DE102008050571A1

DE102008050571A1 - Tomosynthesegerät und Verfahren zum Betrieb eines Tomosynthesegerätes

Info

Publication number: DE102008050571A1
Application number: DE102008050571A
Authority: DE
Inventors: Jasmina Ludwig; Thomas Dr. Mertelmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-15
Also published as: US20100091940A1; US8031834B2

Abstract

Das Tomosynthesegerät (2) weist eine Röntgenquelle (4) auf, die ein von einem Fokus (6) ausgehendes Röntgenstrahlbündel (8) erzeugt, welches von einem Flächendetektor (12) empfangen wird. Zur Einstellung eines Tomosynthesewinkels (alpha) ist die Lage der Mittelachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) der Röntgenquelle (4) veränderbar. Im Strahlengang zwischen dem Fokus (6) und dem Flächendetektor (12) ist eine Kollimatorblende (14) angeordnet, deren Blendenöffnung (30) die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) begrenzt, wobei Form und Größe der Blendenöffnung (30) von dem Tomosynthesewinkel (alpha) derart abhängig sind, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tomosynthesegerät und ein Verfahren zum Betrieb eines Tomosynthesegerätes, wie es beispielsweise aus der DE 10 2006 024 413 A1 hervorgeht.
Bei der Tomosynthese handelt es sich um ein röntgenbasiertes 3D-Bildgebungsverfahren, welches insbesondere in der Mammographie eingesetzt wird. Durch stetige Verbesserung wird angestrebt, Röntgenbilder mit hoher Aussagekraft zu erzeugen, um gutartige von bösartigen Veränderungen zu unterscheiden und die Zahl der fehlerhaften Befunde, d. h. die Zahl der verdächtigen Befunde, die von nicht bösartigen Veränderungen hervorgerufen sind und die Zahl der nichtentdeckten bösartigen Tumore, zu reduzieren.
Bei der konventionellen Mammographie wird ein zweidimensionales Einzelbild der komprimierten Brust erzeugt. Bei der Tomosynthese der Brust werden aus verschiedenen Richtungen einzelne Projektionen aufgenommen, wodurch ein tomosynthetischer Bilddatensatz erzeugt wird. Die Projektionen werden durch Bildrekonstruktionsverfahren zu einem tomosynthetischen 3D-Röntgenbild verrechnet. Auf diese Weise können auch Strukturen entdeckt und untersucht werden, die sich bei der konventionellen Mammographie, die aus lediglich einem aus einer einzigen Projektionsrichtung aufgenommenes Röntgenbild besteht, gegenseitig verdecken. Tomosynthetische Untersuchungen werden auf verschiedenen Gebieten der Medizin eingesetzt.
Zur Aufnahme eines tomosynthetischen Bilddatensatzes wird das Untersuchungsobjekt, beispielsweise die Brust, aus einer Vielzahl von verschiedenen Richtungen beleuchtet, wobei die einzelnen Projektionen aufgenommen werden. Die verschiedenen Richtungen, unter denen das Untersuchungsobjekt zu Aufnahme der einzelnen Projektionen beleuchtet wird, werden durch ei nen sogenannte Tomosynthesewinkel charakterisiert. Die verschiedenen Durchstrahlungsrichtungen bzw. Tomosynthesewinkel werden dadurch erreicht, dass eine Röntgenquelle innerhalb eines beschränkten Winkelbereichs, z. B. ausgehend von einer Mittelposition um ±20° um das Untersuchungsobjekt geschwenkt wird. Die Bewegung der Röntgenquelle kann dabei, wie bei der tomosynthetischen Untersuchung der Brust üblich, in einer Ebene senkrecht zur Ebene des Röntgendetektors erfolgen. Üblicherweise erfolgt die Bewegung des Röntgenfokus dabei im Wesentlichen entlang einer Geraden oder entlang eines Kreisbogens. Bei der sogenannten zirkularen Tomosynthese wird die Röntgenquelle in einer parallel zur Detektorebene orientierten Ebene bewegt. Der Röntgenfokus folgt dabei beispielsweise einer Kreisbahn.
Der Röntgendetektor, in der Regel ein Flächendetektor, zum Empfang des von der Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels bleibt bei der Bewegung der Röntgenquelle im Wesentlichen ortsfest, d. h. der Röntgendetektor bleibt tatsächlich ortsfest oder wird lediglich geringfügig gegenläufig zur Bewegung der Röhre mitbewegt.
Das von der Röntgenquelle ausgehende Röntgenstrahlbündel wird mit Hilfe einer Kollimatorblende soweit eingeschränkt, dass die Ausleuchtung des Flächendetektors optimal ist. Die Ausleuchtung wird dann als optimal angesehen, wenn seine gesamte Detektorfläche genutzt, d. h. ausgeleuchtet wird. Das Strahlenfeld am Ort des Detektors entspricht also im Wesentlichen der Detektorfläche. Aus Strahlenschutzgründen ist es abzulehnen, dass ein Teil des Strahlenbündel den Detektor seitlich verfehlt. Eine solche Situation soll als Überstrahlung bezeichnet werden.
Bei herkömmlichen Röntgengeräten wird die Kollimatorblende oftmals per Hand in ein dafür vorgesehenes Fach oder einen Schlitz gelegt bzw. gesteckt. Als Kollimatorblende wird in der Regel eine kleine Metallplatte verwendet, in die eine festgelegte Kollimatorblendenöffnung eingestanzt oder gefräst ist.
Die Kollimation des Röntgenstrahlbündels ist bei der Tomosynthese, bei der die Röntgenquelle gegenüber dem Detektor bewegt wird, bisher wenig zufriedenstellend gelöst. So ist unter verschiedenen Tomosynthesewinkeln sowohl eine unzureichende Ausleuchtung der Detektorfläche als auch Überstrahlung des Detektors beobachtet worden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Tomosynthesegerät sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Tomosynthesegerätes anzugeben, bei dem die Ausleuchtung des Detektors verbessert ist.
Vorrichtungsbezogen wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Tomosynthesegerät mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Verfahrensbezogen wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Tomosynthesegerätes mit den Merkmalen nach Anspruchs 14.
Das erfindungsgemäße Tomosynthesegerät weist eine Röntgenquelle auf, die ein von einem Fokus ausgehendes Röntgenstrahlbündel erzeugt, welches von einem Flächendetektor empfangen wird. Zur Einstellung eines Tomosynthesewinkels ist die Lage der Mittenachse des Röntgenstrahlbündels der Röntgenquelle veränderbar. Im Strahlengang zwischen dem Fokus und dem Flächendetektor ist eine Kollimatorblende angeordnet, deren Blendenöffnung die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels am Ort des Flächendetektors begrenzt. Form und Größe der Blendenöffnung sind von dem Tomosynthesewinkel derart abhängig, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels am Ort des Flächendetektors im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.
Unter einem Tomosynthesegerät wird allgemein ein Röntgengerät zur Durchführung eines röntgenbasierten 3D-Bildgebungsverfahrens verstanden. Wobei in Abgrenzung von Computertomographen das Untersuchungsobjekt lediglich aus einem be grenzten Winkelbereich beleuchtet wird. Ein Tomosynthesegerät kann insbesondere zur Durchführung tomosynthetischer Untersuchungen der Brust, beispielsweise im Rahmen einer Mammographie, geeignet sein. Es kann sich jedoch ebenso um ein auf einem anderen Gebiet der Medizin einsetzbares Röntgengerät zur Aufnahme tomosynthetischer Bilddatensätze handeln. Beispielsweise kann das Tomosynthesegerät zur Durchführung einer zirkularen Tomosynthese auf dem Gebiet der Dentaltechnik geeignet sein.
Unter einem Tomosynthesewinkel sind abhängig von der Aufnahmegeometrie des Tomosynthesegerätes entweder ein einfacher Winkel oder ein aus zwei Komponenten zusammengesetzter Winkel zu verstehen. Im ersten Fall ist die Röntgenquelle des Tomosynthesegerätes in einer Ebene senkrecht zu derjenigen des Detektors bewegbar. Unter einem Tomosynthesewinkel wird nun der Winkel zwischen einer Oberflächennormalen des Flächendetektors und einer Mittenachse des Röntgenstrahlbündels verstanden. Im zweiten Fall wird das Tomosynthesegerät für die zirkulare Tomosynthese eingesetzt. Die Röntgenquelle des Tomosynthesegerätes ist also im Wesentlichen entlang einer Kreis- oder Ellipsenbahen in einer Ebene parallel zu derjenigen des Detektors bewegbar. Der Tomosynthesewinkel setzt sich aus einem Polaranteil und einem Azimutalanteil zusammen. Der Polaranteil ist wiederum der Winkel zwischen einer Oberflächennormalen des Flächendetektors und einer Mittenachse des Röntgenstrahlbündels. Der Azimutalanteil gibt die Umlaufposition der Röntgenquelle an. So kann der Azimutalanteil beispielsweise durch einen in der Ebene des Detektors liegenden Winkel, der von zwei Referenzgeraden eingeschlossen ist, definiert werden. Die Referenzgeraden verlaufen beide durch einen in die Detektorebene projizierten Mittelpunkt der Bewegungstrajektorie der Röntgenquelle, im einfachsten Fall also dem in die Detektorebene projizierten Mittelpunkt des Kreises, auf dem sich die Röntgenquelle bewegt. Eine erste Referenzgerade wird beliebig in der Detektorebene festgelegt, die zweite verlauft durch den Auftreffpunkt der Mittenachse des Röntgenstrahlbündels.
Der oben genannten Konstruktion des Tomosynthesegerätes liegt die folgende Erkenntnis zugrunde:
Es wurde erkannt, dass eine optimale Ausleuchtung des Flächendetektors nur erreicht werden kann, wenn die Form und Größe der Kollimatorblende in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel verändert wird. Dabei wurde insbesondere der folgende mathematische Zusammenhang gefunden:
Bezeichnet r_k = (x_k, y_k, z_k) einen Punkt in der Ebene der Kollimatorblende, so wird dieser mit Hilfe der Projektionsmatrix P gemäß: rd = P rk auf den Punkt r_d = (x_d, y_d, z_d) in der Ebene des Detektors abgebildet. Die Projektionsmatrix P beschreibt dabei die Aufnahmegeometrie exakt. Um nun zu jedem Tomosynthesewinkel die richtige Form und Größe der Kollimatorblendenöffnung zu finden, bedient man sich der inversen Projektionsmatrix P^–1. Denn umgekehrt geht jeder Punkt in der Kollimatorblendenebene r_k gemäß rk = p–1·rd aus einem Punkt r_d in der Detektorebene hervor. Da die Form des Flächendetektors bekannt und außerdem konstant ist, kann die Form und Größe der Blendenöffnung leicht berechnet werden. Zur Vermeidung von überflüssigem Rechenaufwand kann die Form der Kollimatorblende anhand weniger Punkte in der Detektorebene, beispielsweise anhand der vier Eckpunkte des Detektors berechnet werden. Eine zusätzliche Vereinfachung ergibt sich daraus, dass die Z-Koordinaten der Punkte sowohl in der Detektorebene als auch in der Kollimatorblendenebene durch die Lage des Detektors bzw. die Lage der Kollimatorblende vorgegeben sind.
Vorteilhaft kann bei dem erfindungsgemäßen Tomosynthesegerät bei jedem Tomosynthesewinkel eine optimale Ausleuchtung des Flächendetektors gewährleistet werden. Die Detektorfläche wird einerseits voll ausgeschöpft, andererseits kann eine aus Strahlenschutzgründen unerwünschte Überstrahlung des Detektors vermieden werden. Das erfindungsgemäße Tomosynthesegerät gewährleistet ein größtmögliches Bildfeld bei gleichzeitig bestmöglichem Strahlenschutz für Personal und Patient.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Röntgenquelle in einer im Wesentlichen senkrecht zu dem Flächendetektor orientierten Ebene bewegbar. Der Tomosynthesewinkel ist der von einer Oberflächennormalen des Flächendetektors und einer Mittenachse des Röntgenstrahlbündels eingeschlossene Winkel. Ein Tomosynthesegerät gemäß der vorstehenden Ausführungsform ist insbesondere zur Durchführung tomosynthetischer Untersuchungen der Brust geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kollimatorblendenöffnung – in Richtung der Mittenachse des Röntgenstrahlbündels betrachtet – trapezförmig, wobei vorzugsweise zwei Innenwinkel des Trapezes 90° betragen. Tomosynthesegeräte zur Durchführung einer tomosynthetischen Untersuchung der Brust weisen eine speziell für diese Art von Untersuchungen geeignete Geometrie auf. In der Regel trifft bei diesen Geräten der der Brustwandseite zugewandte Grenzstrahl des zur Untersuchung genutzten Röntgenstrahlenbündels, in senkrechter Position der Anlage, nahezu senkrecht auf den Detektor. Die Trapezform der Kollimatorblendenöffnung ergibt sich aus den folgenden Überlegungen:
Erfolgt im Rahmen der Aufnahme eines tomosynthetischen Bilddatensatzes eine Projektion unter einem Tomosynthesewinkel ≠ 0, so wird ein durch eine rechteckige Kollimatorblende begrenztes Strahlenbündel in der Ebene des Detektors zu einem Trapez verzerrt. Um nun gemäß der oben dargelegten Überlegungen umgekehrt das von der Röntgenquelle ausgehende Röntgenstrahlbündel so zu kollimieren, dass ein rechteckiger Detek tor optimal ausgeleuchtet wird, muss die verwendete Kollimatorblende die Form eines Trapezes haben.
Die spezielle Geometrie des Trapezes mit zwei Innenwinkeln von 90° ergibt sich aus der bereits o. g. üblichen Konstruktion eines Tomosynthesegerätes zur Durchführung tomosynthetischer Untersuchungen der Brust. Diese Geräte verwenden eine Geometrie, bei der auf einer dem Patienten zugewandten Seite, die auch als Brustwandseite bezeichnet wird, die Röntgenstrahlen nahezu senkrecht auf den Detektor treffen. Bedingt durch diese Geometrie verzerrt sich bei Tomosynthesewinkeln ≠ 0 das Röntgenstrahlbündel in der Ebene lediglich auf der dem Patienten abgewandten Seite. Folglich kann eine Kollimatorblende verwendet werden, die einem Trapez entspricht, welches zwei Innenwinkel = 90° aufweist.
Bei der Konstruktion eines Tomosynthesegerätes, insbesondere bei einem Tomosynthesegerät zur Durchführung tomosynthetischer Untersuchung der Brust, besteht zum einen die Möglichkeit eine stationäre Multifokusröntgenquelle einzusetzen, zum anderen kann eine schwenkbare Röntgenquelle eingesetzt werden.
Die erste Alternative wird gemäß einer weiteren Ausführungsform verfolgt, nach der es sich bei der Röntgenquelle um eine Multifokusröntgenquelle mit einer Mehrzahl von Röntgenemittern handelt, die jeweils zur Erzeugung eines Röntgenstrahlbündels geeignet sind, welches von dem Flächendetektor empfangen wird. Die Röntgenemitter sind in einer Scanrichtung senkrecht zu der Oberflächennormalen des Flächendetektors nebeneinander angeordnet, wobei zur Veränderung des Tomosynthesewinkels die Emitter einzeln ansteuerbar sind. Jedem der Röntgenemitter ist eine Kollimatorblende zugeordnet, die sich im Strahlengang zwischen dem Fokus des Röntgenemitters und dem Flächendetektor befindet. Die Kollimatorblendenöffnung begrenzt die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels am Ort des Flächendetektors jeweils derart, dass diese im Wesentlichen den Abmessungen des Flächendetektors entspricht. Vorteilhaft kann bei einem solchen Tomosynthesegerät auf bewegliche Teile verzichtet werden. Die Form und Größe der Kollimatorblendenöffnung wird jeweils an die Position der einzelnen Emitter, d. h. an den Tomosynthesewinkel unter dem der jeweilige Emitter den Flächendetektor bestrahlt, angepasst. Auf diese Weise kann für alle Emitter, d. h. für alle Tomosynthesewinkel eine stets optimale Ausleuchtung des Flächendetektors gewährleistet werden.
Die zweite Alternative wird gemäß einer weiteren Ausführungsform verfolgt. Die Röntgenquelle ist gemeinsam mit der Kollimatorblende zur Veränderung des Tomosynthesewinkels bewegbar. Form und Größe der Kollimatorblendenöffnung sind mit Hilfe einer Steuereinheit in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel derart steuerbar, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels am Ort des Flächendetektors im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht. Gemäß der vorstehenden Ausführungsform wird zur Aufnahme verschiedener Projektionen lediglich eine Röntgenquelle mit einer Kollimatorblende verwendet, deren Form und Größe dynamisch anhand des Tomosynthesewinkels verändert wird.
Gleiches trifft für ein Tomosynthesegerät zu, welches nach einer weiteren Ausführungsform, eine Röntgenquelle in Form einer Multifokusröntgenquelle mit einer Mehrzahl von Röntgenemittern aufweist. Die einzelnen Röntgenemitter sind jeweils zur Erzeugung eines Röntgenstrahlbündels geeignet, welches von dem Flächendetektor empfangen wird. Die Röntgenemitter sind in einer Scanrichtung senkrecht zu einer Oberflächennormalen des Flächendetektors nebeneinander angeordnet, wobei zur Veränderung des Tomosynthesewinkels die Röntgenemitter einzeln ansteuerbar sind. Die Kollimatorblende ist in Scanrichtung verschiebbar, Form und Größe der Kollimatorblendenöffnung sind mit Hilfe einer Steuereinheit in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel derart steuerbar, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels am Ort des Flächendetektors im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.
Die beiden vorstehenden Ausführungsformen verwenden jeweils eine einzige Kollimatorblende, welche der Röntgenemission, im einen Fall der Röntgenquelle im anderen Fall dem jeweils aktiven Röntgenemitter folgt. Größe und Form der Kollimatorblendenöffnung werden dynamisch nachgeführt, so das stets eine optimale Ausleuchtung des Flächendetektors gewährleistet ist.
Die Tomosynthesegeräte gemäß der vorstehenden Ausführungsformen sind neben zur Durchführung tomosynthetischer Untersuchungen der Brust, auch zur Durchführung anderer tomosynthetischer Untersuchungen geeignet. Zur Aufnahme der einzelnen Projektionen wird die Röntgenquelle bei einem Tomosynthesegerät, welches zur Durchführung einer tomosynthetischen Untersuchung der Brust geeignet ist, in einer Ebene geschwenkt, d. h. entlang eines Kreisbogens bewegt, oder linear in dieser Ebene verfahren. Die Bewegungsebene ist senkrecht zu dem Flächendetektor orientiert. Bei einem Tomosynthesegerät, welches zur Durchführung einer zirkularen Tomosynthese geeignet ist, ist die Ebene, in welcher die Röntgenquelle bewegt wird parallel zur Ebene des Flächendetektors orientiert. Beispielsweise kann die Röntgenquelle entlang einer Kreisbahn in dieser Ebene bewegt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tomosynthesegerätes gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines Tomosynthesegeräts angegeben, wobei dieses eine Röntgenquelle aufweist, die ein von einem Fokus ausgehendes Röntgenstrahlbündel erzeugt. Das Röntgenstrahlbündel wird von einem Flächendetektor empfangen, wobei zur Einstellung eines Tomosynthesewinkels die Lage der Mittelachse des Röntgenstrahlbündels der Röntgenquelle veränderbar ist. Im Strahlengang zwischen dem Fokus und dem Flächendetektor ist eine Kollimatorblende angeordnet, deren Kollimatorblendenöffnung die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels am Ort des Flächendetektors begrenzt. Form und Größe der Kollimatorblendenöffnung werden bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren derart gesteuert, das die Ausdehnung der Röntgenemission am Ort des Flächendetektors im Wesentlichen dessen Abmessungen entspricht.
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Tomosynthesegerätes sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Tomosynthesegerät genannt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den von Anspruch 14 abhängigen Unteransprüchen hervor.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen weiter erläutert.
Dabei zeigen deren
1 eine Mammographieanlage im Querschnitt,
2, 3 und 5 eine Mammographieanlage in einer Frontalansicht,
4a–c die Form des beleuchteten Detektorbereiches,
6 eine Blende in Draufsicht,
7 ein Tomosynthesegerät mit einer Multifokusröntgenquelle in Frontalansicht,
8 eine schematische Darstellung der Geometrie einer zirkularen Tomosynthese,
9 eine für die zirkulare Tomosynthese geeignete Blende in Draufsicht,
jeweils in schematischer Darstellung.
Im folgenden wird beispielhaft anhand der 1 bis 7 auf ein Tomosynthesegerät sowie dessen Betriebsverfahren Bezug genommen, welches zur Durchführung tomosynthetischer Untersuchungen der Brust geeignet ist. Eine tomosynthetische Untersuchung der Brust wird im folgenden kurz als Tomosynthese bezeichnet. Anhand der 8 und 9 wird ebenfalls beispielhaft auf die zirkulare Tomosynthese eingegangen.
1 zeigt ein Tomosynthesegerät 2 mit einer Röntgenquelle 4, die ein von ihrem Fokus 6 ausgehendes Röntgenstrahlbündel 8 erzeugt, welches eine Brust 10 durchstrahlt und von einem Flächendetektor 12 empfangen wird. Das Röntgenstrahlbündel 8 weist eine zentrale Mittenachse M auf. Seitlich wird das Röntgenstrahlbündel 8 durch die im Strahlengang zwischen der Röntgenquelle 4 und dem Flächendetektor 12 angebrachte Kollimatorblende 14 begrenzt. Die Brust 10 wird zwischen einer Lagerplatte 16, in die der Flächendetektor 12 eingelassen ist, und einer Kompressionsplatte 18 komprimiert. Zur Aufnahme eines tomosynthetischen Bilddatensatzes wird die Brust 10 zwischen Lager- und Kompressionsplatte 16, 18 ortsfest gehalten, während die Röntgenquelle 4 um die Achse A geschwenkt wird.
2 zeigt ein Tomosynthesegerät 2 bei einem Tomosynthesewinkel von 0°. 3 zeigt das Tomosynthesegerät 2 bei einem Tomosynthesewinkel α ≠ 0°. Als Tomosynthesewinkel α wird der Winkel zwischen einer Oberflächennormalen N des Flächendetektors 12 und der Mittenachse M des Röntgenstrahlbündels 8 verstanden. Zur Aufnahme eines tomosynthetischen Bilddatensatzes wird die Röntgenquelle 4 in einer Scanrichtung S geschwenkt. Infolge der Schwenkbewegung verschiebt sich der von dem Röntgenstrahlbündel 8 in der Ebene des Flächendetektors 12 ausgeleuchtete Bereich. Wie in 3 leicht ersichtlich, wird bei dem dort dargestellten Tomosynthesewinkel α der rechte Teil des Flächendetektors 12 nicht beleuchtet, wohingegen dieser auf seiner linken Seite überstrahlt wird. Neben einem Unter- bzw. Überbeleuchten des Flächendetektors 12 tritt infolge der Schwenkbewegung der Röntgenquelle 4 außerdem eine Verzerrung der Projektion des Röntgenstrahlbündels in der Ebene des Flächendetektors 12 auf.
4 zeigt die Projektion 20 des Röntgenstrahlbündels 8 in der Ebene des Flächendetektors 12 im Verhältnis zu dessen Fläche. Dabei gibt 4a die in 3 gezeigte Situation wieder, bei der der Flächendetektor 12 an seiner rechten Sei te nicht ausreichend beleuchtet und an seiner linken Seite überstrahlt wird. 4b gibt die in 2 gezeigte Situation bei einem Tomosynthesewinkel α = 0° wieder. Der Flächendetektor 12 und die Projektion 20 des Röntgenstrahlbündels 8 sind deckungsgleich. 4c gibt den Fall wieder, bei dem die Röntgenquelle 4 entgegen der in 3 gezeigten Scanrichtung S nach links geschwenkt wird und entsprechend der Flächendetektor 12 an seiner linken Seite unter- und auf seiner rechten Seite überstrahlt wird.
Zur Vermeidung dieses Phänomens wird die Kollimatorblende 11 in Form und Größe an den Tomosynthesewinkel α angepasst. Die Wirkung dieser Anpassung ist in 5 dargestellt. Das von der Röntgenquelle 4 ausgehende Röntgenstrahlbündel 8 ist mit gestrichelter Linie und gestrichenen Bezugszeichen gemäß der in 3 gezeigten Situation dargestellt, bei der die Kollimatorblende 14 nicht an den Tomosynthesewinkel α angepasst wurde. Mit durchgezogener Linie und nicht gestrichenem Bezugszeichen ist die Situation nach Anpassung der Kollimatorblende 14 an den Tomosynthesewinkel α dargestellt. Das von der Röntgenquelle 4 ausgehende Röntgenstrahlbündel 8 ist durch die Kollimatorblende 14 gemäß seiner Randstrahlen 22 begrenzt. Die Anpassung der Kollimatorblende 14 sorgt nunmehr dafür, dass der Flächendetektor 12 auch bei Tomosynthesewinkeln α ≠ 0 optimal beleuchtet wird. Die dynamische Veränderung der Kollimatorblende 14 in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel α ist dadurch möglich, dass diese, wie in 6 dargestellt, aus einzelnen Lamellen aufgebaut ist. Bei der Bewegung der Röntgenquelle 4 in der Scanrichtung S wird Form und Größe der Blendenöffnung 30 mit Hilfe einer Steuereinheit, die in 5 nicht dargestellt ist, abhängig von dem Tomosynthesewinkel α (vergleiche 3) gesteuert.
Die Kollimatorblende 14 besteht aus zwei Seitenlamellen 24, einer Drehlamelle 26 und einer Festlamelle 28. Die Seitenlamellen 24 sind im Wesentlichen senkrecht zu der Scanrichtung S orientiert. Der Abstand der Seitenlamellen 24 von der Mittenachse M des durch die Blendenöffnung 30 hindurchtreten den Röntgenstrahlbündels 8 ist in Scanrichtung S veränderbar. Eine Anpassung der Lage der Seitenlamellen 24 verhindert, dass der Flächendetektor 12 in seinen Seitenbereichen unter- bzw. überstrahlt wird. Der Abstand der Seitenlamellen 24 von der Mittenachse M des Röntgenstrahlbündels 8 kann verschieden stark verändert werden. Diese asymmetrische Verschiebung der Seitenlamellen 24 ist abhängig von dem Tomosynthesewinkel α sowie gegebenenfalls von der Scanrichtung S. Auf derjenigen Seite der Blende 14, die einem Patienten zugewandt ist, wird die Blendenöffnung 30 von der Festlamelle 28 begrenzt. Vorzugsweise weisen die Innenkanten der Seitenlamellen 24 und die Innenkante der Festlamelle 28, die die Blendenöffnung 30 in diesen Bereich begrenzen, einen Winkel von 90° zueinander auf. Da sich die Projektion des Röntgenstrahlbündels 8 in der Ebene des Flächendetektors 12, wie in 4a bis c dargestellt, auf der dem Patienten zugewandten Seite nicht verändert, kann die Blendenöffnung 30 in diesem Bereich von der Festlamelle 28 begrenzt werden.
Auf der gegenüberliegenden Seite wird die Blendenöffnung 30 von der Drehlamelle 26 begrenzt. Diese ist in der Ebene der Blende 14 um eine Achse B schwenkbar gelagert. Die Drehlamelle 26 wird nun abhängig von dem Tomosynthesewinkel α derart geschwenkt, dass diese bei einem Tomosynthesewinkel von α = 0° eine rechteckige Blendenöffnung 30 bildet, wohingegen bei Tomosynthesewinkeln α ≠ 0° die Drehlamelle 26 derart geschwenkt wird, dass die Blendenöffnung 30 die Form eines Trapezes annimmt.
Die in 6 gezeigte Position der Blende 14 entspricht der in 5 gezeigten Stellung des Tomosynthesegerätes 2. Um zu vermeiden, dass das Röntgenstrahlbündel 8, wie in 4a gezeigt, im linken Bereich den Flächendetektor 12 überstrahlt, wird die linke Seitenlamelle 24 der Mittenachse M des durch die Blendenöffnung 30 tretenden Röntgenstrahlbündels 8 angenähert, während die rechte Seitenlamelle 24 von der Mittenachse M entfernt wird. Zur Vermeidung einer Überstrahlung des Flächendetektors 12 auf der dem Patienten abgewandten Seite, insbesondere im linken oberen Bereich (vgl. 4a), wird die Drehlamelle 26 derart geschwenkt, dass diese den linken oberen Bereich stärker abblendet.
7 zeigt ein Tomosynthesegerät 2 mit einer Multifokusröntgenquelle 32 als Röntgenquelle 4. Diese weist eine Vielzahl von Röntgenemittern 34 auf, die jeweils zur Erzeugung eines Röntgenstrahlbündels 8 geeignet sind, welches von einem Flächendetektor 12 empfangen wird. Jedem der Röntgenemitter 34 ist eine Kollimatorblende 14 zugeordnet, deren Blendenöffnung so gewählt ist, dass das von dem Röntgenemitter 34 ausgesandte Röntgenstrahlbündel 8 auf die Größe des Flächendetektors 12 begrenzt ist. Die Röntgenemitter 34 sind im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberflächennormalen N des Flächendetektors 12 in Scanrichtung S nebeneinander angeordnet. Zur Veränderung des Tomosynthesewinkels α werden die Röntgenemitter 34 der Multifokusröntgenquelle 32 je nach Scanrichtung S der Reihe nach zur Emission eines Röntgenstrahlbündels 8 angeregt.
Alternativ kann das in 7 gezeigte Tomosynthesegerät 2 mit einer in Scanrichtung S verschiebbaren Blende 14 ausgestattet sein, welche, wie bereits im Zusammenhang mit 5 und 6 erwähnt, ihrer Form und Größe nach abhängig von dem Tomosynthesewinkel α verändert wird. In einem solchen Fall wird die Kollimatorblende 14 jeweils in den Strahlengang desjenigen Röntgenemitters 34 gebracht, der zur Abgabe eines Röntgenstrahlbündels 8 angeregt wird.
8 zeigt schematisch die Geometrie einer zirkularen Tomosynthese. Bei dieser bewegt sich der Fokus 6 einer Röntgenquelle 4 in einer Fokusebene E1, die parallel zur Detektorebene E2, in der sich der Flächendetektor 12 erstreckt, orientiert ist. Ein Untersuchungsobjekt 36 wird unter verschiedenen Tomosynthesewinkeln beleuchtet. Dabei setzt sich der Tomosynthesewinkel aus zwei Komponenten zusammen, einem Polarwinkel α1 und einem Azimutalwinkel α2. Der Polarwinkel α1 ist der Winkel zwischen einer Oberflächennormalen N des Flä chendetektors und einer Mittenachse M1, M2 des Röntgenstrahlbündels. Der Azimutalwinkel α2 gibt die Umlaufposition der Röntgenquelle 4 an. In 8 ist der Azimutalwinkel α2 der in der Detektorebene E2 liegenden Winkel, der von zwei Referenzgeraden 40, 42 eingeschlossen ist. Die Referenzgeraden 40, 42 verlaufen beide durch einen in die Detektorebene E2 projizierten Mittelpunkt 44 der Bewegungstrajektorie 46 des Röntgenfokus 6. In 8 bewegt sich der Fokus 6 der Röntgenröhre entlang einer Kreisbahn. Die erste Referenzgerade 40 wird beliebig in der Detektorebene E2 festgelegt, die zweite Referenzgerade 42 verläuft durch den Auftreffpunkt der Mittenachse M1, M2 des Röntgenstrahlbündels.
In 8 sind beispielhaft die Mittenachsen M1 und M2 zweier das Untersuchungsobjekt 36 beleuchtender Röntgenstrahlbündel 8 dargestellt. Die Strukturen des Untersuchungsobjektes 36 werden abhängig von dem Tomosynthesewinkel α1, α2 an verschiedenen Positionen der jeweils aufgenommenen Projektionen P1 bis P8 dargestellt.
Bei der Durchführung einer zirkularen Tomosynthese ist es notwendig, dass die Kollimatorblende 14 ihrer Form und Größe nach permanent angepasst wird. Die Anpassung der Kollimatorblende 14 erfolgt in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel α1, α2 bzw. von der Position des Fokus 6 der Röntgenquelle 4, welche sich entlang einer Kreisbahn in der Fokusebene E1 bewegt.
Die Anpassung der Kollimatorblende 14, wie sie beispielhaft in 9 gezeigt ist, erfolgt dabei sowohl durch Drehung als auch durch Verschiebung der Einzellamellen 38 der Kollimatorblende 14. Die Einzellamellen 38 werden abhängig von dem Tomosynthesewinkel α1, α2 individuell um ihre jeweilige Drehachse B1 bis B4 gedreht und bezüglich der Mittenachse M des durch die Kollimatorblende 14 hindurchtretenden Röntgenstrahlbündels individuell in eine Verschiebrichtung R1 bis R4 verschoben. Die in 9 gezeigte Kollimatorblende 14 ist zum Einsatz in Tomosynthesegeräten 2, beispielsweise auf dem Gebiet der Dentaltechnik, geeignet.

2: Tomosynthesegerät
4: Röntgenquelle
6: Fokus
8: Röntgenstrahlbündel
10: Brust
12: Flächendetektor
14: Kollimatorblende
16: Lagerplatte
18: Kompressionsplatte
20: Projektion des Röntgenstrahlbündels
22: Randstrahlen
24: Seitenlamelle
26: Drehlamelle
28: Festlamelle
30: Blendenöffnung
32: Multifokusröntgenquelle
34: Röntgenemitter
36: Untersuchungsobjekt
38: Einzellamelle
40, 42: Referenzgeraden
44: Mittelpunkt
46: Trajektorie
A, B: Achse
E1: Fokusebene
E2: Detektorebene
M, M', M1, M2: Mittenachse
N: Oberflächennormalen
P1...P8: Projektionen
R1...R4: Verschieberichtung
S: Scanrichtung
α: Tomosynthesewinkel
α1: Polarwinkel
α2: Azimutalwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006024413 A1 [0001]

Claims

Tomosynthesegerät (2) mit einer Röntgenquelle (4), die ein von einem Fokus (6) ausgehendes Röntgenstrahlbündel (8) erzeugt, welches von einem Flächendetektor (12) empfangen wird, wobei zur Einstellung eines Tomosynthesewinkels (α) die Lage der Mittenachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) der Röntgenquelle (4) veränderbar ist, und wobei im Strahlengang zwischen dem Fokus (6) und dem Flächendetektor (12) eine Kollimatorblende (14) angeordnet ist, deren Blendenöffnung (30) die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) begrenzt, wobei Form und Größe der Blendenöffnung (30) von dem Tomosynthesewinkel (α) derart abhängig sind, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 1, bei dem die Röntgenquelle (4) in einer im Wesentlichen senkrecht zu dem Flächendetektor (12) orientierten Ebene bewegbar ist, wobei der Tomosynthesewinkel (α) der von einer Oberflächennormalen (N) des Flächendetektors (12) und einer Mittenachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) eingeschlossene Winkel ist.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 2, wobei die Blendenöffnung (30) – in Richtung der Mittenachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) betrachtet – trapezförmig ist.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 3, wobei zumindest zwei Innenwinkel des Trapezes 90° betragen.
Tomosynthesegerät (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Röntgenquelle (4) eine Multifokusröntgenquelle (32) mit einer Mehrzahl von Röntgenemittern (34) ist, die jeweils zur Erzeugung eines Röntgenstrahlbündels (8) geeignet sind, welches von dem Flächendetektor (12) empfangen wird, und die Röntgenemitter (34) in einer Scanrichtung (S) senkrecht zu der Oberflächennormalen (N) des Flächendetek tors (12) nebeneinander angeordnet sind, wobei zur Veränderung des Tomosynthesewinkels (α) die Emitter (12) einzeln ansteuerbar sind und jedem der Röntgenemitter (6) eine Kollimatorblende (14) zugeordnet ist, die im Strahlengang zwischen dem Fokus (6) des Röntgenemitters (34) und dem Flächendetektor (12) angeordnet ist, deren Blendenöffnung (30) jeweils die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) eines Röntgenemitters (6) am Ort des Flächendetektors (12) derart begrenzt, dass diese im Wesentlichen den Abmessung des Flächendetektors (12) entspricht.
Tomosynthesegerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zur Veränderung des Tomosynthesewinkels (α) die Röntgenquelle (4) gemeinsam mit der Kollimatorblende (14) in einer Scanrichtung (S) bewegbar ist, wobei Form und Größe der Blendenöffnung (30) mit Hilfe einer Steuereinheit in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) derart steuerbar sind, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.
Tomosynthesegerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Röntgenquelle (4) eine Multifokusröntgenquelle (32) mit einer Mehrzahl von Röntgenemittern (34) ist, die jeweils zur Erzeugung eines Röntgenstrahlbündels (8) geeignet sind, welches von dem Flächendetektor (12) empfangen wird, wobei die Röntgenemitter (34) in einer Scanrichtung (S) senkrecht zu der Oberflächennormalen (N) des Flächendetektors (12) nebeneinander angeordnet sind, und wobei zur Veränderung des Tomosynthesewinkels (α) die Röntgenemitter (34) einzeln ansteuerbar sind, wobei die Kollimatorblende (14) in Scanrichtung (S) verschiebbar ist und Form und Größe der Blendenöffnung (30) mit Hilfe einer Steuereinheit in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) derart steuerbar sind, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Blendenöffnung (30) von zumindest zwei im Wesentlichen senkrecht zu der Scanrichtung (S) orientierten Seitenlamellen (24) begrenzt ist, deren Abstand von der Mittenachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) im Wesentlichen parallel zu der Scanrichtung (S) veränderbar ist.
Tomosynthesegerät (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 in Verbindung mit Anspruch 2, bei dem die Kollimatorblende (14) eine Festlamelle (28) umfasst, die die Blendenöffnung (30) auf einer einem Patienten zugewandten Seite begrenzt, deren Abstand von der Mittenachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) bei Veränderung des Tomosynthesewinkels (α) konstant ist.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 8 und 9, bei dem die Seitenlamellen (24) unter einen Winkel von jeweils 90° zur der Festlamelle (28) angeordnet sind.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 10, bei dem die Kollimatorblende (14) eine in der Ebene der Kollimatorblende (14) schwenkbar gelagerte Drehlamelle (26) umfasst, welche die Blendenöffnung (30) auf einer einem Patienten abgewandten Seite begrenzt.
Tomosynthesegerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Kollimatorblende (14) zumindest eine in der Ebene der Kollimatorblende (14) schwenkbar gelagerten Einzellamelle (38) umfasst.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 12, bei dem die Kollimatorblende (14) vier in der Ebene der Kollimatorblende (14) schwenkbar gelagerte Einzellamellen (38) umfasst.
Verfahren zum Betrieb eines Tomosynthesegerätes (2) mit einer Röntgenquelle (4), die ein von einem Fokus (6) ausgehendes Röntgenstrahlbündel (8) erzeugt, welches von einem Flächendetektor (12) empfangen wird, wobei zur Einstellung eines Tomosynthesewinkels (α) die Lage der Mittenachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) der Röntgenquelle (4) veränderbar ist, und wobei im Strahlengang zwischen dem Fokus (6) und dem Flächendetektor (12) eine Kollimatorblende (14) angeordnet ist, deren Blendenöffnung (30) die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) begrenzt, wobei Form und Größe der Blendenöffnung (30) in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) derart gesteuert werden, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Röntgenquelle (4) in einer im Wesentlichen senkrecht zu dem Flächendetektor (12) orientierten Ebene bewegbar ist, wobei der Tomosynthesewinkel (α) der von einer Oberflächennormalen (N) des Flächendetektors (12) und einer Mittenachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) eingeschlossene Winkel ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem zur Veränderung des Tomosynthesewinkels (α) die Röntgenquelle (4) gemeinsam mit der Kollimatorblende (14) in einer Scanrichtung (S) bewegt wird, wobei Form und Größe der Blendenöffnung (30) in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) derart gesteuert werden, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Röntgenquelle (4) eine Multifokusröntgenquelle (32) mit einer Mehrzahl von Röntgenemittern (34) ist, die jeweils zur Erzeugung eines Röntgenstrahlbündels (8) geeignet sind, welches von dem Flächendetektor (12) empfangen wird, wobei die Röntgenemitter (34) in einer Scanrichtung (S) senkrecht zu der Oberflächennormalen (N) des Flächendetektors (12) nebeneinander angeordnet sind, und zur Veränderung des Tomosynthesewinkels (α) die Röntgenemitter (34) einzeln angesteuert werden, wobei die Kollimatorblende (14) in Scanrichtung (S) verscho ben wird, und Form und Größe der Blendenöffnung (30) in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) derart gesteuert werden, dass die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels (8) am Ort des Flächendetektors (12) im Wesentlichen dessen Abmessung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 in Verbindung mit Anspruch 15, bei dem die Blendenöffnung (30) von zumindest zwei im Wesentlichen senkrecht zu der Scanrichtung (S) orientierten Seitenlamellen (24) begrenzt ist, deren Abstand dem Mittenachse (M) des Röntgenstrahlbündels (8) im Wesentlichen parallel zu der Scanrichtung (S) in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Kollimatorblende (14) eine in der Ebene der Kollimatorblende (14) schwenkbar gelagerte Drehlamelle (26) umfasst, die die Blendenöffnung (30) auf einer einem Patienten abgewandten Seite begrenzt, wobei die Drehlamelle (26) in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) um ihre Drehachse (B) geschwenkt wird.
Verfahren nach den Anspruch 19, bei dem die Seitenlamellen (24) und die Drehlamelle (26) der Kollimatorblende (14) in Abhängigkeit von dem Tomosynthesewinkel (α) derart gesteuert werden, dass diese gemeinsam mit einer die Blendenöffnung (30) auf einer dem Patienten zugewandten Seite begrenzenden Festlammelle (28) bei einem Tomosynthesewinkel (α) gleich Null die Blendenöffnung (30) ein Rechteck ist und bei Tomosynthesewinkeln (α) ungleich Null die Winkel zwischen den Seitenlamellen und der Festlamelle gleich 90° sind.