New Acquisition and Reconstruction Techniques for Interventional Flat Detector-Based C-Arm CT
Final Report Abstract
Die im Rahmen dieses Projektes entwickelten Trajektorien ermöglichen die Aufnahme vollständiger Datensätze mit mobilen C-Bogen-Systemen, die mechanisch auf einen Rotationsbereich von weniger als 180° limitiert sind. Dies ist insbesondere bei der interventionellen Bildgebung mittels mobiler C- Bogen-Systeme relevant, wo ein Hauptaugenmerk bei der mechanischen Konstruktion auf äußerst kompakten und flexibel einsetzbaren Konstruktionen liegt, die daher häufig nur einen reduzierten Rotationsbereich aufweisen. Die Rotate-Plus-Shift (RPS) Trajektorie erweitert die Winkelabtastung durch Kombination einer konventionellen Rotationsbewegung mit zwei Translationsbewegungen. Auf diese Weise kann die Winkelabdeckung um maximal den Betrag des Fächerwinkels erhöht werden. Dies führt zur Aufnahme vollständiger Datensätze mit Systemen, deren Rotationsbereich 180° minus Fächerwinkel nicht unterschreitet. Im Vergleich zur zirkulären Standard-Datenakquisition mit solchen Systemen ermöglicht die Rotate-Plus-Shift Trajektorie eine deutliche Verbesserung der Bildqualität, die die Interventionsführung vereinfacht und sicherer machen kann und damit zu einem unmittelbaren Patientennutzen führen kann, ohne dass die Mechanik des C-Bogen Systems den Bewegungsbereich der Operateure einschränkt. Die vorgestellte SDRPS-Trajektorie vergrößert darüber hinaus das Messfeld durch die Kombination der RPS-Trajektorie mit einer Shifted-Detektor Technik. Aufgrund der Flexibilität der C-Bogen Systeme ist dies nicht auf runde oder elliptische Messfelder beschränkt, sondern kann auch für operations- oder patientenspezifische Messfelder genutzt werden. Diese Datenaufnahme kann bei Interventionen angewendet werden, bei denen das einfache Messfeld nicht ausreicht oder sie kann zur unmittelbaren Erfolgskontrolle angewendet werden und so die Durchführung eines diagnostischen CT-Scans unter Umständen ersetzen. Für die vorgestellten neuen Bahnkurven wurden zwei Verfahren zur Redundanzgewichtung entwickelt. Das analytische RPS-Redundanzgewicht kann als universelle Erweiterung des Parker Gewichtes für jede Trajektorie genutzt werden, die eine rotatorische und eine translatorische Komponente hat. Das universelle Redundanzgewicht hingegen kann für jede Datenaufnahme genutzt werden, die die Vollständigkeit der Daten in einem Messfeld garantiert. Mit dieser Methode wird für jeden gemessenen Strahl ein Gewicht berechnet, das zum einen eine korrekten Gewichtung der Rohdaten nach Anzahl redundanter Messungen garantiert, zum anderen aber auch weitere Kriterien wie eine möglichst effiziente Dosisnutzung optimieren kann. Die Ergebnisse, die im Rahmen des Projektes erzielt wurden, stellen einen deutlichen Fortschritt für die mobile und intraoperative Bildgebung mittels C-Bogen-CT Systemen dar. Eine weitere Bearbeitung dieser Themen wird zur weiteren Verbesserung der Bildqualität sowie der Flexibilität solcher Systeme beitragen.
Publications
- The rotate plus shift C–arm trajectory: Complete data with less than 180° rotation. ECR 2014 Book of Abstracts, Supplement to Insights into Imaging
L. Ritschl, J. Kuntz, and M. Kachelrieß
- A general projection weight for Feldkamp–type cone–beam image reconstruction from arbitrary CT scan trajectories. Proceedings of Fully3D 2015
M. Knaup, J. Kuntz, S. Sawall, and M. Kachelrieß
- Exact analytical image reconstruction for patient-specific arbitrary 180°-complete CT scan trajectories. Proceedings of the RSNA 2015
M. Knaup, J. Kuntz, L. Ritschl, P. Steininger, and M. Kachelrieß
- Large volume scan trajectory for mobile C-arm CBCT systems. Proceedings of the RSNA 2015
J. Kuntz, L. Ritschl, M. Knaup, and M. Kachelrieß
- Reconstructing interventional C- arm CT rawdata from non-conventional scan trajectories. ECR 2015 Book of Abstracts, Supplement to Insights into Imaging
J. Kuntz, L. Ritschl, C. Fleischmann, M. Knaup, and M. Kachelrieß
- The rotate–plus–shift C–arm trajectory: Complete CT data with limited angular rotation. Proc. SPIE Medical Imaging 2015: Physics of Medical Imaging
L. Ritschl, J. Kuntz, and M. Kachelrieß
(See online at https://dx.doi.org/10.1117/12.2081925) - Large volume data acquisition for intraoperative imaging with mobile C-arm CT systems. ECR 2016 Book of Abstracts, Supplement to Insights into Imaging
J. Kuntz, M. Knaup, C. Fleischmann, and M. Kachelrieß
- The rotate-plus-shift C-arm trajectory. Part I. Complete data with less than 180° rotation. Med. Phys. 43(5):2295-2302, May 2016
L. Ritschl, J. Kuntz, C. Fleischmann, and M. Kachelrieß
(See online at https://doi.org/10.1118/1.4944785) - The rotate-plus-shift C-arm trajectory. Part II. Exact reconstruction from less than 180° rotation. Med. Phys. 43(5):2303-2310, May 2016
J. Kuntz, L. Ritschl, M. Knaup, and M. Kachelrieß
(See online at https://doi.org/10.1118/1.4944786)
