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Die
Dignität
einer Gewebsveränderung,
d. h. eine benigne oder maligne Gewebsveränderung kann mittels einer
Gewebeentnahme und weiterführenden
histologischen Untersuchungen bestimmt werden. Die Ermittlung von
Lokalisationen von Gewebeveränderungen
basieren auf Röntgenbildern.
Um Gewebsveränderungen,
beispielsweise in der Mamma, zu lokalisieren wird als erstes eine Übersichts-Röntgenaufnahme
von dieser aufgenommen. Anhand der erstellten Übersichts-Röntgenaufnahme kann eine Gewebeveränderung
lokalisiert werden. Im Fortgang der Untersuchung werden zwei weitere
Röntgenaufnahmen
mit unterschiedlichen Ausrichtungen des Röntgenkopfes zur Mamma gemacht.
Diese Röntgenaufnahmen
werden auch als Stereobildaufnahme bezeichnet. Ausgehend von einer
vertikalen Ausrichtung eines von einem Röntgenkopf ausgehenden Zentralstrahls,
werden aus unterschiedlichen Aufnahmewinkeln zur Brust ein erstes
und ein zweites Röntgenbild
von dieser angefertigt.
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Aufgabe
eines behandelden Arztes ist es, im ersten und zweiten Röntgenbild
zusammengehörige
Lokalitäten,
die für
eine Biopsie, das heißt
für die
Entnahme einer Gewebeprobe herangezogen werden könnten, zu bestimmen. Da mit
den Röntgenbildern
eine Vielzahl von Gewebeveränderungen
sichtbar gemacht werden können,
ist es jedoch sehr schwierig, in den Röntgenbildern biopsierbare Lokalisationen
zu determinieren. Zudem muss der Arzt bereits anhand des Übersichtsbildes
entscheiden, ob eine sichtbare Auffälligkeit, beispielsweise im
Randbereich der Röntgenaufnahme,
im Fortgang der Untersuchung biopsierbar ist. Bei der bisherigen
Vorgehensweise konnte es vorkommen, dass Aufgrund der Einschätzung einer
im Randbereich des Übersichtsbildes
liegenden biopsierbaren Gewebeveränderung, die Brust neu auf
dem Röngtenauflagetisch
positioniert und ein neues Übersichts-Röntgenbild
angefertigt wurde, obwohl diese Lokalisation mittels Biopsie erreichbar
gewesen wäre.
Zum Anderen konnte es auch Vorkommen, dass eine im Randbereich angeordnete Gewebeveränderung
als biopsierbar eingestuft wurde und weitere Röntgenbilder angefertigt wurden,
aber aus diesen keine weitere Aussage zu einer bestimmten Lokalität bezüglich Biopsierbarkeit
abgeleitet werden konnte. Eine solche Vorgehensweise bringt die
Nachteile mit sich, dass mit einer Neupositionierung oder weiteren Röntgenaufnahmen
die Untersuchung verlängert
und die Strahlenbelastung für
den Patienten erhöht
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Anordnung und
ein dazugehöriges
Verfahren zur Lokalisation von Gewebeveränderungen für eine Biopsie anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und 5 angegebenen Merkmale
gelöst.
(PA
1)
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass anhand des Übersichtsbildes
bereits eine Aussage über ein
biopsierbares Volumen gemacht werden kann. Zudem bietet der Gegenstand
der Erfindung dem Anwender ein sicheres und schnelles Erfassen einer
biopsierbaren Lokalisation.
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Bestimmung der
Koordinaten für
eine Biopsie einer Gewebeveränderung
bereits im Vorfeld als ermittelbar eingestuft werden können. Diese
bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass die Anzahl der Röntgenaufnahmen
auf ein Minimum reduziert und damit eine zusätzliche Strahlenbelastung für den Patienten
vermieden wird.
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Die
Erfindung soll im Folgenden mittels des in Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm,
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2 eine
schematische Darstellung,
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3 eine
Visualisierung des biopsierbaren Volumens,
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4 eine
weitere schematische Darstellung und
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5 eine
Visualisierung eines Suchkorridors.
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Gemäß dem Erfindungsgegenstand
wird der Anwender durch eine Visualisierung eines biopsierbaren Volumens
eines Objektes in einem Übersichtsbild
in die Lage versetzt, anhand einer objektiven und zuverlässigen Eingrenzung,
zu entscheiden, ob eine Gewebeveränderung, wie beispielsweise
eine Kalzifikation, für eine
Gewebeentnahme erreichbar ist. Somit werden unnötige Neupositionierungen, Übersichtsbilder
und Stereoröntgenbilder
vermieden.
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Der
Untersuchungsablauf, z. B. einer Brustbiopsie wird vereinfacht und
beschleunigt indem der Gegenstand der Erfindung den Arzt bei der
Festlegung einer zu biopsierenden Lokalisation unterstützt. Dazu
wird neben einer generellen Aussage, ob mit der augenblicklichen
Positionierung der Brust eine Biopsie an ausgewählten Stellen durchführbar ist,
dem Arzt zum sicheren und schnellen Untersuchungsablauf ein signifikanter Suchbereich
für korrespondierende
Gewebeveränderungen
in der Stereobildaufnahme vorgegeben. Der Arzt kann dann in einem
eingeschränkten
Bereich identische Gewebsveränderungen
zueinander für
eine nachfolgende Biopsie zuordnen. Aus den Positionen der identischen
Gewebeveränderungen
in den ersten und zweiten Röntgenbildern
können
dann die Koordinaten für
die Gewebsveränderung
ermittelt werden.
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Das
biopsierbare Volumen einer Brust hat für die nachfolgenden Betrachtungen
die Form eines in seinen Ausmaßen
bekannten Quaders. Seine Höhe
wird durch die Kompressionsdicke vorgegeben. Um das erreichbare
Volumen im Übersichtsbild
anzuzeigen, wird die untere Fläche
des Quaders in einem ersten Verarbeitungsschritt auf die Detektorebene
projiziert und in Pixelkoordinaten umgerechnet. Ausgehend von der
Detektorebene erfolgt eine Rückprojektion
des Strahlengangs zur Strahlenquelle. Das rechteckige Strahlenfeld in
Höhe der
gepressten Brustoberseite wird dann in Form eines rechteckigen Rahmens,
wie in 3 gezeigt, im Übersichtsbild
visualisiert. Mit dieser Eingrenzung ist sichergestellt, dass wenn
ein Punkt innerhalb des projizierten Rechteckes angeordnet ist,
dieser dann auch im erreichbaren Biopsievolumen liegt.
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Zur
Angabe des Suchkorridors in einem zweiten Bild einer Stereobildaufnahme
wird eine erste Gewebsveränderung
als Ausgangspunkt markiert. Anhand der geometrischen Gegebenheiten
des Quaders und unter Berücksichtigung
der markierten Gewebsveränderung
ist ein Bereich im jeweils anderen Bild der Stereobildaufnahme in
dem sich der zur ersten Gewebsveränderung korrespondierende Punkt
befindet bestimmbar. Gemäß 4 werden
die Koordinaten der ersten Gewebeveränderung im ersten Bild ermittelt.
Durch eine Einzelbetrachtung eines Teilröntgenstrahls werden die Durchstoßpunkte
DP1, DP2 an dem Quader bestimmt. Diese Durchstoßpunkte DP1, DP2 werden ins
zweite Bild der Stereobildaufnahme projiziert und miteinander verbunden.
Auf dieser Verbindungslinie befindet sich der korrespondierende
Punkt zu dem im ersten Bild markierten Stereobild. Dies bringt für dem Arzt
den Vorteil eines schnellen Auffindens eines korrespondierenden Punktes
MA1'' im zweiten Bild
zum jeweiligen Punkt MM im ersten Bild mit sich.
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In 1 ist
ein Blockdiagramm zur Determinierung für eine Biopsierbarkeit einer
Gewebsveränderung gezeigt.
In dem Blockdiagramm sind die Module EB, EZD, MBV, RA, SK, LEG,
SPF zur Bestimmung einer Biopsierbarkeit einer Gewebsveränderung
angeordnet. Das erste Modul EB dient zur Erstellung eines Übersichtsbildes
UEB, das fünfte
Modul LEG zur Lokalisierung einer ersten Gewebeveränderung,
das dritte Modul MBV zur Ermittlung eines maximalen biopsierbaren
Volumens auf der Grundlage des Übersichtsbildes,
das Submodul RA zur 2D Abbildung des biopsierbaren Volumens im Übersichtsbild,
das zweite Modul EZD zur Erstellung eines ersten und zweiten Bildes
B1, B2, das vierte Modul SK zur Berechnung und Anzeige eines Suchkorridors
K zur Lokalisation einer im zweiten Bild B2 lokalisierten ersten
Gewebsveränderung
und im sechsten Modul SPF wird der Suchpfad im ersten und zweiten
Bild visualisiert.
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Nach
einer Positionierung des Patienten sowie einer Fixierung der Mamma
wird ausgehend vom ersten Modul EB ein Übersichtsbild UEB erstellt.
Die Übersichtsaufnahme
UEB kann beispielsweise eine Röntgenaufnahme
von dem Objekt sein.
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Im
fünften
Modul LEG wird mittels eines Bilderkennungsprogramms das Übersichtsbild
UEB nach Gewebeveränderungen,
insbesondere nach Kalzifikationen, abgesucht und die Gewebeveränderung
jeweils Markiert MA1, ..., MAn. Ebenso kann auch eine visuelle Sichtung
und Markierung der erkannten Gewebeveränderungen in der Übersichtsaufnahme
UEB vom Arzt vorgenommen werden.
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Durch
das dritte Modul MBV wird, wie nachfolgend beschrieben, aufgrund
der Höhe
c des Objektes M, des Abstandes l der Auflagefläche AF von der Röntgenquelle
RQ sowie des Abstandes der Auflagefläche AF von der Detektorfläche DF das
biopsierbare Volumen MB ermittelt. Inizialisiert durch das Submodul
RA im dritten Modul MBV wird ein biopsierbares Volumen in einer
2D Ansicht mittels eines rechteckigen Rahmens RRA in das Übersichtsbild
UEB eingeblendet. Diese Eingrenzung wird innerhalb des Übersichtsbildes
UEB beispielsweise eines rechteckförmigen Rahmens, wie in 3 gezeigt,
visualisiert.
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Vom
zweiten Modul EZD wird von dem Objekt M eine aus einem ersten und
zweiten Bild B1, B2 bestehende Röntgenaufnahme
angefertigt.
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Mittels
des vierten Moduls SK wird, ausgehend von einer in einem ersten
Bild B1 lokalisierten ersten Gewebeveränderung ein Suchkorridor K
im zweiten Bild B2 ermittelt. Die Ermittlung dieses Suchkorridors
wird nach der Einschränkung
des biopsierbaren Volumens im Fortgang der Beschreibung näher beschrieben.
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Im
sechsten Modul SPF wird der ermittelte Suchpfad zur Zuordnung der
ersten Gewebsveränderung aus
dem ersten Bild zur selben ersten Gewebsveränderung im zweiten Bild B2
angelegt. Dieser Suchpfad kann in einem einfachen Fall eine Gerade
K sein, die ausgehend von der ersten Gewebsveränderung im ersten Bild B1,
im zweiten Bild B2 eingeblendet wird. Die Bearbeitung in den einzelnen
Modulen sowie die Visualisierung erfolgt jeweils Prozessorgesteuert.
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In 2 wird
an hand einer schematischen Zeichnung die Eingrenzung des biopsierbaren
Volumenes der Mamma erläutert.
In dieser Übersicht
ist die Mamma schematisch als Element M dargestellt, die Auflagefläche auf
dem Objekttisch ist mit AF, die benutzte Detektorfläche DF sowie
eine Strahlenquelle RQ, die als Röntgenquelle ausgebildet sein
kann, bezeichnet. Die Eingrenzung eines möglichen biopsierbaren Volumens ist
mit MB und deren zweidimensionale Visualisierung mittels des Rahmens
RRA bezeichnet. Zu berücksichtigen
ist, dass sich das biopsierbare Volumen MB entsprechend der Auslenkung
der Röntgenquelle
RQ, bei Beibehaltung der Auflagefläche AF im oberen Drittel, abhängig von
der Auslenkung der Röntgenquelle
verrindert. Die Randbereiche sind in der 2 gesondert
markiert. Der biopsierbare Bereich PP wird somit um die Rechteckflächen A', A'', D',
D'' und B', B'', C',
C'' verringert. Über die
Eckpunkte der Auflagefläche
AF bestimmt sich die Rahmenlänge
des Rahmens RRA über
die Projektion der Auflagefläche
und deren Umrechnung auf die Detektorfläche DF.
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Die
Eckpunkte der Auflagefläche
AF ergeben sich aus
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Die
Position der Röntgenquelle
ist durch X = (0, 0, l) bekannt. Die orthogonale Projektion der
Auflagefläche
AF auf die Detektorfläche
DF ergibt sich aus z = –t
und Y = (0, 0, –t).
Die Projektion der Eckpunkte A, B, C und D der Auflagefläche AF auf
die Detektorebenen DF ergibt sich aus:
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Diese
Punkte werden in das Koordinatensystem des Detektorbildes umgesetzt
werden. Die Detektorfläche
hat n Pixel in x und m Pixel in y Richtung. Der Punkt (η0 ζ0) beschreibt einen Punkt in der Bildebene.
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Die
Eckpunkte TA, TB, TC und TD einer möglichen Detektorfläche werden
somit in Pixelkoordinaten aufgedrückt:
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Als
biopsierbares Volumen ist ein Pyramiedenstumpf, ausgehend von der
Grundfläche
der auf der Detektoroberfläche
DF, ermittelbar. Visualisiert wird beispielsweise das biopsierbare
Volumen in dem 2D Übersichtsbild
als Rechteck. Denkbar ist es, das biopsierbare Volumen in einer
3D Darstellung auf einer Visualisierungseinheit darzustellen.
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In 3 ist
die rechteckförmige
Eingrenzung RA mit den Eckpunkten A', B',
C' und D' in die Übersichtsaufnahme
UEB eingeblendet. Hierdurch wird dem Arzt bereits in einem frühzeitigen
Untersuchungsstadium gezeigt, ob der abgebildete Abschnitt der Brust
in der aktuellen Positionierung verbleiben kann. Bei einer außerhalb
der Markierung RRA liegenden Gewebeveränderung muss die Lokalisation
mit der Gewebeveränderung
näher am
Zentralstrahl der Röntgenquelle
positioniert werden. Nach dieser Korrektur kann der Untersuchungsablauf
mit dem ersten und zweiten Bild B1, B2 der Stereobildaufnahme UEB
fortgeführt
werden.
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In 4 wird
eine weitergehende Eingrenzung eines möglichen Zuordnungsbereiches
zu einer fokusierten ersten Gewebsveränderung MA1 ausgehend von dem
ersten Bild B1 der Stereobildaufnahme UEB gezeigt. Zur Vereinfachung
der Zusammenhänge
wird nur eine Seitenansicht betrachtet. Bei der ersten Gewebsveränderung
im ersten und zweiten Bild handelt es sich um die gleiche Gewebsveränderung
innerhalb des biopsierbaren Volumens.
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Ausgehend
von einer ersten Markierung MA1 (X0, Y0) im ersten Bild B1 wird
mit dem vierten Modul SK ein Suchkorridor im zweiten Bild B2 ermittelt
und mittels des sechsten Moduls SPF visualisiert.
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Zu
Erstellung der ersten Röntgenbildaufnahme
B1 wird der Röntgengenerator
RQ in eine erste Position POS1 ausgeleckt. Ausgehend von der ersten
Position des Röntgenkopfes
RQ wird die erste Gewebeveränderung
MA1 auf der Detektorebene DF näher
betrachtet. Aufgrund der ermittelbaren Koordinaten X0, Y0 wird ein
erster Durchstoßpunkt
DP1 und ein zweiter Durchstoßpunkt
DP2 am Quader des biopsierbaren Volumens MB bestimmt.
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Mit
den Koordinaten der Durchstoßpunkte
kann ermittelt werden, ob die Gewebsveränderung innerhalb eines ersten,
zweiten oder dritten Volumenbereichs BR1, BR2 und BR3 liegt. Im
gewählten
Ausführungsbeispiel
liegt die Gewebeveränderung
im zweiten Bereich BR2. Die Gewebeveränderung liegt innerhalb den auf
der Detektorfläche
aufgetragenen Markierungsendpunkten v und w. Aufgrund der Position
X0, Y0 der ersten Gewebsveränderung
MA1 auf den Detektorebenen DF kann diese Position auf die Auflagefläche AF und die
Deckfläche
PP projiziert werden. Die dadurch erhaltenen Durchstoßpunkte
DP1, DP2 ergeben die Randprojektionskoordinaten für Röntgenstrahlen
einer in einer zweiten Position POS2 fixierten Röntgenquelle RQ. Gleichzeitig
ergibt die Projektion der Durchstoßpunkte auf die Detektorebene,
bei verbinden dieser Projektionspunkte P0, P1, auch die Länge eines
möglichen
Suchkorridor K im zweiten Bild B2.
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Aufgrund
der bekannten Verlaufsbahn des Röntgenkopfes
RQ und der Projektion der lokalisierten Gewebeveränderung
MA1' auf die Detektorebene
DF kann der Suchkorridor K weiter eingeschränkt werden. Der Anordnung nach 4 liegt
zur Berechnung der Eckpunkte P1, P0 auf der Detektorebene DF das
gleiche Koordinatensystem wie der Anordnung nach 2 zugrunde.
Das Isozentrum O liegt im biospierbaren Volumen.
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Die
Abkürzungen
haben folgende bedeutung: l ist die Distanz Des Röntgenkopfes
RQ zur Detektorfläche
DF, t die Entfernung von Detektorfläche DF und Auflagefläche AF,
h ist die Entfernung zwischen Auflagefläche AF und Isozentrum O und
mit der Breite b wird eine Kantenlange des Volumens M bezeichnet.
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Der
Röntgenkopf
RQ wird bei dem ersten Röntgenbild
B1 um den Winkel –φ und zu
dem zweiten Röntgenbild
um den Winkel +φ,
von einer Ruheposition aus bewegt. Liegen die Koordinaten x0, Y0
innerhalb der Begrenzungsmarken v, w, so werden die Eckpunkte P0,
P1 nach folgender Gleichung berechnet: Ausgehend von der Lage der
Markierungen MA1, ..., MAn zwischen den Eckpunkten v+,
w+ im Bild B1 auf der Detektorebene DF lassen
sich die Koordinaten der markierten Bereiche im zweiten Bild MA1,
..., MAn wie folgt bestimmen.
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Nachfolgend
die Angabe der Eckpunkte bei Vertauschung der Projektionen POS1,
POS2.
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Die
y-Werte in der Detektorebene ergeben sich exemplarisch für den Fall
1 aus nachfolgender Formel:
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In 5 ist
eine Visualisierungsart für
den beschriebenen Suchkorridor K wiedergegeben. In dem linken Bild
B1 wird eine Gewebeveränderung
MA1 lokalisiert. Diese Gewebeveränderung
MA1 aus Bild 1 liegt innerhalb des zuvor beschriebenen Rahmens RRA
und auf dem Suchkorridors K, wie oben beschrieben, im zweiten Bild
B2. In diesem hervorgehobenen Suchkorridor liegt die im ersten Bild
B1 markierte Gewebsveränderung.
Aufgrund einer Vielzahl von Gewebsveränderungen und einer Überlagerung
der Gewebsstrukturen aufgrund der 2D Aufnahme in den Röntgenbildern
ist es für
den Arzt ein geeignetes Mittel identische Gewebsstrukturen in dem
ersten und zweiten Bild B1, B2 der Stereoaufnahme zueinander zu
zuordnen.
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- EB
- ersten
Modul
- EZD
- zweites
Modul
- MBV
- drittes
Modul
- SK
- viertes
Modul
- LEG
- fünftes Modul
- SPF
- sechstes
Modul
- RA
- Submodul
zum dritten Modul
- B1,
B2
- erstes
und zweites Bild
- RQ
- Röntgenquelle
- UEB
- Übersichtbild
- PP
- Deckfläche
- RRA
- Rahmen
für biopsierbares
Volumen
- A', B', C', D'
- Eckpunkte
des Rahmens RRA
- A'', B'', C'', D''
- Eingeschränkte Eckpunkte
des Rahmens RRA
- l
- Abstand
Auflagefläche-Röntgenquelle
- M
- Objekt
- O
- Isozentrum
- h
- Abstand
Auflagefläche-Isozentrum
- MB
- Biopsierbaren
Volumen
- A,
B, C, D
- Eckpunke
für Auflagefläche
- a
- Länge der
Auflagefläche
- b
- Breite
der Auflagefläche
- d
- Abstand
d. Isoz. vom Kante d. Auflagefläche
- h
- Abstand
von Auflagefläche
- t
- Abstand
Detektorfläche-Auflagefläche
- AF
- Auflagefläche
- DF
- Detektorfläche
- TA,
TB, TC, TD
- Eckpunkte
umgerechnet auf Pixelkoordinaten
- PA,
PB, PC, PD
- Eckpunkte
projiziert auf Detektorfläche
- POS1,
POS2
- Position
der Röntgenquelle
- DP1,
DP2
- Durchstoßpunkte
- MA1', MA1
- erste
Gewebeveränderung
- BR1,
BR2, BR3
- erster,
zweiter, dritter Bereich
- P0,
P1
- Eckpunkte
des Suchkorridors
- K
- Korridor
- X0,
Y0
- Projektionskoordinaten
einer ersten Gewebsveränderung
- v,
w
- Bereichsbetrachungsgrenzen
