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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Obwohl
die Tomosynthese über
diese beträchtlichen
Vorteile verfügt,
weisen die im Zusammenhang mit der Tomosynthese verwendeten Techniken
auch Nachteile auf.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben erwähnten
und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung erschließen sich
nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung
mit den Zeichnungen:
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1 zeigt eine schematische
Ansicht eines exemplarischen Bildgebungssystems in Form eines Tomosynthese-Systems
zum Scannen eines Objekts, gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine schematische
Ansicht einer physikalischen Verwirklichung des Tomosynthese-Systems
nach 1;
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3 zeigt eine Draufsicht
auf ein herkömmliches
Tomosynthese-System und mit diesem verbundene Probleme;
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4 zeigt eine Draufsicht
auf ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Techniken, die dazu dienen, das in 3 veranschaulichte Problem zu lösen;
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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;
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6 zeigt eine Sammlung von
Draufsichten auf mehrere Abtastrichtungen der Röntgenstrahlenquelle, gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung; und
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7 zeigt eine Reihe von Drauf
sichten auf Erfassungspunkte durch den Detektor, gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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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.
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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.
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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.
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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 gere gelt/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.
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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.
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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.
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Der
Rechner 36 ist gewöhnlich
mit dem Systemcontroller 24 verbunden. Die durch das Datenerfassungssystem 34 gesam melten
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.
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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.
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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.
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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.
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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 μm × 200 μm 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 Ausführungs beispiel
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.
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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.
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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 typi scherweise verwendet,
um die Rekonstruktion an diesen Daten durchzuführen, um die Ausgangsbilder
zu reproduzieren.
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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.
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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.
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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.
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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 kur zen 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.
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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.
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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.
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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
defi niert 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.
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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 De tektors 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.