-
Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem mit einer Mehrzahl von Röntgenquellen und einem Detektor.
-
Eine herkömmliche Mammographieanlage besteht aus einer an einem Stativ angeordneten Röntgenquelle, einer Detektor- und einer Kompressionseinheit. Ein U-förmiger Träger, an dessen Enden die Röntgenquelle sowie die Detektoreinheit angeordnet sind, ist an dem Stativ drehbar befestigt. Vor einer Untersuchung wird die Brust mittels eines Kompressionselementes komprimiert. Bei einer cranio-kaudalen Projektion oder bei einer mediolateral-oblique-Projektion wird der Träger einmal vertikal ausgerichtet und bei der zweiten Aufnahme um beispielsweise 45 Grad geneigt. Beim Wechsel der Projektionen wird der U-förmige Träger um seine zentrale Achse geschwenkt. Neben der herkömmlichen Mammographie gewinnt die Tomosynthese zunehmend an Bedeutung. Bei der Tomosynthese wird der Detektor mit der Kompressionseinheit von dem zentralen U-förmigen Träger entkoppelt. Bei diesem Untersuchungsverfahren wird die komprimierte Brust ortsfest gehalten und mit einer Röntgenquelle die zum Beispiel entlang eines Kreisbogensegmentes verfahren wird aus unterschiedlichen Richtungen durchleuchtet. Die einzelnen Röntgenbilder werden in einer Recheneinheit zwischengespeichert und zu einem Volumenbild verrechnet.
-
Die 2D-Röntgenaufnahmen der Mammographie ermöglichen eine gute Diagnose. Die Auflösung des Röntgenbildes stößt jedoch an seine Grenzen wenn unterschiedliche Gewebeschichten in Richtung des Röntgenstrahls überlagert werden oder das Gewebe sehr dicht ist. Eine Aussage über die Lage von Details entlang der Strahlungsrichtung ist in der Regel nur eingeschränkt möglich. Um diese Einschränkungen zu minimieren wird auf die 3D-Bildgebung zurückgegriffen. Die Tomosythese nutzt im Gegensatz zu einem 3D-Computertomogram einen eingeschränkten Abtastbereich. Bei der Tomosynthese wird die Röntgenquelle entlang eines Kreisbogenabschnittes um die Brust bewegt. Durch die vorgegebene Hauptstrahlrichtung der auf einer vorgegebenen Bahn sich bewegenden Röntgenquelle können Strukturen entlang der Hauptstrahlrichtung verschmiert werden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ausgestaltung und ein Verfahren für ein Mammographiegerät anzugeben, bei dem Gewebestrukturen auch mit kleinen Abtastbereichen differenzierbar sind.
-
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 oder 15 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Dazu wird ein Röntgensystem mit einer Mehrzahl von Röntgenquellen matrixförmig nach Zeilen und Spalten unterteilt innerhalb eines Feldes angeordnet und eine Ansteuerungseinheit zur Auswahl und Ansteuerung von Röntgenquellen des Feldes derart ausgeprägt, dass Röntgenquellen nacheinander entlang mindestens zweier Reihen innerhalb des Feldes vorbestimmbar und ansteuerbar sind wobei nach Auswahl einer Zeile und Spalte des Feldes die angesteuerte Röntgenquelle Röntgenstrahlen abgibt und in einer Datenverarbeitungseinheit die Röntgenbilddaten mittels eines Rekonstruktionsverfahrens ein Gesamtvolumenbild errechnet wird.
-
Des Weiteren ist die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet, dass vor einer Rekonstruktion eines Gesamtvolumenbildes die von einem Detektor abgreifbaren Röntgenbilddaten entsprechend der jeweiligen Reihe in getrennten Rekonstruktionsverfahren jeweils zu einem Volumenbild verarbeitet werden können.
-
Die Ansteuereinheit ist ebenso derart ausgebildet, dass die Röntgenquellen innerhalb des Feldes entlang einer sägezahnförmig verlaufenden Aktivierungsreihenfolge erfolgt.
-
Die Ansteuereinheit ist auch derart konfigurierbar, dass bei einer Serie von aufeinanderfolgenden Röntgenaufnahmen bei einer zeilenorientierten Ansteuerung der Röntgenquellen mindestens eine Röntgenquelle in einer benachbarten Zeile aktivierbar ist.
-
Darüber hinaus ist die Ansteuereinheit derart ausbildbar, dass bei einer Serie von aufeinanderfolgenden Röntgenaufnahmen bei einer spaltenorientierten Ansteuerung der Röntgenquellen mindestens pro Spalte eine Ansteuerung einer Zeile erfolgt.
-
Die Ansteuereinheit kann ebenso ein mit mindestens zwei Zeilen mit jeweils einer Vielzahl von Röntgenquellen gebildetem Feld derart ansteuern, dass die Röntgenquellen vorbestimmbar ausgewählt und angesteuert werden, wobei sich die jeweils angesteuerte Spalte und Zeile pro Röntgenbild bei einer Serie von Röntgenbildern für eine Tomosynthese ändert.
-
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mit einer nicht geradlinig verlaufenden Reihe bzw. Aufnahmebahn der ausgewählten Röntgenquellen und einer nachfolgenden 3D-Bildverarbeitung Gewebestrukturen unterschieden und eine Rekonstruktion ohne Verschmierungen des Gewebes des untersuchten Objektes möglich ist.
-
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass während eines Screenings, das heißt während eines Aufnahmezyklusses, keine systemseitig bedingten Bewegungsartfakte die Qualität der Röntgenbilder vermindern.
-
Die Erfindung wird Nachfolgend mittels der in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Röntgensystems,
-
2 eine Multifokusröhre,
-
3 eine Ausgestaltung einer Multifokusröhre,
-
4 eine perspektivische Darstellung einer Multifokusröhre,
-
5 eine weitere Multifokusröhre,
-
6 eine weitere Ausgestaltung einer Multifokusröhre und
-
7 eine Ausgestaltung des Röntgensystems.
-
1 zeigt eine Anordnung von zwei Multifokusröhren MF1, MF2 mit einer Detektoreinheit D. Bei dieser Darstellung sind beispielsweise zwei Multifokusröhren in einer Zeile angeordnet. Die Multifokusröhren MF1, MF2 weisen eine Vielzahl von Röntgenquellen CNT1, ..., CNTz auf. Eine einzelne Röntgenquelle CNT1, ..., CNTz kann beispielsweise mit einer Carbon-Nano-Tube-Kathode ausgebildet sein. Über eine elektronische Ansteuerung der einzelnen Röntgenquellen CNTx werden entsprechend der Anzahl der Röntgenquellen jeweils 2D-Röntgenbilder von dem auf dem Detektor D angeordneten Objekt O angefertigt. Bei dieser gezeigten Anordnung wird eine auf dem Detektor D angeordnete Brust durchleuchtet. Die Röntgenquellen der beiden Multifokusröhren M1, M2 sind dabei jeweils so ausgerichtet, dass sich die Zentralstrahlen ZSCNT1, ..., ZSCNTz der Röntgenquellen CNT1, ..., CNTz in einer Ebene liegen und sich in einem Punkt schneiden. Die Röntgenquellen CNT1, ..., CNTz können einzeln und zeitlich nacheinander angesteuert werden.
-
Die in 2 gezeigte Anordnung der Röntgenquellen mit Carbon Nano Tube Kathoden CNT1, CNT2, ..., CNTn gibt eine Ausprägung einer Multifokusröhre MF wieder.
-
In den nachfolgenden Figuren sind die Röntgenquellen CNTn in einem matrixförmigen aufgegliederten Feld F angeordnet. Dieses Feld F ist in Zeilen Z1, Z2, Z3, ..., Zm und Spalten S1, S2, ..., Sn untergliedert. Die Röntgenröhren CNTm,n sind jeweils an den Kreuzungspunkten von Zeile und Spalte angeordnet. In den jeweiligen Ausführungsbeispielen werden Möglichkeiten einer differenzierten Ansteuerung gezeigt und beschrieben. Bewegt sich der Röntgenkopf bei einem eingangs beschriebenen Röntgenmammographiegerät entlang einer Kreisbahn bzw. einem Kreissegment um die Brust, so werden die Röntgenquellen der stationär angeordneten Multifokusröhren entsprechend in dem matrixartig aufgegliederten Feld F ausgewählt und die Zentralstrahlen ZSCN1,1; ...; ZSCn m,n der angesteuerten Röntgenröhren schneiden sich vorgebbar in einem Punkt.
-
In 3 ist eine perspektivische Wiedergabe einer Multifokusröhre MF gezeigt. Bei dieser Multifokusröhre MF sind in einer ersten und zweiten Zeile eine Vielzahl von Röntgenquellen CNTm,n angeordnet. Während eines Screenings, werden die Röntgenröhren bzw. Röntgenquellen CNTm,n beginnend mit einer Röntgenröhre CNT1,1 aus der ersten Reihe und ersten Spalte aktiviert. Fortgesetzt wird das Screening mit einer Röntgenquelle CNT2,1 der zweiten Reihe R2 und zweiten Spalte S2. Danach werden die Röntgenquellen CNT1,3; CNT2,4; CNT1,5; CNT2,6 ... angesteuert. Die Auswahl und Aktivierung der Röntgenquellen erfolgt entlang der Multifokusröhre und wechselt zwischen der ersten und zweiten Zeile des Feldes F. Die Ansteuerung der Röntgenquellen kann auch unterteilt in einer ersten Reihe und einer zweiten Reihe erfolgen. Die Zentralstrahlen ZSCN1,1; ...; ZSCn m,n liegen zusammenfassbar in zwei Ebenen. Eine erste Ebene wird durch die Zentralstrahlen der vorderen Reihe R1 der Multifokusröhre MF und eine zweite Ebene wird durch die Zentralstrahlen der hinteren Reihe R2 der Multifokusröhre MF gebildet. Die gezeigte Anordnung bringt den Vorteil mit sich, dass der Einfallswinkel des Röntgenzentralstrahls der aus der ersten Zeile aktivierten Röntgenquellen sich von den Einfallswinkeln der Röntgenzentralstrahlen von den aus der zweiten Zeile aktivierten Röntgenquellen unterscheidet. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass Gewebestrukturen durch Verrechnung der 2D-Röntgenbilddaten, beispielsweise zu einem Volumenbild ohne Verschmierungen rekonstruiert werden können. Die gezeigte Anordnung bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass entsprechend einer bestimmten Fragestellung der Fokuspunkt auf ein bestimmtes Gebiet ausgerichtet werden kann. Zu einer gezielten Untersuchung eines begrenzten Raumes innerhalb eines zu untersuchenden Objektes können einzelne Röntgenquellen abseits einer geradlinigen Aktivierung von Röntgenquellen angesteuert und Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Richtungen vom Objekt erfolgen.
-
Die beschriebene Bildakquisition bringt den Vorteil mit sich, dass für die Rekonstruktion die Zentralstrahlen der aktivierten/angesteuerten Röntgenquellen in diesem Ausführungsbeispiel zwei verschiedenen Ebenen zugeordnet werden können. Die Rekonstruktion der Volumenbilder erfolgt je Reihe R1, R2 innerhalb des Feldes. Die Rekonstruktion des untersuchten Objektes kann auch durch eine direkte Rekonstruktion eines Gesamtvolumenbildes unter gleichzeitiger Verwendung der Röntgenbilddaten aus beiden Reihen erfolgen.
-
In 4 ist eine weitere mögliche Auswahl bzw. Ansteuerung von Röntgenquellen der Multifokusröhre gezeigt. Hier sind einzelne Röntgenquellen CNTx,y der ersten und zweiten Reihe R1, R2 ausgewählt. Die mögliche Auswahl der Röntgenquellen CNTx,y ist durch den Verlauf der gezeigten Aktivierungsreihenfolge entlang der Linie T angedeutet. Mittels dieser Auswahl der Röntgenquellen CNTx werden Röntgenbilder von einem Objekt aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen.
-
In 5 sind drei Reihen R1, R2 und R3 von Multifunktionsröhren MF parallel angeordnet. In dieser Figur ist ein linear verlaufendes Screening entlang der Reihe bzw. Aktivierungsreihenfolge Sg und ein sägezahnförmig verlaufendes Screening bzw. eine sägezahnförmig verlaufende Aktivierungsreihenfolge Sv mit den Teilabschnitten T1, T2, ..., Tn angedeutet. Die Anzahl der Röntgenquellen in der ersten, zweiten und dritten Reihe R1, R2, R3 ist auf den Screeningverlauf abgestimmt. So erfolgt bei einem ersten Screening eine Durchleuchtung eines Objektes mittels der in der mittleren Reihe R2 angeordneten Röntgenquellen. Bei Unregelmäßigkeiten in der Gewebestruktur können in einem zweiten Screening gezielt Röntgenaufnahmen mittels versetzt angeordneten Röntgenquellen aus der ersten und dritten Reihe R1, R3 gemacht und anschließend über Zwischenschritte zu einem 3D-Volumenbild verrechnet werden. Die Aktivierung der Röntgenquellen zum ersten und zweiten Screening können auch innerhalb eines Scans erfolgen. Die Auswahl und Aktivierung der Röntgenröhren erfolgt nacheinander und beispielsweise bei der gezeigten Multifokusröhre MF von links nach rechts.
-
In 6 ist ein weiteres Beispiel mit matrixförmig angeordneten Röntgenquellen einer Multifokusröhre MF wiedergegeben. Mittels einer elektronischen Ansteuerung können hier entsprechend des zu durchleuchtenden Gewebes beliebig einzelne Röntgenquellen CNTm,n angesteuert und 2D-Röntgenbilder erzeugt werden. Eine Verrechnung zu Volumenbildern auf Grundlage der einzelnen 2D-Röntgenbilder kann wie oben bereits erläutert erfolgen.
-
Die Carbon-Nano-Röhren CNTm,n der Multifokusröhre MF sind flächenhaft angeordnet. Die flächenhaft angeordneten Carbon Nano Tubes CNTm,n können auf eine wie in 1 gezeigten Zentralebene fokussiert werden. In einer weiteren Anordnung sind die Carbon-Nano-Tubes zumindest nahezu Rechtwinklig zur Detektorebene angeordnet. Die Röntgenröhren können auf einen Fokuspunkt ausgerichtet werden. Der Verlauf des Röntgenstrahls kann auch durch eine Ausrichtung der jeweiligen Anode auf einen Fokuspunkt FP beeinflusst werden.
-
Die Multifokusröhre MF ist mit einer Mehrzahl von Röntgenquellen mit jeweils zugeordneten Röntgenfokussen ausgestaltet. In einer Ausgestaltung können die Röntgenquellen mit einem Vakuum umgeben in einem Vakuumgefäß integriert sein. Die Kathoden der Röntgenquellen können als thermische Emitter, oder auch als sog. kalte Emitter die auch als Feldemitter bezeichnet werden in Carbon-Nano-Tube-Technologie ausgebildet sein. In einer bestimmten Reihenfolge werden die Kathoden mit Steuersignalen einer hier nicht näher dargestellten elektronischen Ansteuerschaltung AE angesteuert. Eine Elektronenbeschleunigungsspannung wird von einer Anoden-Kathoden Spannungsversorgungseinheit in Abhängigkeit vom Spannungspotential an der Anode bereitgestellt.
-
Bei der oben beschriebenen stationären Tomosynthese für die Mammographie können z. B. abhängig von einer Lokalisation in einem Objekt verschiedene Projektionen auf ein Objekt durchgeführt werden. Ein Screening eines Objektes kann je nach klinischer Fragestellung flexibel wie in den Ausführungsbeispielen, insbesondere mit 4, 5 oder 6, 7 gezeigt, erfolgen.
-
7 zeigt eine Ausgestaltung eines Röntgensystems, insbesondere ein Mammographieröntgensystem. Das Röntgensystem weist eine Multifokusröhre MF mit einem Feld F von Röntgenquellen CNTm,n auf. Die Multifunktionsröhre kann stationär mit einem hier nicht explizit dargestellten Stativ verbunden sein. In dem Feld F sind beispielsweise drei Zeilen Z1, Z2, Z3 und eine Mehrzahl von Spalten S1, S2, Sri mit einer Vielzahl von Röntgenquellen CNTm,n angeordnet. Das Feld F kann auch einwärts gewölbt sein. Die Ausrichtung der Röntgenquellen CNTm,n kann vorjustiert oder entsprechend den Anforderungen für eine Röntgenbildaufnahme oder einer Volumenbilderstellung elektronisch oder motorisch auf einen Punkt FP ausgerichtet werden. Angesteuert werden beispielsweise die Kathoden und/oder Anoden der Röntgenquellen CNTm,n von einer Ansteuereinheit AE. Die Zentralstrahlen ZSCNT1,1; ...; ZSCNTm,n der Röntgenquellen CNTm,n sind auf einen Fokuspunkt FP innerhalb eines auf dem Detektor D angeordneten Objektes O, beispielsweise einer Brust einer Patientin, gerichtet. Entsprechend der Aktivierungsreihenfolge entlang der angedeuteten Linie T bzw. Ansteuerung der Röntgenquellen CNTm,x in den Reihen Rm der Multifokusröhre MF werden die digitalen 2D-Röntgenbilddaten von dem Detektor D abgerufen und in entsprechenden Speichereinheiten in einem Datenverarbeitungseinheit CPU zwischengespeichert bis diese beispielsweise pro Reihe zu einem Volumenbild verrechnet werden. Die digitalen 2D-Röntgenbilder können auch kontinuierlich während eines Screenings in einer Volumenbilderzeugungseinheiten VBG zu einem Gesamtvolumenbild verarbeitet werden. In der Volumenbilderzeugungseinheit VBG können die Röntgenbilddaten von aktivierten Röntgenquellen deren Röntgenzentralstrahlen auf einer Ebene liegen zu mindestens einem ersten Volumenbild verrechnet werden. Danach können beispielsweise über Schnittbilder bzw. Schichtbilder aus den einzelnen Volumenbildern in einem weiteren Verarbeitungsschritt diese zu einem Gesamtvolumenbild verrechnet werden. Die Datenverarbeitungsanlage CPU ist dabei so ausgelegt, dass nach Berechnung des Volumenbildes Schnittbilder auf Grundlage des Volumenbildes oder des Gesamtvolumenbildes erstellt werden können. Die Berechnung der Schnittbilder erfolgt in einem Bildverarbeitungsmodul BVM. Die Anordnung bringt den Vorteil mit sich, dass keinerlei mechanische Bewegung von Röntgenröhre und/oder Detektor nötig wird und daher keine Bewegungsartefakte verursacht werden. Zudem erfordert das beschriebene Röntgensystem keine Steuereinheiten für eine Bewegungsmechanik für eine Röntgenquelle. Eine Verschmierungsrichtung einer weiteren Abtastbahn beziehungsweise Reihe Rn unterscheidet sich von einer Verschmierungsrichtung zu einer ersten Abtastbahn bzw. Reihe Rn. Objektstrukturen die bei einer ersten Tomosynthese noch überlagert waren, können durch die zweite Abtastbahn verbessert rekonstruiert werden. Eine Rekonstruktion kann durch getrennte Rekonstruktion zweier Volumenbilder aus den Daten der jeweiligen Bahnen bzw. Reihe Rn mit anschließender mathematischer Überlagerung beider Bilddaten zu einem Volumen bzw. zu einem 3D-Bild mittels einer gefilterten Rückprojektion erfolgen. Für spezielle Fragestellungen können Röntgenaufnahmen aus den möglichen Röntgenquellen aus verschiedenen Winkeln zu dem Objekt O erfolgen, zusätzliche Scans oder Teilscans, abhängig von der Objektgröße O, sind ebenfalls durchführbar. Die Aktivierungsreihenfolge der Röntgenquellen kann wie in 7 gezeigt sägezahnförmig verlaufen. Eine Rekonstruktion des untersuchten Objektes kann über mehrere Verarbeitungsschritte erfolgen. Es könnte beispielsweise je Reihe Rn ein Volumenbild erzeugt werden. Eine direkte Rekonstruktion eines Volumenbilds kann unter gleichzeitiger Verwendung der Röntgenbilddaten oder durch eine getrennte Rekonstruktion der Volumenbilder erfolgen.
-
Bezugszeichenliste:
-
-
- MF, MF1, MF2
- Multifokusröhre/Multifokalstrahler
- CNT1, ..., CNTn, CNTz
- Röntgenquelle mit Carbon Nano Tube Kathode
- D
- Detektor
- R1
- Erste Zeile/Reihe
- R2
- Zweite Zeile/Reihe
- R3
- Dritte Zeile/Reihe
- Sg
- Srceening geradlinig/geradlinig verlaufende Aktivierungsreihenfolge
- Sv
- Srceening versetzt/sägezahnförmig verlaufende Aktivierungsreihenfolge
- T
- Linie/Abtastbahn/Aktivierungsreihenfolge
- T1, T2, ..., Tn
- Teilabschnitten/Diagonale
- ZSCNT1, ..., ZSCNTz
- Zentralstrahl/Röntgenzentralstrahl
- O
- Objekt
- F
- Feld
- FP
- Fokuspunkt
- AE
- Ansteuereinheit
- B
- Bildschirmeinheit
- CPU
- Datenverarbeitungseinheit/Zentralprozessor
- VBG
- Volumenbilderzeugungseinheit/Verarbeitungseinheit
- BVM
- Bildverarbeitungsmodul
