CN102264297B - 3d乳房x线摄影 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D乳房射线摄影，其中，按不同的投影角度拍摄乳房的各个图像，并且以后由这种图像信息合成3D图像。按照本发明，待成像的乳房被布置成由锁定装置(16、17)锁定，并且在成像过程期间，x射线源(13)相对于乳房的位置连续运动，并且在x射线源(13)的多个角位置处照射乳房。在成像过程的照射时段期间，锁定装置(16、17)与x射线源(13)的运动同步地转动。成像过程优选地进一步包括这样的非照射时段，在这样的非照射时段期间，锁定装置(16、17)在与在照射时段期间与x射线源(13)的运动同步地转动时的方向相反的方向上转动。

Description

3D乳房X线摄影

技术领域

本发明涉及3D乳房射线摄影，在乳房射线摄影中，按不同投影角度，典型地在离竖直方向的约+/-30度的角度内，拍摄乳房的各个图像，随后通过适用的图像处理软件由该图像信息合成3D图像。

背景技术

乳腺癌在妇女中是最常见类型的癌症。根据调查，每十位妇女中约有一位在其一生中的某个时刻感染乳腺癌。当基于症状检测到乳腺癌时，疾病常常已经发展到预后恢复相当差的阶段。一些病例是在许多国家为年龄40岁以上的妇女安排的筛查计划中检测到的。筛查通常在非常早的阶段发现癌症，从而其治疗可及时地开始，因而更可能恢复。

乳房射线摄影作为临床检查方法是乳腺癌筛查中、以及后续诊断中的一种广泛使用的方法。乳房射线摄影是一种x射线成像方法，其中，使用专为这个目的设计的设备。在筛查研究中，乳房射线摄影已经被报告具有90-93％的灵敏度和90-97％的特异性。这表明筛查研究是有用的，并且通过筛查的乳腺癌的早期检测可挽救人类的生命。已经证实，乳房射线摄影在50岁以上的妇女中将乳腺癌死亡率减小了35％，并且在40-50岁年龄的妇女中减小了25％-35％。

乳房射线摄影图像被检查以检测在乳房中的各种异常，如钙化，即，在乳房软组织中的较小的钙沉积物。钙化物一般不能通过触摸乳房检测到，但它在x射线图像中是可见的。巨大的钙化物一般与癌症不相关，但较小的钙沉积物簇，即所谓的微型钙化物，是外部乳房细胞活性的指示，该外部乳房细胞活性可能与乳腺癌有关。要由乳房射线摄影检测的其它特征包括囊肿和纤维腺瘤，然而，这些囊肿和纤维腺瘤一般与癌症不相关。

在常规筛查乳房射线摄影中，典型地将乳腺在两块压缩板之间压紧，并且从上方和从倾斜方向至少两次暴露于辐射。如有必要，另外从侧面成直角地拍摄第三个图像。由于在这种成像中，组织层在x射线束的方向上彼此成上下关系，所以这些照射产生两维图像，在两维图像中，强吸收结构可能妨碍位于它们下面的结构的检测。

乳房射线摄影的不断改进已经产生新类型的乳房射线摄影方法和装置，这些方法和装置产生病人乳房的3D图像。这里，产生乳房按不同角度的若干投影，并且通过使用适用的重新构造算法创建它的3D分布。根据图像信息，即各个图像，典型地构造代表与x射线检测器的表面相平行取向的乳房的多个层的若干图像，因而使得有可能检测位于彼此成上下关系的组织结构。

典型的数字式乳房射线摄影设备包括机架部分、和可转动地连接到机架部分的C形臂或对应结构。在C形臂的第一端部处布置有x射线源，在第二端部处布置有辐射检测器。术语成像装置常常用于这些装置。大体放置在所述x射线源与检测器之间的区域中，典型地在检测器附近，布置压缩板，这些压缩板被设计成在暴露的持续时间期间通过压缩来定位乳房。

在现有技术中，在3D乳房射线摄影的上下文中，已经使用或建议按多个不同投影角度来对乳房成像的各种途径。这些包括：按恒定或交替的速度沿绕乳房的弯曲路径连续地转动x射线源，在多次x射线源保持静止的曝光之间逐步转动x射线源，以及使用多个静止x射线源。关于检测器，它可以保持静止，直线地运动和/或倾斜，从而它每次曝光时与x射线束的中心射线保持成直角。

位于C形臂的(上部)端部处的x射线源是比较沉重的元件。在x射线源的逐步运动的情况下，在每次曝光之前，成像设备应该已经到达无振动状态。因而，鉴于在多阶段成像过程中包括的加速、减速及停止(稳定时间)的数量，应该优化乳房射线摄影设备的结构。对于像这样的成像过程所需要的整体时间往往变得很长。

另一方面，在x射线源的连续运动的情况下，必须使用显著短的曝光时间，如小于50ms，以避免产生运动伪像。这又要求使用足够强的辐射源，这意味着使用甚至比在现有技术的2D乳房射线摄影设备中通常使用的那些更重的x射线源，因此成像设备的其它结构也必须考虑该较大质量而设计。

关于将若干x射线源布置在乳房射线摄影设备中，这显然要求对于乳房射线摄影设备的完全新型的设计，以便使得有可能实施这样一种特定3D成像形态。以该机械设计为基础，能够提出使设备对于常规2D筛查乳房射线摄影中的使用同样实用的结构，是一种挑战。

发明内容

本发明的目的集中在至少消除或减少以上讨论的成像系统的一些问题上。本发明的目的由所附独立权利要求的方法和设备实现。本发明的一些优选实施例呈现在所附从属权利要求中。

本发明利用现有类型的乳房射线摄影设备，即，利用相同类型的x射线源和C形臂以及典型使用的相关结构，通过在成像过程期间启用相当长的曝光时间(即使连续运动x射线源)，使3D乳房射线摄影成为可能。这是通过在成像过程的至少一个曝光阶段期间使乳房跟随x射线源的运动而成为可能的。由于在成像过程中使用的断层摄影角(在x射线源的极端曝光位置之间的角)可能有几十度，以使乳房在多次曝光期间的转动在实际中是可能的，所以本发明的过程循环的优选实施例包括在成像过程的(每个)非曝光时段期间将乳房转回其之前/初始位置的步骤。

本发明的基本优点之一是，在乳房射线摄影设备中构造这样的装置比为辐射源安排对应运动过程简单得多：该装置在成像过程期间能够反复转动乳房和使其停止(即，转动如压缩板的乳房保持装置和使其停止)。在本发明中，就这样的辐射源和用于使辐射源运动的结构而论，不需要设备的任何特殊布置或基本重新设计，而是可以利用在现有技术2D乳房射线摄影中使用的常规设计。

附图说明

在如下，也借助于附图，将详细地描述本发明的一些实施例和它们的好处，在附图中

图1表示典型的乳房射线摄影设备的结构。

图2a和2b表示根据现有技术方法的乳房射线摄影设备的x射线源的运动，以获得用于3D乳房射线摄影的图像信息。

图3a和3b表示根据本发明的乳房射线摄影设备的某些结构的运动，及

图4表示具有用于将组织拉到在设备的压缩板之间的体积中的布置的乳房射线摄影设备的C形臂。

具体实施方式

在图1中所呈现的典型乳房射线摄影设备1包括本体部分11和与其连接的C形臂结构12。典型地，辐射源13和例如布置在所谓的下部搁架结构14内的图像数据接收装置15，被设置在C形臂12的相对端部处。位于设备的盖子内的这些所述装置13、15实际上在图1中是不可见的。

此外，在所述装置13、15之间的区域中，典型地在图像数据接收装置15的附近，放置了用于将待成像的对象定位/锁定在成像区域内的装置16、17。当今，典型地，这种设备被机动化，使得C形臂12被布置成在竖直方向上可动并且可绕轴线(典型地，将C形臂连接到本体部分11的物理水平轴线)旋转。定位/锁定装置16、17典型地包括上部压缩板16和下部压缩板17，该下部压缩板17可以布置成与下部搁架结构14成整体。在下部搁架内，格栅结构可以位于图像数据接收装置15上方，该格栅结构限制从组织散射的辐射进入到图像数据接收装置15。在本发明的上下文中，实际必要的是，C形臂12的旋转轴线相对于压缩板16、17(锁定装置)的位置按这样一种方式布置，使得病人对于曝光可保持在同一位置处，而与C形臂的倾斜角度无关。这种类型的乳房射线摄影设备的这样的构造已经在欧洲专利公报370089中教导。

图2a和2b表示获得用于3D乳房射线摄影的图像信息的现有技术系统。为了清楚起见，在图2a、2b、3a、3b中，没有示出源于x射线源13的焦点的实际为锥形的x射线束，而是只示出了中心射线。

在根据图2a的现有技术系统中，x射线源13被布置成按连续方式从成像过程的开始位置运动到成像过程的结束位置，并且在这种运动期间，x射线源13在多个短曝光时段的持续时间内被激励，同时压缩板16、17(并且在图2a中，还有检测器15)保持静止。在检测器15处检测的图像信息被存储，并且/或者被发送以供图像处理。在这种类型的构造中，常规防散射格栅的使用是不可能的，因为除了与格栅薄板的取向相平行的曝光角度以外，格栅也会在所有其它曝光角度下吸收一部分所需x射线量。

另一方面，在根据图2b的现有技术系统中，x射线源13按步进方式运动，从而对于每次曝光，x射线源停止在预定角位置处。在图2b中，示出了x射线源13的三个这样的静止曝光位置。

图3a和3b示出了当前乳房射线摄影成像发明的两个基本操作阶段。图3a可被视为示出了曝光阶段，并且图3b可被视为示出了系统的非曝光阶段、以及x射线源13的极端位置。在这些图中，x射线源13相对于竖直方向的这些极端位置指示系统的断层摄影角的宽度，而在图3a中，靠近x射线源13的竖直位置的两个位置、和乳房锁定装置16、17和检测器15的对应位置，描绘了根据本发明的系统的核心操作阶段，并且在图3b中描绘了本发明的某优选实施例的那些阶段。在图3a和3b中作为整体示出的本发明的实施例中，在曝光阶段期间(图3a)，压缩板16、17被布置成与x射线源13的运动同步地转动，而在非曝光阶段期间(图3b)，它们在相反方向上转动。在本发明的这个实施例中，检测器15被布置成与压缩板16、17一起转动。

根据本发明的x射线源13和压缩板16、17的同步运动使得有可能避免产生这样的运动伪像，当根据图2a的现有技术方法对乳房成像时，这样的运动伪像始终存在，其中，在曝光期间存在x射线源13与乳房之间的相互运动。与该方法相比，本发明也使得有可能使用较长的曝光时间，并且不必使用超强并因而较重的x射线源。

另一方面，因为在(每次)曝光的持续时间内不必停止x射线源13，所以整个成像过程所需要的时间将显著短于根据图2b的现有技术过程所需要的时间。

由于在3D乳房射线摄影中有多次曝光，所以在每个曝光时段期间仅在x射线源13的运动方向上反复转动压缩板16、17(并且在非曝光时段期间使它们保持静止)，总计将压缩板16、17转动例如比如说15度，这就病人而论会使成像过程不舒服。为了避免该问题，本发明的优选实施例包括这样的操作阶段：其间x射线源15不被激励(非照射时段)，并且压缩板16、17(和检测器15)在与x射线源13的运动方向相反的方向上转动。根据如图3b所示的本发明的优选实施例，压缩板16、17和检测器15被转动回到它们在前一照射时段开始时的初始位置。

压缩板16、17将转动的角度可被布置成是非常小的角度，并且非曝光时段要比曝光时段长，从而将有大量时间用于为随后的曝光时段建立稳定的启动状态。换句话说，根据本发明的优选实施例，将有用于反向转动乳房的大量时间，因为x射线源13不被激励的时段被布置成比它被激励的时段显著地长。想到具有典型现有技术乳房射线摄影设备和使用按5度间隔启动的12次曝光的例子，压缩板16、17可转动2度或甚至更小，这即使考虑到对于运动的加速和减速所需要的时间，也容易为反向转动留有足够的时间。

如图3a所示，在本发明的一个优选实施例中，在乳房被压紧在压缩板16、17之间，或锁定在为此目的而布置的其它装置中的同时，辐射源13和检测器15两者都绕乳房按相同的基本规则的角速度运动。

在实际中，关于如图3a和3b所示的实施例，必要的是，压缩板16、17、或所述用于乳房的其它锁定装置被布置成，最多从辐射源13的旋转中心转动短距离，因为在根据本发明的成像过程期间，不可能对于不同投影角度的照射重新定位病人。

根据本发明的具体优选实施例，首先，在每一个投影图像的曝光期间，压缩板16、17、或所述其它锁定装置与辐射源13的运动相同步地转动。因而，乳房在每个这样的照射时段期间，将相对于辐射源13保持静止。然后，第二，在照射时段之间，压缩板16、17被转回它们在前一照射时段开始时的位置。其结果是，锁定装置16、17将转动的总角度只需要与在一个投影图像的单个曝光期间创建运动同步所需要的转动角度一样小。这个角度可以被布置成例如小于2度，如0.5-2度，这对于病人的拉伸将是可容许的。因而，即使考虑到所需加速和减速，如讨论的那样，在例如，比如说50度的断层摄影角内按5度间隔拍摄图像的情况下，对于使锁定装置(例如，上部和下部压缩板16、17)返回到它们在曝光阶段开始时的初始位置也将仍然有大量时间。

更一般地说，在根据本发明的系统中，要成像的乳房被布置成锁定在锁定装置16、17中，并且在成像过程期间，x射线源13相对于要成像的乳房的位置运动，并且在x射线源13的多个角位置处开始的多个照射时段期间照射乳房。在成像过程期间，x射线源13连续地运动，并且在多个短照射时段期间照射乳房，并且在乳房正被照射的时段期间，锁定装置16、17与x射线源13的运动相同步地运动。关于根据本发明的乳房射线摄影设备，它包括本体部分11和布置到其上的x射线源13、图像检测器15、以及在x射线源13与图像检测器15之间的区域内的用于锁定乳房的装置16、17，x射线源13被布置成相对于所述锁定装置16、17的位置可运动。此外，该设备包括被布置成控制设备操作的控制系统。锁定装置16、17被布置成可转动的，并且锁定装置16、17和x射线源13的运动被布置成机动化的，并且x射线源的操作由所述控制系统控制，使得在成像过程期间，x射线源13连续地运动，并且乳房在多个短照射时段期间被照射，并且在照射时段期间，所述锁定装置16、17与x射线源13的运动同步地转动。

成像过程可以包括在第一次照射时段之前的阶段，其中，所述锁定装置16、17在与当与x射线源13的运动同步地运动时的方向相反的方向上转动。在任何数量的依次照射时段之间，可以有锁定装置16、17后退运动的时段。锁定装置16、17后退转动运动的长度(可能还有图像检测器15的后退转动运动的长度)或者可以与在曝光时段期间准确地相同，即锁定装置16、17可以运动回到其在前一曝光时段开始时的初始位置，或者后退运动可以比在前一曝光期间发生的运动短或长。后退运动的长度不必是在曝光期间的运动步幅的任何准确倍数。作为本发明的示范实施列，成像过程可以包括两个曝光时段的步幅，在这两个曝光时段之间，锁定装置16、17不在任何方向上转动，而是在这些曝光时段的第二个之后转动，后退运动将与在这两个曝光时段期间锁定装置16、17的总运动相对应。

在成像过程期间，x射线源13相对于乳房的极端位置可以被布置成组成几十度(如约50度)的断层摄影角。在一个优选实施例中，x射线源13的整个运动被布置成相对于竖直方向是对称的，即整个断层摄影角相对于竖直方向是约正负25度。优选地，x射线源13的运动被布置成跟随弯曲路径，如在典型的现有乳房射线摄影设备的情况下那样，而当使x射线源直线地运动时，也可以实现本发明的原理。

从另一个观点考虑角度，在曝光时段期间锁定装置16、17的微小单个转动角度相对于x射线源13的整体位移之间的比值可以被布置成1/10的量级。成像过程可以被布置成包括约11-15个曝光时段。

即使变化的乳房厚度和x射线源13的所需速度也可能影响最佳的实现，本发明的优选实施例包括使用包括钨阳极的x射线源13，并且具有适当的布置，如使用硒基成像检测器和特别是适当厚度的银过滤器以吸收不能够穿透乳房组织的那些低能x射线量，当与某些其它装备相比时，可导致减小的辐射剂量。在本发明的优选实施例的上下文中，可以使用50-100ms左右的用于投影图像的曝光时间，并且可以使用35-40kV左右(甚至高达45kV)的x射线管电压和约5mAs的成像参数值。关于约30-34的kV值，可以使用约10-13的mAs值。

本发明的一个优选实施例包括一种布置，在该布置中，在与锁定装置的功能连接中，布置有用于将组织拉入压缩板16、17之间的空间的装置。这样的装置可以被布置成包括例如如图4所示的布置，其中，上部和下部拉伸装置30与压缩板16、17两者成整体。拉伸装置30可以被布置成包括用于啮合和拉动拉伸装置(如塑料薄板31)的装置，从而在将乳房压缩在压缩板16、17之间一道，在定位乳房以用于成像时，乳房组织将被拉入在压缩板16、17之间。这样的布置在本发明的上下文中能够使用比在现有技术乳房射线摄影中典型使用的小约10％的压缩力，这使包括压缩和转动乳房的成像过程较方便。

本发明对于在乳房射线摄影中使用的所谓全场大小和较小成像检测器的上下文中使用，都是可用的。

Claims (20)

1.一种乳房射线摄影成像方法，其中，待成像的乳房被锁定地布置在乳房射线摄影设备的x射线源(13)与图像检测器(15)之间的区域内的锁定装置(16、17)中，并且其中，在成像过程期间，x射线源(13)相对于乳房的位置运动，并且在x射线源(13)相对于乳房的位置的多个角位置处照射乳房，其特征在于，在成像过程期间，x射线源(13)连续地运动，并且在多个短照射时段期间照射乳房，并且在照射时段期间，所述锁定装置(16、17)与x射线源(13)的运动同步地转动以跟随x射线源(13)的运动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一照射时段之前和/或在任何数量的以后的照射时段之间，也就是说，在乳房不被照射的时段期间，所述锁定装置(16、17)在与当与x射线源(13)的运动同步地转动时的方向相反的方向上转动。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在照射时段之后，并且在至少一个以后的照射时段之前，所述锁定装置(16、17)至少基本上转动回到其初始位置，即至少基本上转动回到其在前一个所述照射时段开始时的位置，其中，在所述照射时段期间，所述锁定装置(16、17)与x射线源(13)的运动同步地运动。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，成像过程包括多个照射时段，在这些照射时段期间，所述锁定装置(16、17)与x射线源(13)的运动同步地转动，并且在这样的照射时段以后的每个非照射时段期间，锁定装置(16、17)至少基本上转动回到其在前一个照射时段开始时的位置。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在照射时段期间锁定装置(16、17)的运动包括使锁定装置(16、17)转动2度或更小的角度。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在照射时段期间锁定装置(16、17)的运动包括使锁定装置(16、17)转动0.5-2度。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在成像过程期间x射线源(13)相对于乳房的极端角位置组成几十度的断层摄影角。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，x射线源(13)的整体运动被布置成相对于竖直方向对称。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，X射线源(13)的运动被布置成跟随绕乳房的弯曲路径。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

锁定装置(16、17)包括压缩板(16、17)，乳房在成像过程期间被压缩在所述压缩板(16、17)之间，和/或

布置拉伸装置(30、31)以用于将乳房组织拉入到锁定装置(16、17)之间。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在照射时段期间，依据乳房组织特性，通过使用包括钨阳极的x射线管的成像参数值来操作x射线源(13)，这些成像参数值是35-45kV和5mAs，或30-34kV和10-13mAs。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法包括11-15个照射时段，并且/或者在照射时段期间锁定装置(16、17)转动的角度与成像过程的总断层摄影角之间的比值小于1/10。

13.一种乳房射线摄影设备，包括本体部分(11)和布置到其上的x射线源(13)、图像检测器(15)、以及在x射线源(13)与图像检测器(15)之间的区域内的被布置成锁定乳房的锁定装置(16、17)，x射线源(13)被布置成能够相对于所述锁定装置(16、17)的位置运动，所述设备进一步包括被布置成控制设备的操作的控制系统，其特征在于，所述锁定装置(16、17)被布置成可转动的，并且锁定装置(16、17)和x射线源(13)的运动被布置成是机动化的，并且x射线源的操作由所述控制系统控制，使得在成像过程期间，x射线源(13)连续地运动，并且在多个短照射时段期间照射乳房，并且在照射时段期间，所述锁定装置(16、17)与x射线源(13)的运动同步地转动以跟随x射线源(13)的运动。

14.根据权利要求13所述的乳房射线摄影设备，其特征在于，控制系统被布置成控制设备的操作，从而在第一照射时段之前和/或在任何数量的以后的照射时段之间，也就是说，在乳房不被照射的时段期间，所述锁定装置(16、17)在与当与x射线源(13)的运动同步地转动时的方向相反的方向上转动。

15.根据权利要求13或14所述的乳房射线摄影设备，其特征在于，控制系统被布置成控制设备的操作，从而在照射时段之后，并且在至少一个以后的照射时段之前，所述锁定装置(16、17)至少基本上转动回到其初始位置，即至少基本上转动回到其在前一个所述照射时段开始时的位置，其中，在所述照射时段期间所述锁定装置(16、17)与x射线源(13)的运动同步地运动。

16.根据权利要求13或14所述的乳房射线摄影设备，其特征在于，控制系统被布置成控制设备的操作，从而有多个照射时段，在这些照射时段期间，所述锁定装置(16、17)与x射线源(13)的运动同步地转动，并且在这样的照射时段以后的每一个非照射时段期间，锁定装置(16、17)至少基本上转动回到其在这样的前一个照射时段开始时的位置。

17.根据权利要求13或14所述的乳房射线摄影设备，其特征在于，控制系统被布置成控制设备的操作，使得锁定装置(16、17)在照射时段期间转动2度或更小的角度。

18.根据权利要求13或14所述的乳房射线摄影设备，其特征在于，控制系统被布置成控制设备的操作，使得锁定装置(16、17)在照射时段期间转动0.5-2度。

19.根据权利要求13或14所述的乳房射线摄影设备，其特征在于，x射线源(13)的运动被布置成跟随绕在乳房锁定装置(16、17)中定位的乳房的弯曲路径。

20.根据权利要求13或14所述的乳房射线摄影设备，其特征在于，

锁定装置(16、17)包括压缩板(16、17)，乳房在成像过程期间被压缩在所述压缩板(16、17)之间，和/或

布置拉伸装置(30、31)以将乳房组织拉入到锁定装置(16、17)之间。