Gegensatz zu anderen Nachteilen der Flachdetektoren wie erhöhte Röntgenstreuung und begrenzten dynamischen Bereich, werden diese nicht in absehbarer Zeit durch Hardwareweiterentwicklung behoben werden, da schnellere Bewegung des Scanners wegen der Gefahr von Kollisionen im Operationssaal nicht möglich ist. Flachdetektor Computertomographie (FDCT) wird weiterhin durch Bewegung und Trunkierung anfälliger für Artefakte im rekonstruierten Bild sein. Das Ziel dieses Projektes ist es, Datenkonsistenzbedingungen zu entwickeln, die praktisch für FDCT verwendet werden können. Damit sollen Schwächen der FDCT Bildgebung - vor allem Bewegung und Trunkierung - behoben werden. Unser Ziel ist die praktische Anwendbarkeit auf klinischen Daten. Die neuen Algorithmen werden auf echten FDCT Scandaten, die von unseren Projektpartnern aufgenommen wurden, getestet werden. Die langfristige Vision dieses Projekt ist es, eine übersichtliche und vollständige Formulierung für alle Redundanzen innerhalb der FDCT Projektionsdaten für allgemeine Scankonfigurationen zu finden und im Rekonstruktionsprozess voll auszuschöpfen. Redundanzen sind inhärent in jedem FDCT Scan vorhanden, der in der heutigen klinischen Praxis durchgeführt wird, aber sie werden vollständig als Informationsquelle ignoriert. Datenkonsistenzbedingungen erfordern keinen zusätzlichen Aufwand bei den Akquisitionen. Es liegen keine Annahmen über die Beschaffenheit des Objekts zugrunde, anders als zum Beispiel bei der Total Variation Regularisierung in der iterativen Rekonstruktion. Wir nutzen ausschließlich Informationen, die natürlich in den Daten vorhanden sind.