Bildrekonstruktion
Englisch: image reconstruction
Definition
Die Bildrekonstruktion bezeichnet die mathematische Berechnung eines Bildes aus gemessenen physikalischen Rohdaten. Sie ist ein zentraler Bestandteil vieler bildgebender Verfahren, insbesondere in der Computertomographie (CT) und der Magnetresonanztomographie (MRT), bei denen die Bildinformationen nicht direkt gemessen, sondern aus Projektionen oder Frequenzdaten rekonstruiert werden.
Physikalischer Hintergrund
In vielen bildgebenden Verfahren messen Detektoren zunächst keine direkten Bildinformationen, sondern physikalische Signale, die Eigenschaften des untersuchten Objekts indirekt enthalten. Diese Messdaten werden als Rohdaten bezeichnet und müssen durch mathematische Verfahren in eine räumliche Bilddarstellung umgerechnet werden. Dabei wird nicht unmittelbar ein Bild rekonstruiert, sondern die räumliche Verteilung physikalischer Parameter, die für das jeweilige Verfahren charakteristisch sind. Beispiele sind:
- Computertomographie: Rekonstruktion der Verteilung des linearen Schwächungskoeffizienten
- Magnetresonanztomographie: Rekonstruktion der MR-Signalintensität aus dem k-Raum
- Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Single-Photon-Emissions-Computertomographie (SPECT): Rekonstruktion der räumlichen Aktivitätsverteilung eines Radionuklids
In der Computertomographie werden die gemessenen Projektionsdaten häufig in Form eines Sinogramms dargestellt, das die Grundlage der anschließenden Bildrekonstruktion bildet.
Die Bildrekonstruktion ist somit der mathematische Schritt, der aus den gemessenen physikalischen Signalen ein diagnostisch nutzbares Bild erzeugt.
Mathematische Grundlagen
Die Bildrekonstruktion basiert auf Methoden der mathematischen Signalverarbeitung. Wichtige Konzepte sind:
Diese Verfahren ermöglichen die Berechnung der räumlichen Verteilung physikalischer Parameter aus den gemessenen Signal- oder Projektionsdaten.
Rekonstruktionsverfahren
Rekonstruktionsverfahren lassen sich grundsätzlich in analytische und iterative Verfahren einteilen. Analytische Verfahren berechnen das Bild direkt aus den Messdaten mithilfe mathematischer Transformationen. Das wichtigste Beispiel in der Computertomographie ist die Filtered Back Projection. Iterative Verfahren beginnen mit einer initialen Bildschätzung und verbessern diese schrittweise durch Vergleich mit den gemessenen Daten. Ein wichtiges Beispiel ist die Iterative Rekonstruktion. In der Magnetresonanztomographie erfolgt die Bildrekonstruktion typischerweise durch eine Fourier-Transformation der im k-Raum gespeicherten Messdaten. In der PET und SPECT werden aus den gemessenen Emissionsereignissen dreidimensionale Aktivitätsverteilungen rekonstruiert, meist mithilfe iterativer Rekonstruktionsverfahren.
Bedeutung in der Radiologie
Die Bildrekonstruktion beeinflusst entscheidend die diagnostische Bildqualität. Wichtige Eigenschaften, die durch das Rekonstruktionsverfahren bestimmt werden, sind:
Moderne Rekonstruktionsverfahren ermöglichen eine Verbesserung der Bildqualität und eine Reduktion der erforderlichen Strahlendosis in der Computertomographie.