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Dokumentenidentifikation DE102004029474A1 27.01.2005
Titel System und Verfahren zum Scannen eines Objekts in Tomosynthese-Anwendungen
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Eberhard, Jeffrey, Albany, N.Y., US;
Al-Khalidy, Abdulrahman, Clifton Park, N.Y., US
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 18.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004029474
Offenlegungstag 27.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.01.2005
IPC-Hauptklasse G01N 23/06
IPC-Nebenklasse A61B 6/03   
Zusammenfassung Ein Tomosynthese-System (50) zum Scannen einer Region (54) in einem Objekt (18) weist eine Strahlungsquelle (12) auf, die konfiguriert ist, um in eine Vielzahl von Positionen (70) bewegt zu werden, um eine Vielzahl von Abtastrichtungen (72) zu erbringen. Jede der Vielzahl von Positionen entspricht einer jeweiligen Abtastrichtung. Darüber hinaus weist die Vielzahl von Abtastrichtungen wenigstens eine Abtastrichtung entlang einer ersten Achse (60) und eine Richtung entlang einer zweiten Achse (62) auf, wobei die zweite Achse quer zu der ersten Achse verläuft.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein das Gebiet der Bildgebung, und insbesondere das Gebiet der Tomosynthese. Insbesondere betrifft die Erfindung Tomosynthese-Systeme und Verfahren, die neue Scantrajektorien für eine Röntgenstrahlenquelle und Bilderfassungspunkte für eine Detektor nutzen, um ein verbessertes Bild eines Objekts zu erzielen.

Die Tomographie ist sowohl für industrielle als auch für medizinische Anwendungen weithin bekannt. Herkömmliche Tomographie basiert auf einer Relativbewegung der Röntgenstrahlenquelle, des Detektors und des Objekts. Typischerweise werden die Röntgenstrahlenquelle und der Detektor entweder synchron entlang von Kreislinien oder einfach in entgegengesetzten Richtungen bewegt. Aufgrund jener korrelierten Bewegung bewegt sich der Ort der projizierten Bilder von Punkten innerhalb des Objekts ebenfalls. Lediglich Punkte, die zu einem speziellen Schnittbild gehören, das gewöhnlich als ein fokales Schnittbild bezeichnet wird, werden immer auf dieselbe Stelle des Detektors projiziert und daher scharf abgebildet. Objektstrukturen oberhalb und unterhalb des fokalen Schnittbilds werden ständig auf andere Orte projiziert. Aufgrund dieser Tatsache werden sie nicht scharf abgebildet und überlagern als Hintergrundintensität das fokale Schnittbild. Dieses Prinzip eines Erzeugens eines 3D-Bildes mit einem im Fokus befindlichen (fokalen) Schnittbild unter Verwendung einer diskreten Anzahl von Projektionen wird als Tomosynthese bezeichnet.

Tomosynthese-Systeme für medizinische Anwendungen verwenden gewöhnlich eine Röntgenstrahlenquelle, die dazu dient, einen fächer- oder konusförmigen Röntgenstrahl zu erzeugen, der gebündelt wird und den Patienten durchstrahlt, um anschließend mittels eines Satzes von Detektorelementen erfasst zu werden. Die Detektorelemente erzeugen ein auf der Schwächung der Röntgenstrahlen basierendes Signal. Die Signale können verarbeitet werden, um eine radiographische Projektion zu erzeugen. Die Quelle, der Patient oder der Detektor werden anschließend für die nächste Belichtung relativ zueinander bewegt, wobei gewöhnlich die Röntgenstrahlenquelle geeignet bewegt wird, so dass jede Projektion unter einem anderen Winkel erfasst wird.

Durch die Verwendung von Rekonstruktionstechniken, beispielsweise der gefilterten Rückprojektion, kann der Satz von erfassten Projektionen anschließend rekonstruiert werden, um diagnostisch verwertbare dreidimensionale Bilder zu erzeugen. Da die dreidimensionalen Daten während einer Tomosynthese digital gewonnen werden, lässt sich das Bild in jeder beliebigen, von dem Bediener gewählten Betrachtungsebene rekonstruieren. Typischerweise wird ein Satz von Schnittbildern rekonstruiert, der ein interessierendes gewisses Volumen des Bildgebungsobjekts repräsentiert, wobei jedes Schnittbild ein rekonstruiertes Bild ist, das Strukturen in einer Ebene repräsentiert, die parallel zu der Detektorebene verläuft, und jedes Schnittbild einem anderen Abstand der Ebene von der Detektorebene entspricht.

Da eine Tomosynthese dreidimensionale Daten aus Projektionen rekonstruiert, stellt sie darüber hinaus im Vergleich zu der Verwendung einer einzelnen Röntgenaufnahme eine rasche und kostengünstige Technik zum Entfernen überlagerter anatomischer Strukturen und zum Verbessern des Kontrasts in fokalen Ebenen zur Verfügung. Da die Tomosynthesedaten ferner auf einer verhältnismäßig geringen Anzahl Projektionsröntgenographien basieren, die sehr rasch, häufig mit nur einem einzigen Überstreichen der Röntgenstrahlenquelle über den Patienten erfasst werden, ist die durch den Patienten empfangene Gesamtsrtahlendosis mit der Dosis einer einzigen herkömmlichen Röntgenaufnahme vergleichbar und gewöhnlich bedeutend geringer als die durch eine Computertomographie-(CT)-Untersuchung empfangene Dosis. Darüber hinaus ist die Auflösung des in einer Tomosynthese verwendeten Detektors gewöhnlich größer als die Auflösung von Detektoren wie sie in CT-Untersuchungen verwendet werden. Diese Eigenschaften machen die Tomosynthese für radiologische Aufgaben wie das Entdecken pulmonaler Knoten oder anderer schwierig abzubildender Pathologien tauglich.

Obwohl die Tomosynthese über diese beträchtlichen Vorteile verfügt, weisen die im Zusammenhang mit der Tomosynthese verwendeten Techniken auch Nachteile auf.

Rekonstruierte Datensätze einer Tomosynthese weisen häufig in Richtung der Projektionen, die zum Erlangen der Tomosynthesedaten verwendet wurden, eine Unschärfe von Strukturen auf. Dies drückt sich in einer unzureichenden Auflösung der Tiefe der dreidimensionalen Rekonstruktion oder Tiefenunschärfe aus. Diese im Zusammenhang mit einer abgebildeten Struktur vorkommenden Artefakte variieren abhängig von der Orientierung der Struktur gegenüber der Erfassungsgeometrie. Beispielsweise wird eine lineare Struktur, die mit der linearen Bewegung eines linearen Röntgen-Tomosynthesesystems fluchtet, über die ganze Tiefe des interessierenden Volumens unscharf erscheinen, wohingegen eine derartige Struktur durch die kreisförmige Bewegung eines kreisförmig betriebenen Röntgen-Tomosynthesesystems eine wesentlich geringere Unschärfe aufweisen wird. Das Verwischen von Strukturen kann Bildartefakte erzeugen und die Unterscheidung von Strukturen verhindern, die sich in unterschiedlichen Höhen in der Rekonstruktion des abgebildeten Volumens befinden.

Es besteht daher ein Bedarf, die nach dem Stand der Technik vorhandenen Tomosynthesesysteme anzupassen, so dass diese über neue Scantrajektorien und Bilderfassungspunkte verfügen, um die Tiefenunschärfe des Bildgebungsobjekts zu reduzieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Tomosynthese-System zum Scannen einer Region in einem Objekt weist eine Strahlungsquelle auf, die so angeordnet ist, dass sie in eine Vielzahl von Positionen überführt zu werden, die zu einer Vielzahl von Abtastrichtungenführen. Jede der vielen Positionen entspricht jeweils einer Abtastrichtung. Darüber hinaus gehören zu der Vielzahl von Abtastrichtungen wenigstens eine Abtastrichtung entlang einer ersten Achse und eine Richtung entlang einer zweiten Achse, wobei die zweite Achse quer zu der ersten Achse verläuft.

Ein Verfahren zum Scannen einer Region in einem Objekt mittels eines Tomosynthese-Systems weist den Schritt auf, die Region in dem Objekt entlang einer ersten Achse und entlang einer zweiten Achse zu scannen, wobei die zweite Achse zu der ersten Achse quer verläuft. Darüber hinaus gehört zu dem Schritt des Scannens ein Überführen einer Strahlungsquelle in viele unterschiedliche Positionen, wobei jede der Positionen jeweils einer Abtastrichtung entspricht. Zu dem Verfahren gehört ferner der Schritt eines Erfassens einer Vielzahl von Projektionsbildern der Region in dem Objekt mittels eines Detektors, der in einem vorbestimmten Abstand von dem Objekt angeordnet ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die oben erwähnten und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung erschließen sich nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen:

1 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Bildgebungssystems in Form eines Tomosynthese-Systems zum Scannen eines Objekts, gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt eine schematische Ansicht einer physikalischen Verwirklichung des Tomosynthese-Systems nach 1;

3 zeigt eine Draufsicht auf ein herkömmliches Tomosynthese-System und mit diesem verbundene Probleme;

4 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Techniken, die dazu dienen, das in 3 veranschaulichte Problem zu lösen;

5 zeigt eine Draufsicht auf noch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Technik/Erfindung, das die Bewegung der Röntgenstrahlenquelle entlang der Längsachse des Patienten und quer zu der Längsachse veranschaulicht;

6 zeigt eine Sammlung von Draufsichten auf mehrere Abtastrichtungen der Röntgenstrahlenquelle, gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung; und

7 zeigt eine Reihe von Drauf sichten auf Erfassungspunkte durch den Detektor, gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

1 veranschaulicht schematisch ein Bildgebungssystem 10, das zum Erfassen und Verarbeiten von Bilddaten verwendet werden kann. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das System 10 ein erfindungsgemäßes Tomosynthese-System, das sowohl dazu dient, ursprüngliche Bilddaten zu erfassen, als auch diese zur Anzeige auf einem Display und zur Analyse zu verarbeiten. In dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel enthält das Bildgebungssystem 10 eine Strahlenquelle 12, die gewöhnlich eine für eine Tomosynthese geeignete Röntgenstrahlenquelle ist, wobei die Quelle 12 im Wesentlichen innerhalb einer Ebene frei beweglich ist. In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Röntgenstrahlenquelle 12 gewöhnlich eine Röntgenröhre und zugeordnete Träger- und Filterkomponenten.

Ein Bündel von Röntgenstrahlen 16 wird von der Quelle 12 emittiert und trifft auf ein Objekt 18 auf, bei medizinischen Anwendungsfällen beispielsweise auf einen Patienten. Ein Teil der Strahlung 20 durchquert das Objekt oder gelangt an diesem vorbei und fällt auf ein allgemein mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnetes Detektorarray. Detektorelemente des Arrays erzeugen elektrische Signale, die die Intensität des einfallenden Röntgenstrahls kennzeichnen. Diese Signale werden erfasst und verarbeitet, um ein Bild der im Innern des Objekts vorhandenen Merkmale zu rekonstruieren. Ein Kollimator 14 kann die Abmessung und Gestalt des aus der Röntgenstrahlenquelle 12 austretenden Röntgenstrahls 16 definieren.

Die Quelle 12 wird durch einen Systemcontroller 24 geregelt/gesteuert, der für Tomosynthese-Untersuchungssequenzen sowohl Leistungs- als auch Steuersignale bereitstellt, die ein Positionieren der Quelle 12 bezüglich des Objekts 18 und des Detektors 22 einschließen. Ferner ist der Detektor 22 an den Systemcontroller 24 angeschlossen, der das Erfassen der in dem Detektor 22 erzeugten Signale steuert. Der Systemcontroller 24 kann außerdem vielfältige Signalverarbeitungs- und Filterfunktionen aktivieren, z.B. für eine anfängliche Anpassung von Dynamikbereichen, ein Interleaven von digitalen Bilddaten, und so fort. Im Allgemeinen steuert der Systemcontroller 24 den Betrieb des Bildgebungssystems, um Untersuchungsprotokolle auszuführen und erfasste Daten zu verarbeiten. Für diesen Zweck enthält der Systemcontroller 24 ferner einen Signalverarbeitungsschaltkreis, der gewöhnlich auf einem für allgemeine Zwecke ausgelegten oder anwendungsspezifischen digitalen Rechner basiert, zugeordnete Speicherschaltkreise, um durch den Rechner auszuführende Programme und Routinen zu speichern, sowie Konfigurationsparameter und Bilddaten, Interfaceschaltkreise, und so fort.

In dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Systemcontroller 24 an ein Positionierungssubsystem 26 angeschlossen, das die Röntgenstrahlenquelle 12 relativ zu dem Objekt 18 und dem Detektor 22 positioniert. In alternativen Ausführungsbeispielen kann das Positionierungssubsystem 26 den Detektor 22 oder sogar das Objekt 18 anstelle der Quelle 12, oder zusammen mit der Quelle 12 bewegen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, mehr als eine Komponente durch das Positionierungssubsystem 26 geregelt/gesteuert zu bewegen. Gemäß vielfältigen nachstehend im Einzelnen veranschaulichten Ausführungsbeispielen können somit durch ein Verändern der relativen Positionen der Quelle 12, des Objekts 18 und des Detektors 22 mittels des Positionierungssubsystems 26 unter vielfältigen durch das Objekt 18 verlaufenden Winkeln radiographische Projektionen gewonnenen werden.

Darüber hinaus kann die Strahlungsquelle, wie für den Fachmann ersichtlich, durch einen Röntgenstrahlcontroller 30 geregelt/gesteuert werden, der innerhalb des Systemcontrollers 24 angeordnet ist. Der Röntgenstrahlcontroller 30 ist insbesondere konfiguriert, um die Röntgenstrahlenquelle 12 mit Energie zu versorgen und Zeittaktsignale an diese auszugeben. Ein Motorcontroller 32 kann verwendet werden, um die Bewegung des Positionierungssubsystems 26 zu steuern.

Weiter ist der Systemcontroller 24 auch mit einem Datenerfassungssystem 34 ausgestattet veranschaulicht. Der Detektor 22 ist gewöhnlich mit dem Systemcontroller 24 und insbesondere mit dem Datenerfassungssystem 34 verbunden. Das Datenerfassungssystem 34 nimmt die durch eine Ausleseelektronik des Detektors 22 gesammelten Daten entgegen. Das Datenerfassungssystem 34 nimmt gewöhnlich von dem Detektor 22 analoge Abtastsignale entgegen und wandelt diese in digitale Signale um, die anschließend durch einen Rechner 36 verarbeitet werden.

Der Rechner 36 ist gewöhnlich mit dem Systemcontroller 24 verbunden. Die durch das Datenerfassungssystem 34 gesammelten Daten können an den Rechner 36 und darüber hinaus an einen Arbeitsspeicher 38 übermittelt werden. Es ist selbstverständlich, dass ein derartiges exemplarisches System 10 einen beliebigen Arbeitsspeicher verwenden kann, der geeignet ist, großen Datenmengen zu speichern. Außerdem ist der Rechner 36 dazu eingerichtet, Steuerbefehle und Scanparameter von einem Anwender über eine gewöhnlich mit einer Tastatur und anderen Eingabegeräten ausgerüstete Bedienungsworkstation 40 entgegen zu nehmen. Ein Bediener kann das System 10 über die Eingabegeräte steuern. Auf diese Weise kann der Bediener das rekonstruierte Bild und andere von dem Rechner 36 stammende Daten, die für das System maßgebend sind, beobachten, eine Bildgebung starten, und so fort.

Ein mit der Bedienungsworkstation 40 verbundenes Display 42 kann dazu verwendet werden, das rekonstruierte Bild zu betrachten und die Bildgebung zu steuern. Darüber hinaus kann das Bild ferner auf einem Drucker 44 ausgegeben werden, der möglicherweise an den Rechner 36 und die Bedienungsworkstation 40 angeschlossen ist. Weiter kann die Bedienungsworkstation 40 auch mit einem Bildarchivierungs- und Datenkommunikationssystem (PACS) 46 verbunden sein. Es ist zu beachten, dass das PACS 46 mit einem entfernt angeordneten System 48, einem Datenaustauschsystem einer Radiologieabteilung (RIS), einem klinischem Datenaustauschsystem (HIS) oder einem internen oder externen Netzwerk verbunden sein kann, so dass weitere Personen an unterschiedlichen Orten auf das Bild und die Bilddaten zugreifen können.

Es ist ferner zu beachten, dass der Rechner 36 und die Bedienungsworkstation 46 mit weiteren Ausgabegeräten verbunden sein kann, zu denen möglicherweise Standardmonitore oder anwendungsspezifische Rechnermonitore und zugeordnete Verarbeitungsschaltkreise gehören. Ferner können eine oder mehrere Bedienungsworkstations 40 in dem System vernetzt sein, um Systemparameter auszugeben, Untersuchungen anzufordern, Bilder zu betrachten, und so fort. Im Allgemein können Displays, Drucker, Workstations und ähnliche in dem System mit Daten zu beliefernde Vorrichtungen in örtlicher Nachbarschaft zu den Datenerfassungskomponenten oder entfernt von diesen Komponenten, z.B. an einem anderen Ort innerhalb einer Institution oder Klinik, oder an einem vollkommen anderen Ort angeordnet sein, der mit dem Bilderfassungssystem über ein oder mehrere konfigurierbare Netzwerke, z.B. dem Internet, einem virtuellen privaten Netzwerk, und so fort in Verbindung steht.

Indem nun allgemein auf 2 eingegangen wird, kann ein in einem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendetes exemplarisches Bildgebungssystem ein Tomosynthese-Bildgebungssystem 50 sein. In einer der oben beschriebenen ähnlichen Anordnung ist das Tomosynthese-Bildgebungssystem 50 mit einer Quelle 12 und einem Detektor 22 veranschaulicht, zwischen denen ein Objekt angeordnet sein kann, das hier als ein Patient 18 veranschaulicht ist. Die Strahlungsquelle 12 enthält gewöhnlich eine Röntgenröhre, die von einem Brennpunkt 52 aus Röntgenstrahlen emittiert. Die Röntgenstrahlen sind auf eine spezielle Region 54 des Patienten 18 gerichtet. Es ist zu beachten, dass die spezielle Region 54 des Patienten 18 gewöhnlich durch eine Bedienperson geeignet ausgewählt wird, so dass der für einen Bereich nützlichste Scanvorgang durchgeführt werden kann.

In einem typischen Betrieb wird die Röntgenstrahlenquelle 12 in einem vorbestimmten Abstand oberhalb des Patienten 18 positioniert und projiziert von dem Brennpunkt 52 aus und in Richtung des Detektorarrays 22 einen Röntgenstrahl. Der Detektor 22 ist in einer beabstandeten Beziehung relativ zu der Quelle 12 und in einem vorbestimmten Abstand zu dem Patienten 18 angeordnet. Der Detektor 22 ist im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Detektorelementen aufgebaut, die im Wesentlichen Pixeln entsprechen, die die Röntgenstrahlen erfassen, die durch und um ein interessierendes Objekt 54, z.B. spezielle Körperteile wie den Brustkorb, die Lungen usw., gelangen. In einem Ausführungsbeispiel weist der Detektor 22 ein rechteckiges Array aus 2.048 × 2.048 Elementen auf, was einer Pixelgröße von 200 &mgr;m × 200 &mgr;m entspricht, obwohl selbstverständlich auch andere Konfigurationen und Dimensionen sowohl des Detektors 22 als auch der Pixel möglich sind. Jedes Detektorelement erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität des Röntgenstrahls an der Position des Elements zu dem Zeitpunkt kennzeichnet, zu dem der Strahl auf den Detektor trifft. Außerdem kann die Quelle 12 im Wesentlichen innerhalb einer ersten Ebene 56 bewegt werden, die weitgehend parallel zu der zweiten Ebene 58 verläuft, die eine Ebene des Detektors 22 ist, so dass von dem Rechner 36 eine Vielzahl von radiographischen Ansichten aus unterschiedlichen Blickwinkeln gesammelt werden können. Die Bewegung der Röntgenstrahlenquelle ist im Einzelnen gemäß der nachstehenden Erörterung anhand von 4 erläutert. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen der Quelle 12 und dem Detektor 22 etwa 180 cm und der gesamte Bereich der Bewegung der Quelle 12 beträgt zwischen 31,5 cm und 131 cm, was Winkeln von ± 5° bis ± 20° entspricht, wobei 0° eine mittlere Stellung bedeutet. In diesem Ausführungsbeispiel werden gewöhnlich wenigstens 11 Projektionen erfasst, die den vollen Winkelbereich abdecken.

Der Rechner 36 wird gewöhnlich verwendet, um das gesamte Tomosynthese-System 50 zu steuern/regeln. Der den Betrieb des Systems steuernde Hauptrechner kann geeignet konstruiert sein, um Merkmale zu steuern, die durch den Systemcontroller 24 aktiviert werden. Darüber hinaus ist die Bedienungsworkstation 40 mit dem Rechner 36 sowie mit einem Display verbunden, so dass das rekonstruierte Bild betrachtet werden kann.

Während die Röntgenstrahlenquelle 12 im Wesentlichen innerhalb der Ebene 56 bewegt wird, sammelt der Detektor 22 Daten der geschwächten Röntgenstrahlen. Die von dem Detektor 22 her entgegen genommenen Daten werden anschließend gewöhnlich einer Vorverarbeitung und Kalibrierung unterworfen, um die Daten so aufzubereiten, dass diese die Linienintegrale der Schwächungskoeffizienten der gescannten Objekte repräsentieren. Die üblicherweise als Projektionen bezeichneten verarbeiteten Daten werden anschließend gewöhnlich rückprojiziert, um ein Bild des gescannten Bereichs zu formulieren. Im Falle einer Tomosynthese werden, jeweils unter unterschiedlichen Winkeln bezüglich des Objekts und des Detektors, eine endliche Anzahl von Projektionen erfasst; gewöhnlich sind dies dreißig oder weniger. Rekonstruktionsalgorithmen werden typischerweise verwendet, um die Rekonstruktion an diesen Daten durchzuführen, um die Ausgangsbilder zu reproduzieren.

Nach der Rekonstruktion gewährt das durch das System nach 1 und 2 erzeugte Bild Einblick in die dreidimensionale Beziehung von inneren Merkmalen des Patienten 18. Das Bild kann auf einem Bildschirm wiedergegeben werden, um diese Merkmale und deren dreidimensionale Beziehungen zu zeigen. Obwohl das rekonstruierte Bild auf einem einzelnen rekonstruierten Schnittbild basieren kann, das Strukturen an dem entsprechenden Ort innerhalb des abgebildeten Volumen repräsentiert, ist der Aufbau aus mehr als einem Schnittbild typisch.

Mit Bezug auf 3 wird nun eine Ansicht von oben eines typisches linearen Tomosynthese-Systems und das mit diesem verbundene Problem veranschaulicht. Typischerweise wird die Quelle 12 linear in einer oberhalb des Patienten 18 angeordneten Ebene bewegt, um die Region 54 abzubilden, wobei die Projektionsbilder von einem feststehenden Detektor 22 aufgefangen werden. Die Quelle 12 bewegt sich entlang der ersten Achse 60, die die Längsachse des Körpers des Patienten 18 ist, und bildet während dieser Bewegung die allgemein mit dem Bezugszeichen 74 bezeichnete, nicht interessierende Region ab und schließt einen allgemein mit dem Bezugszeichen 76 bezeichneten Teil der Region 54 aus. Folglich sind im Falle dieser herkömmlichen Systeme von Bereichen außerhalb (d.h. oberhalb und unterhalb) der Region 54 stammende Daten in den Projektionen und damit in den Rekonstruktionen enthalten, was Inkonsistenz in das Problem der Rekonstruktion einführt und die Bildqualität verschlechtert.

4 und 5 veranschaulichen unterschiedliche Ausführungsbeispiele, um das in 3 dargestellte Problem anzugehen. Mit Bezug auf 4 ist eine Draufsicht eines Tomosynthese-Systems 50 zum Scannen einer Region 54 im Körper eines Patienten 18 veranschaulicht. Das System 50 weist eine Strahlungsquelle 12 auf, die konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Positionen 70 zu durchlaufen, so dass sich eine Vielzahl von Abtastrichtungen 72 erzielen lassen. In dieser Konfiguration entspricht jede der Vielzahl von Positionen jeweils einer Abtastrichtung. In einem Ausführungsbeispiel ist mindestens eine der Vielzahl von Positionen 70 durch einen Rand 64 des Detektors 22 in Richtung entlang der ersten Achse 60 definiert, d. h. entlang der Längsachse des Körpers. In dieser Konfiguration eliminiert die Röntgenstrahlenquelle 12, dadurch dass sie sich bis zu dem Rand 64 des Detektors 22 bewegt, das in 3 gezeigte Problem eines Miteinbeziehens einer nicht interessierenden Region, d. h. der überlappenden Gewebe der Region 54 während des Scanvorgangs. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei der Vielzahl von Positionen 70 durch zwei Ränder 64 des Detektors 22 definiert.

Weiter gehört in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie es in 5 gezeigt ist, zu der Vielzahl von Abtastrichtungen wenigstens eine Abtastrichtung entlang einer ersten Achse 60, d. h. der Längsachse des Körpers, und eine Abtastrichtung entlang einer zweiten Achse 62, d. h. der kurzen Achse des Körpers, wobei die zweite Achse quer zu der ersten Achse verläuft. Da über den Detektor hinaus in der Abtastrichtung kein Körpergewebe vorhanden ist, ist in diesem Fall das Problem eines außerhalb des interessierenden Bereichs befindlichen Gewebes vollständig eliminiert. Folglich erzielt eine Konfiguration eines zweidimensionalen Scannens, bei dem in der mit dem Bezugszeichen 60 bezeichneten Richtung der Körperlängsachse bis zu dem Rand des Detektors und in der mit dem Bezugszeichen 62 bezeichneten senkrechten Richtung über einen längeren Abtastpfad abgetastet wird, die Vorteile sowohl einer scharfen Auflösung in der z-Richtung als auch einer Eliminierung von Problemen aufgrund von außerhalb des interessierenden Bereichs überlappenden Gewebes. Ein Beispiel, bei dem die Ausführungsbeispiele von Nutzen sind, beinhaltet, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, dass der interessierende Bereich 54 in dem Patienten 18 sich in einer Richtung (beispielsweise entlang der Achse 60) über den Detektor 22 hinaus erstreckt.

In einem Tomosynthese-System mit einem Abstand von 180 cm zwischen der Quelle und dem Detektor werden in einem herkömmlichen Tomosynthese-System beim Scannen eines 7 cm vor der aktiven Detektorfläche angeordneten Objekts mit einer Dicke von 25 cm und denselben seitlichen Abmessungen wie sie der Detektor (41 cm × 41 cm) aufweist etwa 11% der an den Seiten des Objekts befindlichen Region für einen nur entlang der Längsachse des Körpers (Achse 60) verlaufenden Scandurchgang mit keiner Röntgenstrahlprojektion abgedeckt, da das Objekt so breit wie der Detektor ist, und der Röntgenstrahl ein von dem Brennpunkt aus divergierender Kegelstrahl ist. Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellt ein Scandurchgang, der in seitlicher Richtung an den Rändern des Detektors angeordnete Punkte einschließt, sicher, dass jedes abgebildete Element in der Rekonstruktion Daten aus wenigstens einer Röntgenstrahlmessung enthält, und ermöglicht folglich eine bessere Bildqualität.

Wie für den Fachmann offensichtlich, sind die oben erwähnten Ausführungsbeispiele für einige Scankonfigurationen und für damit verbundene Akquisitionen durch den Detektor 22 von Vorteil. Dargestellte, nicht als beschränkend zu wertende Beispiele davon werden hier weiter unten mit Bezug auf 6 und 7 erörtert; einige weitere Konfigurationen sind möglich.

6 veranschaulicht einen allgemein mit den Bezugszeichen 86, 88, 90, 92, 94 und 96 bezeichneten exemplarischen Satz von Scankonfigurationen für die vielfältigen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. In einem Beispiel gehört zu der Vielzahl von Abtastrichtungen 72, dass diese eine Vielzahl von Bereichen abdecken, die jeweils durch eine Vielzahl von vorbestimmten Abmessungen des Detektors 22 definiert sind. In einem Ausführungsbeispiel gehört zu der Vielzahl der vorbestimmten Abmessungen wenigstens eine Breite 66 und eine Höhe 68 des Detektors 22. In einem anderen Beispiel gehört zu der Vielzahl von Bereichen wenigstens ein Bereich, der durch die Breite 66 und die Höhe 68 des Detektors 22 definiert ist. In noch einem weiteren Beispiel gehört zu der Vielzahl von Bereichen wenigstens ein Bereich, der durch die Breite des Detektors und einem Bruchteil der Höhe des Detektors definiert ist. Ein weiteres Beispiel schließt wenigstens einen Bereich ein, der durch die Höhe des Detektors und einem Bruchteil der Breite des Detektors definiert ist. Noch ein weiteres Beispiel schließt wenigstens einen Bereich ein, der durch die Breite des Detektors und ein Vielfaches der Höhe des Detektors definiert ist. Ein weiteres Beispiel umfasst wenigstens einen Bereich, der durch die Höhe des Detektors und ein Vielfaches der Breite des Detektors definiert ist. Noch ein weiteres Beispiel schließt wenigstens einen Bereich ein, der durch einen Bereich der Breite und einen Bereich der Höhe des Detektors definiert ist.

7 veranschaulicht einen exemplarischen Satz einer Vielzahl von an dem Detektor 22 angeordneten Erfassungspunkten 78, die dazu dienen, die Vielzahl von allgemein mit den Bezugszeichen 98, 100, 102, 104, 106 und 108 bezeichneten Projektionsbildern zu erfassen. In einem Beispiel gehören zu der Vielzahl von vorbestimmten Erfassungspunkten mindestens zwei Punkte 78, die an zwei entgegengesetzten Ecken 80 des Detektors 22 angeordnet sind. In einem anderen Beispiel gehören zu der Vielzahl von vorbestimmten Erfassungspunkten 78 mindestens zwei Punkte 78 an zwei entgegengesetzten Ecken 80 des Detektors und ein in der Mitte 82 des Detektors 22 angeordneter Punkt. In noch einem weiteren Beispiel gehören zu der Vielzahl von vorbestimmten Erfassungspunkten wenigstens vier Punkte 78, die an vier Ecken 80 des Detektors 22 angeordnet sind. Ein weiteres Beispiel weist wenigstens vier Punkte 78 an vier Ecken 80 des Detektors und einen Punkt in der Mitte 82 des Detektors 22 auf. Ein weiteres Beispiel weist wenigstens Mittelpunkte 84 eines jeden Randes des Detektors und einen Punkt in der Mitte 82 des Detektors 22 auf. Noch ein weiteres Beispiel enthält wenigstens Mittelpunkte 84 eines jeden Randes des Detektors 22. Ein weiteres Beispiel weist mindestens mehr als vier Punkte entlang einer Grenze des Detektors auf. Noch ein weiteres Beispiel weist wenigstens Punkte in einem durch die Mitte 82 des Detektors und einen Rand des Detektors definierten variierenden Abstand auf. In einem anderen Beispiel schließt die Vielzahl von vorbestimmten Erfassungspunkten 78 mindestens eine Vielzahl von Punkten ein, die außerhalb des Detektors 22 angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Punkten außerhalb des Detektors den Strahlungsquellenpositionen 70 entsprechen, während die Abtastrichtung entlang der zweiten Achse 62 in einer Richtung quer zu der ersten Achse 60 des Patienten 18 verläuft.

Ein weiteres (nicht gezeigtes) Ausführungsbeispiel weist einen Detektor 22 auf, der konfiguriert ist, um in eine Vielzahl von Richtungen in einer Ebene 58 bewegt zu werden, wobei jede der Vielzahl der Richtungen jeweils einer der Vielzahl von Positionen 70 der Strahlungsquelle 12 entspricht. Wie es dem Fachmann klar ist, sind die vorstehend beschriebenen Scankonfigurationen und Akquisitionen gleichermaßen auf dieses Ausführungsbeispiel anwendbar, bei dem der Detektor konfiguriert ist, um sich zu bewegen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Scannen einer Region 54 in einem Objekt 18 mittels eines Tomosynthese-Systems 50. Zu dem Verfahren gehört der Schritt eines Scannens der Region 54 in dem Objekt 18 entlang einer ersten Achse 60 und entlang einer zweiten Achse 62, wobei die zweite Achse quer zu der ersten Achse verläuft. Zu dem Schritt des Scannens gehören ferner die Schritte: Bewegen einer Strahlungsquelle 12 in eine Vielzahl von Positionen 70, wobei jede der Vielzahl von Positionen jeweils einer Abtastrichtung 72 entspricht; und Erfassen einer Vielzahl von Projektionsbildern der Region in dem Objekt mittels eines Detektors 22, der in einem vorbestimmten Abstand zu dem Objekt angeordnet ist.

Eine weiterer Aspekt des oben erwähnten Verfahren schließt ein Akquirieren einer Vielzahl von Projektionsbildern der Region 54 in dem Objekt 18 mittels eines Detektors 22 ein, der in einem vorbestimmten Abstand zu dem Objekt angeordnet ist. In diesem Aspekt ist mindestens eine der Vielzahl von Positionen durch einen Rand des Detektors in der Richtung entlang der ersten Achse 60 definiert.

Wie es dem Fachmann klar ist, schließt die Erfindung ferner das Verfahren zum Scannen und Akquirieren von Bildern mittels der vielfältigen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung ein.

Es wird dem Fachmann ferner einleuchten, dass die obigen Ausführungsbeispiele auch in anderen Bildgebunbsmodalitäten von Vorteil sind, zu denen als nicht beschränkend zu wertende Beispiele zählen wie Stereotaxie, Stereo-Bildgebung, wie sie in Mammographiebildgebungssystemen verwendet werden. Zusätzlich zu dem Nutzen in der medizinischen Bildgebung sind die oben erwähnten Ausführungsbeispiele ferner auch im Zusammenhang mit industrieller Bildgebung nützlich, beispielsweise für ein Testen von flachen Bauelementen wie mehrschichtigen gedruckten Leiterplatten oder Schweißnähten in großen Komponenten.

Ein Tomosynthese-System 50 zum Scannen einer Region 54 in einem Objekt 18 weist eine Strahlungsquelle 12 auf, die konfiguriert ist, um in ein Vielzahl von Positionen 70 bewegt zu werden, um eine Vielzahl von Abtastrichtungen 72 zu erbringen. Jede der Vielzahl von Positionen entspricht einer jeweiligen Abtastrichtung. Darüber hinaus weist die Vielzahl von Abtastrichtungen wenigstens eine Abtastrichtung entlang einer ersten Achse 60 und eine Richtung entlang einer zweiten Achse 62 auf, wobei die zweite Achse quer zu der ersten Achse verläuft.

Während die Erfindung vielfältigen Abwandlungen und alternativen Ausprägungen zugänglich sein kann, sind hier spezielle Ausführungsbeispiele in den Figuren exemplarisch gezeigt und im Einzelnen erläutert. Es sollte allerdings klar sein, dass nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die offenbarten Ausprägungen zu beschränken. Vielmehr soll die Erfindung sämtliche Abwandlungen, äquivalenten Formen und Möglichkeiten einschließen, die in den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung fallen.


Anspruch[de]
  1. Tomosynthese-System (50) zum Scannen einer Region (54) in einem Objekt (18), wobei das System aufweist:

    eine Strahlungsquelle (12), die dazu eingerichtet ist, eine Anzahl von Positionen (70) zu durchlaufen, die zu einer Anzahl von Abtastrichtungen (72) führen, wobei jede der Positionen jeweils einer Abtastrichtung entspricht, und wobei die Abtastrichtungen wenigstens eine Abtastrichtung entlang einer ersten Achse (60) und eine Richtung entlang einer zweiten Achse (62) enthalten, wobei die zweite Achse quer zu der ersten Achse verläuft.
  2. System nach Anspruch 1, zu dem ferner ein Detektor (22) gehört, der dazu dient, mittels des durch das Objekt geschwächten Röntgenstrahls (20) eine Anzahl von Projektionsbildern der Region (54) in dem Objekt (18) zu akquirieren, wobei der Detektor in einer beabstandeten Beziehung bezüglich der Quelle (12) und in einem vorbestimmten Abstand von dem Objekt angeordnet ist.
  3. System nach Anspruch 2, bei dem mindestens eine der Vielzahl von Positionen (70) durch einen Rand (64) des Detektors (22) in der Richtung entlang der ersten Achse (60) definiert ist.
  4. System nach Anspruch 2, bei dem mindestens zwei der Vielzahl von Positionen (70) durch zwei Ränder (64) des Detektors (22) definiert sind.
  5. System nach Anspruch 2, bei dem die Region (54) in dem Objekt (18) sich über den Detektor (22) hinaus erstreckt.
  6. System nach Anspruch 2, bei dem zu der Anzahl von Abtastrichtungen (72) gehört, dass diese eine Anzahl von Bereichen abdecken, die jeweils durch eine Anzahl von vorbestimmten Abmessungen des Detektors (22) definiert sind, wobei zu der Anzahl der vorbestimmten Abmessungen wenigstens eine Höhe (68) und eine Breite (66) des Detektors gehören.
  7. System nach Anspruch 2, bei dem der Detektor (22) dazu eingerichtet ist, die Projektionsbilder an einer Vielzahl von vorbestimmten Erfassungspunkten (78) an dem Detektor zuakquirieren.
  8. System nach Anspruch 7, bei dem zu der Vielzahl von vorbestimmten Erfassungspunkten (78) wenigstens Punkte in einem variierenden Abstand gehören, der durch die Mitte (82) des Detektors und einen Rand (64) des Detektors definiert ist.
  9. System nach Anspruch 7, bei dem zu der Vielzahl von vorbestimmten Erfassungspunkten (78) mindestens eine Vielzahl von Punkten außerhalb des Detektors (22) gehören, wobei die Vielzahl von Punkten außerhalb des Detektors den Strahlungsquellenpositionen (70) während der Abtastrichtung entlang der zweiten Achse (62) entsprechen.
  10. System nach Anspruch 2, bei dem der Detektor (22) dazu eingerichtet ist, in verschiedene Orientierungen bewegt zu werden, wobei jede Orientierung jeweils einer der Positionen (70) der Strahlungsquelle (12) entspricht.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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