DE102006013024A1

DE102006013024A1 - System und Verfahren zur Bewegungs-und Angulationsprofilberücksichtigung bei der Tomosynthese

Info

Publication number: DE102006013024A1
Application number: DE102006013024A
Authority: DE
Inventors: Xianfeng Waukesha Ni; Baojun Waukesha Li; Xu Brookfield Zhang
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2006-09-28
Also published as: JP2006263466A; US20060215809A1

Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten Verfahren (500) und Systeme (10) für verbesserte Bewegungs- und Angulationsprofile bei der Tomosynthese. Das Verfahren (500) beinhaltet die Zuordnung eines Ziels (12) zu einer ersten (16) und einer zweiten Dimension oder Richtung. Es wird dann ein Röntgenstrahl (18) auf wenigstens einen Ausschnitt des Ziels (12) projiziert. Der Röntgenstrahl (18) weist einen Ursprung (80) an einer Position (58) bezüglich der ersten Richtung (16) auf. Der Röntgenstrahl (18) hat außerdem eine Strahlachse (34), eine Projektionsfläche (28) und einen Winkel PHI (20, 40), der den Winkelabstand zwischen der Strahlachse (34) und dem wenigstens einbezogenen Teil des Ziels (12) repräsentiert. Das Verfahren (500) beinhaltet außerdem das Variieren des Winkels PHI (20, 40), wenigstens teilweise auf Basis der Position (58) des Ursprungs (80) in erster Richtung (16). Der Winkel PHI (20, 40) wird variiert, um die Projektionsfläche (28) im Wesentlichen beizubehalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gegenstand der Erfindung ist allgemein die Tomosynthese. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf Angulations- und Bewegungsprofile in einem Tomosynthesesystem.

Zur Tomografie gehört, dass ein zweidimensionales Schnittbild (oder Tomogramm) eines dreidimensionalen Volumens erhalten wird. Heute existiert eine ganze Anzahl verschiedener tomografischer bildgebender Techniken, wie beispielsweise lineare Tomografie, computerisierte Axialtomografie (CT) und Positronenemissionstomografie (PET).

Eine relativ neue und vielversprechende tomografische bildgebende Technik ist die Tomosynthese. Die Tomosynthese gestattet die retrospektive Rekonstruktion einer willkürlichen Anzahl tomografischer Ebenen von Anatomien aus einem Satz von Projektionsbildern, die über eine Anzahl von Winkeln akquiriert worden ist. Im Vergleich zur konventionellen linearen Tomografie liefert die Tomosynthese eine erstklassige Bildqualität und verbesserte Tiefeninformation bei niedrigerer Röntgendosis. Die Bildqualität und die Tiefeninformation sind selbstverständlich wichtig bei der Diagnose eines Patienten. Zusätzlich ist die Tomosynthese relativ schnell und kosteneffizient.

1 veranschaulicht allgemein ein bildgebendes Tomosynthesesystem. In einem bildgebenden Tomosynthesesystem 10 ist ein Ziel oder Objekt 12 stationär während sich die Röntgenstrahlungsquelle 14 wenigstens entlang einer ersten Richtung 16 bewegt. Die erste Richtung 16 kann horizontal, vertikal oder entlang jeder Orientierung sein, die zur Tomosynthesebildgebung zweckmäßig ist. Bei einigen Aufbauten bewegt sich die Röntgenstrahlungsquelle 14 entlang zweier oder mehrerer Richtungen. Beispielsweise kann sich die Röntgenstrahlungsquelle 14 entlang eines Bogens bewegen. Wenn sich die Röntgenstrahlungsquelle 14 bewegt, wird ein Röntgenstrahl 18 auf das Ziel 12 mit einer Vielzahl von Winkeln oder Angulationen 20 projiziert. Der Röntgenstrahl 18 entspringt oder hat seinen Ursprung nahe der Röntgenstrahlungsquelle 14. Der Schnitt des Röntgenstrahls 18 und einer durch das Ziel 12 definierten Ebene bildet einen Röntgenprojektionsbereich 28. Das Ziel 12 kann ein Röntgenstrahlungsdetektor sein. Wenn ein Röntgenstrahlungsdetektor verwendet wird, kann dieser dahingehend digital ausgebildet sein, dass er digitale Bilder erzeugt. Digitale Röntgendetektoren haben gegenüber auf Röntgenfilm basierenden Detektoren Vorteile, jedoch können digitale Röntgendetektoren relativ teuer sein.

Unter Nutzung der in 1 veranschaulichten Technik kann eine Serie von Röntgenprojektionsbildern über eine Anzahl unterschiedlicher Winkel oder Angulationen 20 der Röntgenstrahlungsquelle akquiriert werden. Die Serie der Röntgenprojektionsbilder kann nachfolgend mit Bildverarbeitungstechniken verarbeitet werden, um planare Bilder zu rekonstruieren. Die resultierenden rekonstruierten planaren Bilder liefern ein hohes Maß von Klarheit und Strukturauflösung. Die Klarheit und Auflösung kann teilweise der Information zugerechnet werden, die in der Serie von Röntgenprojektionsbil dern enthalten ist, die über eine Anzahl von Angulationen akquiriert werden.

Bei der Durchführung der Röntgenbildgebung kann es wichtig sein, die Röntgenexposition zu beschränken. Beispielsweise ist die Röntgenexposition einer Person gegenwärtig durch die Food and Drug Administration in 21 C.F.R. 1020.30 vorgeschrieben. Es ist deshalb zu wünschen, überschüssige Röntgenstrahlung in bildgebenden Röntgensystemen zu reduzieren.

Beispielsweise kann sich bei einem Tomosynthesesystem überschüssige Röntgenstrahlung ergeben, wenn Teile des Projektionsbereichs 28 außerhalb des Targets oder Ziels 12 liegen. Wenn das Target ein Röntgendetektor ist, dann kann außerhalb des Detektors auftreffende Röntgenstrahlung nicht zur tomosynthetischen Bildgebung genutzt werden. Deshalb wird dieser Anteil der Röntgenstrahlung als für die tomosynthetische Bildgebung unwesentlicher Anteil betrachtet.

Die Größe des Röntgenstrahls 18 kann mit einem Kollimator justiert werden. Manche Kollimatoren können beispielsweise durch elektromechanische Systeme justiert werden. Einige dieser Kollimatoren haben zwei oder mehrere bewegliche Blenden, die die Röntgenstrahlgröße einstellen. Eine Bauart des Kollimators hat vier Blenden. Diese Blenden können bewegt werden, um die Größe des Röntgenstrahls 18 zu justieren. Der Querschnitt des justierten Röntgenstrahls kann verschiedene rechteckige Formen aufweisen. Außerdem sind andere Formen möglich. Beispielsweise kann ein Vierblatt-Kollimator dem Querschnitt des Röntgenstrahls die Form eines Polygons geben, das mehr als vier Seiten hat, wie beispielsweise ein Oktagon. Der Projektionsbereich 28 des Röntgenstrahls erhöht sich mit zunehmendem Abstand von der Röntgenstrahlungsquelle. Bei Be trieb des Tomosynthesesystems ist eine Vielzahl von Größen und Formen des Projektionsbereichs 28 möglich.

Weil beim Betrieb eines bildgebenden Tomosynthesesystems die Größe und die Form des Röntgenstrahlprojektionsbereichs 28 variiert, kann es vorteilhaft sein, die Größe des Röntgenstrahls 18 so zu justieren, dass der Projektionsbereich 28 im Wesentlichen innerhalb des Umfangs des Ziels 12 bleibt. Es gibt wenigstens zwei Gründe zur Nachstellung des Röntgenstrahls auf diese Weise. Zunächst werden Röntgenstrahlen, die nicht auf das Ziel 12 fallen, von dem bildgebenden System nicht erfasst und sind deswegen unnötig. Unnötige Röntgenstrahlen erhöhen die Größe der Röntgendosis, die von einem zu durchleuchtenden Objekt aufgenommen wird, ohne die Leistungsfähigkeit des Systems zu erhöhen. Auch können digitale Röntgendetektoren relativ teuer sein. Es mag deshalb zu bevorzugen sein, die Größe des Röntgenstrahls 18 zu justieren, um den Oberflächenbereich des Ziels 12 effizient zu nutzen.

Somit ergibt sich ein Bedarf für ein bildgebendes Tomosynthesesystem, bei dem der Röntgenstrahl entsprechend der Bewegung einer Röntgenstrahlungsquelle und Angulationen des Röntgenstrahls justiert werden kann. Zusätzlich gibt es einen Bedarf für ein bildgebendes tomosynthetisches System, bei dem der Röntgenstrahl so justiert werden kann, dass der Röntgenstrahl im Wesentlichen innerhalb der Grenzen eines Targets, wie beispielsweise eines digitalen Röntgendetektors auftrifft. Des Weiteren gibt es einen Bedarf für ein bildgebendes Tomosynthesesystem, bei dem der Röntgenstrahl justiert werden kann, um einen digitalen Röntgendetektor effizient zu nutzen, wenn er in Verbindung mit einem Tomosyntheseprojekionssystem benutzt wird.

KURZE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Ausführungsformen der Erfindung liefern ein System und ein Verfahren für Bewegungs- und Angulationsprofile bei der Tomosynthese. Nach einer Ausführungsform enthält das Tomosyntheseverfahren die Bestimmung eines Ziels. Das Ziel hat eine erste und eine zweite Dimension. Der Röntgenstrahl wird auf wenigstens einen Abschnitt des Ziels projiziert. Der Röntgenstrahl weist einen Ursprung auf und der Ursprung hat eine Position bezüglich der ersten Dimension. Der Röntgenstrahl weist außerdem eine Strahlachse, eine Projektionsfläche und einen Winkel Φ auf, der den Winkelabstand zwischen dem Ziel und dem Röntgenstrahl repräsentiert. Der Winkel Φ wird wenigstens teilweise auf Basis der Position des Strahlungsursprungs entlang der ersten Dimension bzw. Richtung variiert. Der Winkel Φ wird so variiert, dass der Röntgenstrahlungsprojektionsbereich im Wesentlichen beibehalten wird. (In der gesamten Beschreibung werden die Begriffe Dimension und Richtung synonym verwendet).

Bei einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Tomosyntheseverfahren außerdem die Variation des Winkels Φ wenigstens teilweise auf Basis einer Position des Ziels bezüglich der ersten Dimension, eines Abstands in einer dritten Dimension zwischen dem Ziel und dem Strahlungsursprung und einer Größe des Ziels in einer ersten Dimension.

In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens enthält das Ziel einen digitalen Röntgendetektor. Bei einer noch weiteren Ausführungsform bleibt der Projektionsbereich im Wesentlichen innerhalb der Grenzen des Ziels. In einer weiteren Ausführungsform entspricht der Projektionsbereich im Wesentlichen der Größe des Detektors in der ersten Dimension.

Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Tomosyntheseverfahren die Identifikation eines Ziels. Das Ziel hat eine erste und eine zweite Dimension. Auf wenigstens einen Abschnitt des Ziels wird Röntgenstrahlung projiziert. Der Röntgenstrahl weist eine Quelle auf und die Quelle hat eine Position bezüglich der ersten Dimension oder Richtung. Der Röntgenstrahl hat außerdem eine Strahlachse, einen Projektionsbereich und einen Winkel Φ, der den Winkelabstand zwischen dem Ziel und dem Röntgenstrahl repräsentiert. Der Röntgenstrahl weist außerdem einen Winkel γ auf, der die Röntgenstrahlbreite bezüglich der ersten Dimension repräsentiert. Die Röntgenquellenposition wird in der ersten Richtung variiert. Der Winkel Φ wird wenigstens teilweise auf Basis der in der ersten Richtung zu bestimmenden Position der Quelle variiert. Der Winkel Φ wird dabei so variiert, dass der Röntgenstrahlprojektionsbereich im Wesentlichen unverändert bleibt. Der Winkel γ wird wenigstens teilweise auf Basis der in der ersten Dimension zu messenden Position der Quelle variiert. Der Winkel γ wird dabei so variiert, dass der Röntgenstrahlprojektionsbereich im Wesentlichen unverändert bleibt.

Bei einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Tomosyntheseverfahren außerdem die Variation des Winkels Φ wenigstens teilweise auf Basis der Position des Ziels bezüglich der ersten Richtung, des Abstandes zwischen dem Ziel und dem Ursprung in der dritten Richtung und der Größe des Ziels in der ersten Richtung.

Bei einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Tomosyntheseverfahren außerdem die Variation des Winkels γ we nigstens teilweise auf Basis der Position des Ziels gemessen in der ersten Richtung, des Abstands zwischen dem Ziel und dem Ursprung gemessen in einer dritten Richtung und der Größe des Ziels gemessen in der ersten Richtung.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren außerdem einen Röntgenstrahl mit einem Winkel α nutzen, der die Röntgenstrahlbreite entlang einer zweiten Richtung repräsentiert. In noch einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren den Schritt enthalten, dass der Winkel α wenigstens teilweise auf Basis der Winkel Φ und γ variiert wird, so dass die Röntgenstrahlungsprojektion im Wesentlichen konstant gehalten wird. Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird der Winkel α wenigstens teilweise auf Basis der Größe des Ziels in einer dritten Richtung sowie des Abstands zwischen der Quelle und dem Ziel in der dritten Richtung variiert.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren außerdem die Anpassung der Größen l und w des Projektionsbereichs enthalten, die Größen in der ersten bzw. zweiten Richtung repräsentieren. Die Größe l kann in Bezug auf den Winkel γ und den Quellen-Bild-Abstand SID variiert werden, der den Abstand zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Sensor oder Ziel repräsentiert. Die Größe w kann in Bezug auf die Winkel Φ und γ sowie die Größe l justiert werden. Bei einer weiteren Ausführungsform enthält das Ziel einen digitalen Röntgendetektor und der Projektionsbereich verbleibt im Wesentlichen innerhalb der Grenzen des Ziels.

Nach einer Ausführungsform wird ein System zur Durchführung der Tomosynthese geschaffen, das eine Röntgenstrahlungsquelle aufweist, die in der Lage ist, einen Röntgenstrahl auszusenden. Der Röntgenstrahl weist eine Strahlachse, eine Strahlbreite, eine Projektionsfläche und einen Winkel γ auf, der die Strahlbreite in einer ersten Richtung repräsentiert. Das System hat außerdem ein Ziel mit Zielgrenzen. Zugehörig ist außerdem ein erstes Bewegungsteilsystem zur Bewegung der Röntgenstrahlungsquelle entlang eines Wegabschnitts in der ersten Richtung in eine erste Position. Außerdem ist ein zweites Bewegungsteilsystem vorgesehen, um einen Winkel Φ zu justieren, der den Winkelabstand zwischen der Strahlachse und dem Ziel repräsentiert. Das System enthält weiter wenigstens einen Kollimator, der in der Lage ist, den Winkel γ wenigstens teilweise auf Basis der Position der Röntgenstrahlungsquelle in erster Richtung so zu variieren, dass der Projektionsbereich im Wesentlichen innerhalb der Grenzen des Ziels verbleibt.

Bei einer weiteren Ausführungsform enthält das Tomosyntheseverfahren außerdem die Variation des Winkels Φ wenigstens teilweise auf Basis der Position des Ziels in der ersten Richtung, des Abstands zwischen dem Ziel und dem Strahlungsursprung in dritter Richtung und der Größe des Ziels in erster Richtung.

Bei noch einer anderen Ausführungsform enthält das Tomosyntheseverfahren außerdem die Variation des Winkels γ wenigstens teilweise auf Basis der Position des Ziels in der ersten Richtung, des Abstands zwischen dem Ziel und dem Ursprung in der dritten Richtung und der Größe des Ziels in erster Richtung oder Dimension.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform berücksichtigt das Verfahren außerdem einen Winkel α des Röntgenstrahls, der die Röntgenstrahlbreite in einer zweiten Richtung repräsentiert. In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren den Schritt enthalten, dass der Winkel α wenigstens teilweise auf Basis der Winkel Φ und γ variiert wird, so dass der Röntgenstrahlungsprojektionsbereich im Wesentlichen unverändert bleibt. Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Winkel α wenigstens teilweise auf Basis der Größe des Ziels in zweiter Richtung und des Abstands zwischen der Quelle und dem Ziel in dritter Richtung variiert. In einer weiteren Ausführungsform enthält das Ziel einen digitalen Röntgendetektor.

KURZE BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein bildgebendes Tomosynthesesystem.
2 veranschaulicht eine Röntgenstrahlgeometrie.
3 veranschaulicht eine Röntgenstrahlgeometrie, die für ein bildgebendes Tomosynthesesystem repräsentativ ist, das entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
4 veranschaulicht eine Röntgenstrahlprojektionsgeometrie, die für ein bildgebendes Tomosynthesesystem repräsentativ ist und gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
5 veranschaulicht ein Flussbild für ein Tomosyntheseverfahren, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
2 veranschaulicht eine für einen Röntgenstrahl 18 repräsentative Geometrie. Der Röntgenstrahl 18 geht von einem Ursprung 80 aus. Der Röntgenstrahl 18 weist eine Projektionsfläche 28 auf. 2 veranschaulicht eine rechteckige Projektionsfläche 28, jedoch kann die Röntgenstrahlprojektionsfläche 28 andere Formen aufweisen, wie beispielsweise achteckig, trapezförmig oder kreisförmig. Der Röntgenstrahl 18 weist außerdem eine Strahlachse 34 und zwei Strahlweitenwinkel Alpha α 22 und Gamma γ 24 auf. Die Projektionsfläche 28 hat eine Breite w 30 und eine Länge l 32. Die Strahlweitenwinkel 22 und 24 können durch einen Kollimator einstellbar sein, der in 2 nicht veranschaulicht ist. Mit zunehmendem Abstand von der Quelle (Source-to-Image-Distance, SID) gemessen in einer Richtung 26 vergrößert sich die Projektionsfläche 28 des Röntgenstrahls 18.
Die Gleichungen (1) und (2) beschreiben bestimmte geometrische Beziehungen zwischen α, γ, w, l und SID:
Die Gleichungen (1) und (2) können nach l und w aufgelöst werden, was die Gleichungen (3) und (4) ergibt: l = 2 × SID × tan γ (3)
3 veranschaulicht eine Geometrie, die bildgebende Tomosynthesesysteme repräsentiert. Auf 1 zurückgreifend nutzt das bildgebende Tomosynthesesystem 10 einen Röntgenstrahl 18, der sich über einen Bereich von Angulationen 20 in Bezug auf das stationäre Ziel 12 bewegt. Nunmehr zurück bei 3 kann die Angulation 20 durch einen Winkel Phi Φ 40 repräsentiert werden. Der Winkel Φ 40 repräsentiert einen Winkelabstand zwischen der Röntgenstrahlungsachse 34 und einer Richtung 42, die senkrecht auf dem Röntgendetektor steht und die ebenso als dritte Dimension oder Richtung beschrieben werden kann.
Wenn der Winkel Φ 40 nicht 0° ist, bildet der Röntgenstrahl 18 einen Projektionsbereich 28 aus, der trapezförmig ist. Außerdem ändern sich Größe und Form der Projektionsfläche 28 mit Veränderungen des Winkels Φ 40 und Veränderungen der Position der Röntgenstrahlungsquelle 14 in oder entlang der ersten Richtung oder Dimension 16.
Die Strahlweite Gamma γ 24 beschreibt einen Winkelabstand des Röntgenstrahls 18 in erster Richtung. Der Strahlweitenwinkel Alpha α 22 repräsentiert einen Winkelabstand des Röntgenstrahls 18 in zweiter Richtung. Der Abstand d 26 repräsentiert einen Abstand zwischen einer Röntgenstrahlungsquelle 14 und der Position des Ziels 12 in dritter Richtung 42. Ein Quellen-Bild-Abstand SID 74 repräsentiert den Abstand zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Ziel 12. Der SID 74 kann durch die folgende geometrische Beziehung beschrieben werden:
4 veranschaulicht eine Geometrie mit Bezug auf eine erste Dimension und eine zweite Dimension, die bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genutzt wird. Die Röntgenstrahlungsquellenposition (x_s, y_s) 58 ist veranschaulicht. Die Position 58 der Röntgenstrahlungsquelle hat außerdem eine Koordinate in der dritten Richtung 42, die in 3, nicht jedoch in 4 veranschaulicht ist. Zwischen dem Schnitt des Röntgenstrahls 18 (veranschaulicht in 3) und einer durch das Ziel 12 definierten Ebene ist eine Röntgenstrahlprojektionsfläche 28 definiert. Das Ziel 12 kann beispielsweise ein digitaler Röntgendetektor sein. Wenn der Röntgenstrahl 18 rechteckig ist, ist die Projektionsfläche 28 trapezförmig.
Die Projektionsfläche 28 hat eine erste Seite 60 und eine zweite Seite 62. Wie in 3 veranschaulicht, ist die „fettere" oder breitere Seite der trapezförmigen Projektionsfläche 28 an der zweiten Seite 62 anzutreffen. Wenn sich der Winkel Φ 40 von einem positiven auf einen negativen Wert ändert (oder umgekehrt), ändert die trapezförmige Projektionsfläche 28 ihre Form, wie in 3 veranschaulicht. Eine Position x₁ 50 repräsentiert den Abstand in erster Richtung zwischen der Röntgenstrahlenquellenposition 58 und der ersten Seite 60 der Projektionsfläche 28. Eine Position x₂ 52 repräsentiert den Abstand in der ersten Richtung zwischen der Röntgenstrahlungsquellenposition 58 und der zweiten Seite 62 der Projektionsfläche 28. Eine Position x_d 64 repräsentiert eine Position in erster Richtung des Zentrums des Ziels 12. Die Größe D_l 70 repräsentiert die Größe des Ziels 12 in erster Richtung, was alternativ als eine Längendimension beschrieben werden kann. Die Größe D_w 72 repräsentiert die Größe des Ziels 12 in einer zweiten Richtung, die alternativ als Breitendimension beschrieben werden kann. Mit Blick auf die 3 und 4 können die Positionen x₁ und x₂ durch Gleichung (6) beschrieben werden:
Die Position y₁ 54 repräsentiert den Abstand in zweiter Richtung zwischen der Röntgenstrahlungsquellenposition 58 und einer Ecke der ersten Seite 60 der Projektionsfläche 28. Die Position y₂ 56 repräsentiert den Abstand in zweiter Richtung zwischen der Röntgenstrahlungsquellenposition 58 und einer Ecke der zweiten Seite 62 der Projektionsfläche 28. Die Positionen y₁ und y₂ können durch Gleichung (7) beschrieben werden:
Damit die Röntgenstrahlungsprojektionsfläche 28 bezüglich der ersten Richtung in die Grenzen des Ziels 12 fällt, kann eine durch Gleichung (8) repräsentierte Annahme genutzt werden:
Wenn das Ziel 12 beispielsweise ein digitaler Röntgendetektor ist, hat die durch Gleichung (8) repräsentierte Annahme den zusätzlichen Vorzug, dass der digitale Röntgendetektor in erster Richtung effizient ausgenutzt wird. Mit anderen Worten, die Annahme nach Gleichung (8) repräsentiert eine Röntgenstrahlprojektion in erster Richtung, die den digitalen Röntgendetektor in der ersten Richtung im Wesentlichen abdeckt oder vollständig ausnutzt.
Gleichung (9) kann durch Auflösung der Gleichungen (6) und (8) nach dem Winkel Φ 40 erhalten werden.
Gleichung (10) kann durch Auflösung der Gleichungen (6) und (8) nach dem Winkel γ 24 erhalten werden.
Gleichung (11) repräsentiert ein Winkelgeschwindigkeitsprofil für den Winkel Φ 40 und kann erhalten werden, indem die Winkelposition des Winkels Φ 40, wie sie durch die Gleichung (9) beschrieben wird, abgeleitet wird.
Mit Blick auf die 3 und 4 wird klar, dass y₁, wenn der Winkel Φ 40 positiv ist, größer als y₂ ist und dass y₁ kleiner als y₂ ist, wenn der Winkel Φ 40 negativ ist. Mit anderen Worten, die „fettere" Seite des Trapezes wechselt seine Seite, wenn der Winkel Φ 40 vom positiven zum negativen oder vom negativen zum positiven geht. Damit die Röntgenstrahlungsprojektionsfläche 28 bezüglich der zweiten Richtung in die Grenzen des Ziels 12 fällt, kann eine Annahme gemacht werden: ein Maximalwert von y₁ oder y₂ soll nicht die halbe Größe des Detektors – oder D_w/2 überschreiten. Wenn das Ziel 12 beispielsweise ein digitaler Röntgendetektor ist, dann kann es vorteilhaft sein, einen Maximalwert von y₁ oder y₂ anzunehmen, der gleich D_w/2 ist. Wenn der Maximalwert von y₁ oder y₂ im Wesentlichen gleich D_w/2 ist, kann ein digitaler Röntgendetektor effizient ausgenutzt werden. Wenn die oben diskutierten Annahmen auf Gleichung (7) angewendet werden, ergeben sich die folgenden Gleichungen (12), (13) und (14).
tan(α) = Dw·cos(|ϕ| – γ)/(2d) (13) α = arctan(Dw·cos(|ϕ| – γ)/(2d)) (14)
Die Menge der Gleichungen (9), (10) und (14) repräsentiert einen Satz von Angulationen für Φ, α und γ während der Tomosynthese. Indem das Verhalten eines Tomosynthesesystems auf die Annahmen beschränkt wird, die durch die Gleichungen (8) und (12) repräsentiert werden, können die Angulationen erhalten werden, die durch die Gleichungen (9), (10) und (14) zu erhalten sind.
Ein Tomosynthesesystem, das Systemangulationen für Φ, α und γ wenigstens teilweise auf Basis der Gleichungen (9), (10) und (14) justiert, kann eine Röntgenprojektionsfläche 28 effizient auf ein Ziel 12 projizieren. Zusätzlich können die Gleichungen (9), (10) und (14) ein Tomosynthesesystem dabei unterstützen, eine Röntgenprojektionsfläche 28 so zu projizieren, dass die Projektionsfläche 28 innerhalb der Grenzen des Ziels 12 verbleibt. Wenn das Ziel beispielsweise ein digitaler Röntgendetektor ist, können die Gleichungen (9), (10) und (14) dazu genutzt werden, die Oberfläche eines digitalen Röntgendetektors effizient auszunutzen.
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm für ein Tomosyntheseverfahren, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In Schritt 110 wird ein Ziel identifiziert. In Schritt 120 wird von der Strahlungsquelle ein Röntgenstrahl wenigstens auf einen Teil des Ziel projiziert. Der Röntgenstrahl hat einen Winkel Φ der dem Winkelabstand zwischen der Röntgenstrahlachse und dem Ziel repräsentiert. Der Röntgenstrahl hat außerdem einen Winkel γ, der die Strahlbreite in erster Richtung repräsentiert. Der Röntgenstrahl kann außerdem einige zusätzliche Winkel haben. In Schritt 130 wird die Position der Röntgenstrahlungsquelle in erster Richtung variiert. In Schritt 140 wird der Winkel Φ so variiert, dass die Röntgenstrahlprojektionsfläche im Wesentlichen unverändert bleibt. In Schritt 150 wird der Winkel γ so variiert, dass die Röntgenstrahlprojektionsfläche im Wesentlichen unverändert bleibt. Schritt 150 ist optional.
Die hier geoffenbarten Ausführungsformen können zweckmäßig dazu genutzt werden, die Techniken zur Bildzusammenfügung und Autopositonierung zu verbessern. Bildzusammenfügung ist eine Technik zur Bildgebung an einem Bereich der größer ist als eine Detektorgröße. Bei der Bildzusammenführung (Image Pasting) ist der Detektor beweglich. Es werden an verschiedenen Detektororten verschiedene Bilder erzeugt. Die Bilder werden dann zusammengefügt. Beispielsweise wird es unter Nut zung der Bildzusammenfügung möglich, ein einziges Bild der gesamten Wirbelsäule zu erzeugen, wobei lediglich ein Flächendetektor mit 41 cm Größe verwendet wird. Der Durchschnittsfachmann erkennt, dass die hier geoffenbarten Techniken für die Bildzusammenfügung vorteilhaft sind.
Autopositionierung ist eine Technik, die Bediener einer bildgebenden Röntgeneinrichtung dabei unterstützt, eine Röntgenröhre akkurat zu positionieren. An Stelle einer manuellen Positionierung einer Röntgenröhre kann die Autopositionierung Motoren oder andere automatisierte Bewegungsteilsysteme nutzen, um die Röhre an einen zur Bildgebung geeigneten Ort zu positionieren. Wie der Fachmann erkennt, sind die hier geoffenbarten Techniken zur Autopositionierung zweckmäßig.
Somit liefern bestimmte Ausführungsformen ein System und ein Verfahren zur Justierung eines Röntgenstrahls entsprechend der Bewegung einer Röntgenquelle. Gewisse Ausführungsformen erbringen ein System und ein Verfahren zur Justierung eines Röntgenstrahls gemäß der Bewegung einer Röntgenstrahlungsquelle und gemäß Systemangulationen. Manche Ausführungsformen schaffen ein System und ein Verfahren zur Justage eines Röntgenstrahls, so dass er im Wesentlichen innerhalb der Grenzen eines Ziels, wie beispielsweise eines digitalen Röntgendetektors, auftrifft. Gewisse Ausführungsformen schaffen ein System und ein Verfahren zur Justierung eines Röntgenstrahls, um einen nutzbaren Oberflächenbereich eines Ziels, wie beispielsweise eines digitalen Röntgendetektors, effizient auszunutzen. Gewisse Ausführungsformen können sich auf andere Funktionen, wie beispielsweise die Bildzusammenfügung, die Autoverfolgung oder die Autopositionierung sowie die Sichtfeldzentrierung erstrecken.
Ausführungsformen der vorliegenden beinhalten Verfahren 500 und Systeme 10 für verbesserte Bewegungs- und Angulationsprofile bei der Tomosynthese. Das Verfahren 500 beinhaltet die Zuordnung eines Ziels 12 zu einer ersten 16 und einer zweiten Dimension oder Richtung. Es wird dann ein Röntgenstrahl 18 auf wenigstens einen Ausschnitt des Ziels 12 projiziert. Der Röntgenstrahl 18 weist einen Ursprung 80 an einer Position 58 bezüglich der ersten Richtung 16 auf. Der Röntgenstrahl 18 hat außerdem eine Strahlachse (34), eine Projektionsfläche 28 und einen Winkel Φ (20, 40), der den Winkelabstand zwischen der Strahlachse 34 und dem wenigstens einbezogenen Teil des Ziels 12 repräsentiert. Das Verfahren 500 beinhaltet außerdem das Variieren des Winkels Φ (20, 40), wenigstens teilweise auf Basis der Position 58 des Ursprungs 80 in erster Richtung 16. Der Winkel Φ (20, 40) wird variiert, um die Projektionsfläche 28 im Wesentlichen beizubehalten.
Während die Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Äquivalente oder Substitutionen genutzt oder vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen an der Lehre der Erfindung vorgenommen werden, um eine Anpassung an spezielle Situationen oder Materialien vorzunehmen, ohne den Bereich de Erfindung zu verlassen. Deshalb ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die hier speziell beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern die Erfindung umfasst vielmehr alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche fallen.

TEILELISTE

10: Tomosynthesesystem
12: Target
14: Röntgenquelle
16: erste Richtung bzw. Dimension
18: Röntgenstrahl
20, 40: Winkel Φ
22: Winkel α
24: Winkel γ
26: Abstand d
28: Projektionsfläche
30: Breite w
32: Länge l
34: Röntgenstrahlachse
50: Position x1
52: Position x2
54: Position y1
56: Position y2
58: Position der Röntgenstrahlungsquelle in erster
: Richtung
60: erste Seite der Projektionsfläche
62: zweite Seite der Projektionsfläche
64: Position xd
70: Targetlänge
72: Targetbreite
80: Röntgenstrahlungsursprung
Figur 5: Flussdiagramm

Claims

Verfahren (500) zur Tomosynthese, bei dem: ein Ziel (12) zugeordnet wird, wobei das Ziel (12) eine erste Dimension in einer ersten Richtung und eine zweite Dimension in einer zweiten Richtung aufweist, ein Röntgenstrahl (18) auf einen ersten Abschnitt des Ziels (12) projiziert wird, wobei der Röntgenstrahl (18) einen Ursprung (80) in einer Position bzgl. der ersten Richtung (16), eine Strahlachse (34), eine Projektionsfläche (28) und einen Winkel Φ (20, 40) aufweist, der einen Winkelabstand zwischen der Strahlachse (34) und dem wenigstens in Bezug genommenen Abschnitt des Ziels (12) repräsentiert, der Winkel Φ (20, 40) wenigstens teilweise auf Basis der Position in erster Richtung (16) des Ursprungs (80) verändert wird, um die Projektionsfläche (28) im Wesentlichen beizubehalten.
Verfahren (500) nach Anspruch 1, bei dem
wobei x_s (58) die Position des Ursprungs (80) in erster Richtung (16), x_d (64) die Position des Ziels (12) in erster Richtung, d(26) einen Abstand in dritter Richtung (42) zwischen dem Ursprung (80) und dem Ziel (12) und D_l (70) die Größe des Ziels (12) in erster Richtung (16) ist.
Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei das Ziel (12) einen digitalen Röntgendetektor enthält.
Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei die Projektionsfläche (28) im Wesentlichen D_l (70) entspricht.
Verfahren (500) zur Tomosynthese, bei dem: ein Ziel (12) festgelegt wird, wobei das Ziel (12) eine erste Dimension (16) in erster Richtung und eine zweite Dimension in zweiter Richtung aufweist, auf wenigstens einen Abschnitt eines Ziels (12) ein Röntgenstrahl (18) projiziert wird, wobei der Röntgenstrahl (18) eine Quelle (14), eine Strahlachse (34), eine Projektionsfläche (28), einen Winkel Φ (20, 40), der einen Winkelabstand zwischen der Strahlachse (34) und wenigstens einem Abschnitt des Ziels (12) repräsentiert, und einen Winkel γ (24) aufweist, der eine Röntgenstrahlbreite (32) in erster Richtung oder Dimension (16) repräsentiert, eine Position der Röntgenstrahlungsquelle (58) in der ersten Richtung (16) variiert wird und der Winkel γ (24) und der Winkel Φ (20, 40) wenigstens teilweise auf Basis der Position (58) entlang der ersten Richtung (16) der Röntgenstrahlungsquelle (14) variiert wird, um die Projektionsfläche (28) im Wesentlichen beizubehalten.
Verfahren (500) nach Anspruch 5, bei dem
wobei x_s (58) die Position der Quelle (14) in erster Richtung (16), x_d (64) die Position des Ziels (12) in erster Richtung (16), d(26) den Abstand zwischen dem Ursprung (80) und dem Ziel (12) in dritter Richtung (42) und D_l (70) die Größe des Ziels (12) in der ersten Richtung (16) repräsentieren.
Verfahren (500) nach Anspruch 6, bei dem:
wobei x_s (58) die Position der Quelle (14) in erster Richtung (16) repräsentiert, x_d (64) die Position des Ziels (12) in erster Richtung (16) repräsentiert, d(26) den Abstand zwischen des Ursprungs (80) und dem Ziel (12) in dritter Richtung repräsentiert und D_l (70) die Größe des Ziels (12) in erster Richtung (16) repräsentiert.
Verfahren (500) nach Anspruch 6, wobei der Röntgenstrahl (18) außerdem einen Winkel α (22) aufweist, der die Röntgenstrahlweite in zweiter Richtung repräsentiert.
Verfahren (500) nach Anspruch 8, bei dem außerdem der Schritt vorgesehen ist, dass der Winkel α (22) wenigstens teilweise auf Basis des Winkels Φ (20, 40) und des Winkels γ (24) variiert wird, um die Projektionsfläche (28) im Wesentlichen beizubehalten.
Verfahren (500) nach Anspruch 9, bei dem α = arctan(Dw·cos(|ϕ| – γ)/(2d))wobei D_w (72) die Größe des Ziels (12) in zweiter Richtung repräsentiert und d(26) den Abstand zwischen der Quelle (14) und dem Ziel (12) in dritter Richtung (42) repräsentiert.