DE102010035924A1

DE102010035924A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Entnahme einer Gewebeprobe

Info

Publication number: DE102010035924A1
Application number: DE102010035924A
Authority: DE
Inventors: Daniel Fischer; Dr. Mertelmeier Thomas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: DE102010035924B4; US8639014B2; US20120051620A1

Abstract

Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren werden Raumkoordinaten von Gewebeveränderungen in Schichtbildern ermittelt und mittels einer Vorwärtsprojektion in Projektionsbilden überprüft um mit überprüften Raumkoordinaten überarbeitete Schichtbilder mit einer genauen Örtlichkeit einer Gewebeveränderung zu erstellen.

Description

Bei der Biopsie wird eine Gewebeprobe beispielsweise aus der Brust eines Patienten entnommen und histologisch untersucht. Die Gewebeentnahme erfolgt meist unter Zuhilfenahme eines bildgebenden Verfahrens.
Ein bildgebendes Verfahren in der Mammografie zur Diagnose von Brustkrebs ist die stereotaktische Bildgebung. Hierzu wird die Brust im Mammografiegerät mit einer Kompressionseinrichtung komprimiert und fixiert. Mit einer ersten Röntgenaufnahme wird überprüft, ob der zu untersuchende Bereich für eine Diagnose geeignet ist, d. h. die in der Abklärungsmammofie gefundene Läsion enthält. Danach werden eine zweite und dritte Röntgenaufnahme unter einem positiven und negativen Winkel in Bezug auf die erste Röntgenaufnahme gemacht, um daraus die räumliche Anordnung des Targets, zum Beispiel eines Tumors oder deren Microkalzifikationen, zu berechnen. Danach wird die Biopsienadel in die Brust eingeführt und die Position der Biopsienadel mit einer weiteren Stereoaufnahme kontrolliert.
Bei einem weiteren bildgebenden Verfahren zur Unterstützung der Diagnostik und zur Ermittlung der Raumkoordinaten für eine Entnahme einer Gewebeprobe werden Schichtbilder eines Tomosyntheseverfahren verwendet. Beim Tomosyntheseverfahren wird ein Tomosynthese-Rekonstruktionsprozesses angewendet mit dem ein Volumendatensatz eines Objektes erstellt wird. Der Volumendatensatz besteht aus Schichtbildern, in denen Gewebeveränderungen lokalisiert und beurteilt werden können. Zur Durchführung der Tomosynthese wird eine Sequenz von zum Beispiel 25 Röntgenbildern erstellt. Dazu wird eine Röntgenquelle über einem Detektor, zum Beispiel in einem Winkelbereich zwischen +25° bis –25° auf einem Kreissegment, bewegt. In regelmäßigen Abständen wird die Strahlung der Röntgenquelle ausgelöst und ein Röntgenbild aus dem Detektor ausgelesen und zwischengespeichert. Anschließend werden auf der Grundlage der Röntgenaufnahmen in einem Tomosyntheserekonstruktionsverfahren beispielsweise eine Anzahl parallel zum Detektor sich erstreckender und entlang einer Senkrechten auf dem Detektor gestapelter Schichtbilder erstellt. Bedingt durch untersuchungs- und gerätespezifische Einschränkungen bei der Auslenkung der Röntgenquelle ist eine Tiefenauflösung, dass heißt die Auflösung entlang der Senkrechten gegenüber der horizontal erreichbaren Auflösung geringer. Dies bringt den Nachteil einer Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Raumkoordinaten für eine Biopsie mit sich. Die Tiefenauflösung der Tomosynthese ist aber immer noch besser als die der Stereotaxie, wodurch auch die Unsicherheit in der Koordinatenbestimmung geringer ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben die den oben aufgeführten Nachteil weiter reduziert.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 7 gelöst.
Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren zur Entnahme einer Gewebeprobe liegt ein Schichtbilder aufweisender Volumensatz eines Objektes vor. Mittels eines Überprüfungsmoduls wird eine Gewebeveränderung in den Schichtbildern ermittelt und mit einer ersten Markierung versehen. Das Überprüfungsmodul berechnet aus dem Volumensatz Projektionsbilder mit den übertragenen ersten Markierungen. Nach einer Überprüfung der Markierungen in den vorliegenden Projektionsbildern werden wieder Schichtbilder errechnet.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass Läsionen in z-Richtung in den Schichtbildern präziser darstellbar sind.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Raumkoordinaten für eine Gewebeentnahme exakter bestimmt werden können.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mit den ermittelten Koordinaten der Gewebeveränderung die Abtastdichte/Anzahl der Schichten in einem neu oder partiell zu erstellenden Volumensatz und damit der Schichtabstand variiert werden kann.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mit zusätzlichen Zwischenschichten beispielsweise im Bereich einer zu betrachtenden Gewebeveränderung eine bessere Auflösung erreicht werden kann.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass nach einer priorisierten Targetbetrachtung nur eine bestimmbare Anzahl von Schichten im Bereich eines ausgewählten Targets einer Vorwärts-/Rückwärtsprojektion unterzogen werden.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass aufgrund der Raumkoordinatenüberprüfung vor einer erneuten Erstellung einer Sequenz von Tomosynthese-Projektionen einzelne Projektionen mit einer höheren Röntgenstrahlung aufgenommen werden, um eine bessere Lokalisation eines Targets ermitteln zu können.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Markierung des Targets für die tomosyntheseunterstützte Biopsie interaktiv sowohl in den Projektionsbildern als auch in den rekonstruierten Schichten erfolgt.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand von Figuren eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Tomosynthesescan,
2 Teile einer Mammographieanlage,
3 ein Überprüfungsmodul,
4 einen Stapel mit Schichtbildern und
5 Projektionen nach einer Vorwärtsprojektion.
Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren werden Raumkoordinaten von Gewebeveränderungen in Schichtbildern ermittelt und mittels einer Vorwärtsprojektion in Projektionsbildern überprüft um mit überprüften Raumkoordinaten überarbeitete Schichtbilder mit einer genauen Örtlichkeit einer Gewebeveränderung zu erstellen.
In 1 ist eine Trajektorie T einer Röntgenröhre R eines Mammographiegerätes wiedergegeben. Fixiert wird die Mamma O durch eine Kompressionsplatte KP. Diese Kompressionsplatte KP wird Sensorgesteuert angetrieben durch einen Motor oder manuell verstellt. Vor den Röntgenaufnahmen wird die Mamma O auf der Detektoroberfläche platziert und mittels Kompressionseinheit komprimiert und fixiert. Mittels des von der Röntgenquelle R ausgehenden Röntgenstrahlbündels RS kann der gesamte Detektorbereich oder Teile davon ausgeleuchtet werden. Der Zentralstrahl ZS des Röntgenstrahlbündels RS kann auf ein Teil des Objektes O ausgerichtet werden. In der Figur sind exemplarisch 5 Stationen der Röntgenröhre R auf der Trajektorie T wiedergegeben. Die Trajektorie T kann dabei wie dargestellt, entlang eines Kreissegmentes oder beliebig innerhalb einer Ebene verlaufen. Für die Tomosynthese wird eine erste Sequenz von beispielsweise 25 Röntgenbildern erstellt. Dabei wird die Röntgenröhre R über den Detektor D entlang eines Kreissegmentes in einem Winkelbereich WB zwischen +25° bis –25° bewegt. Objekte innerhalb der Mamma die zur Detektoroberfläche unterschiedliche Entfernungen aufweisen werden bei verschiedenen Stellungen der Röntgenquelle R entlang der Trajektorie an unterschiedlichen Stellen auf die Detektoroberfläche projiziert. Während der anschließenden Rekonstruktion, z. B. durch die Methode deren gefilterten Rückprojektion RWP, werden auffällige Gewebestrukturen in der Mamma durch geeignetes Filtern, Verschieben und Summieren verstärkt in Schichtbildern dargestellt. Die Rekonstruktion führt zu einer Reihe von Schichtbildern in unterschiedlichen Tiefenlagen parallel zur Detektoroberfläche. Nach einer Priorisierung unter einer Vielzahl von Gewebeveränderungen wird/werden mittels eines Selektieralgorithmuses die Tomosyntheseschicht oder -schichten ermittelt in denen eine Gewebeveränderung eine auswertbare Struktur bzw. Eigenart aufweist. Mit der Bestimmung der Schicht bzw. den Schichten kann u. a. die z-Koordinate und in der Schicht die x, y Koordinaten der Gewebeveränderung bestimmt werden. Bedingt durch die begrenzte Anzahl der Röntgenaufnahmen und der Größe des Kreissegmentes auf dem sich der Röntgenkopf bewegt, ist die Auflösung in Z-Richtung geringer als die sich in x, y Richtung erstreckenden Schichtbilder.
In 2 sind Teile einer Mammographieanlage abgebildet. Abgebildet sind Teile einer aus Kompressionsplatte KP und Detektoreinheit D gebildeten Kompressionseinheit, einem Nadelhalter NH mit Biopsienadel N sowie eine Datenverarbeitungseinheit. In dieser Anordnung ist die schematisiert abgebildete Datenverarbeitungseinheit mit einer Recheneinheit RE sowie einer Bildschirmeinheit B dargestellt. In der Recheneinheit RE sind unter anderem ein Schichtbilderzeugungsmodul RP sowie ein Überprüfungsmodul VM zur Überprüfung von Raumkoordinaten für ein zu untersuchendes Target Mxy wiedergegeben. Während eines Scans werden eine Vielzahl von Röntgenaufnahmen von einem Objekt O gemacht, wobei jeweils die Röntgenbilder aus dem Detektor D ausgelesen und in einen Datenspeicher SP der Recheneinheit RE bis zur Bearbeitung zwischengespeichert werden.
In 3 ist in Form eines Flußdiagrammes ein Überprüfungsmodul VM abgebildet. In dem Überprüfungsmodul VM sind u. a. ein Targetauswahlmodul AM, ein Kennzeichnungsmodul KMPT, ein Rechnungsmodul MVP, ein Vergleichsmodul VMTP, ein Markierungszuweisungsmodul NTP, sowie ein Schichtbilder Überarbeitungsmodul SUEM angeordnet. Mit dem Überprüfungsmodul VM werden Raumkoordinaten von einem in einem Stapel von Schichtbildern markierten Target Mxy in den Vorwärtsprojektionen überprüft und bei überschreiten eines vorgebbaren Toleranzwertes TOL berichtigt. Das gezeigte Überprüfungsmodul VM weist eingangsseitig ein Targetauswahlmodul AM zur Auswahl eines bestimmten Targets Mxy auf. In diesem Targetauswahlmodul AM werden bei einer Vielzahl von Targets in einem Stapel von Schichtbildern TSn, ..., TSn + x mindestens ein Target manuell oder programmgesteuert ermittelt. In dem nachfolgenden Kennzeichnungsmodul KMPT wird ein ermitteltes Target mit einer ersten Markierung Mxy versehen. Markiert werden biopsierbare Bereiche in den Tomosyntheseschichten. Ein Auswahlkriterium kann eine signifikante Schärfe einer verdächtigen Struktur, einer vorher in den diagnostischen Abklärungsaufnahmen identifizierten Läsion, der in einem Schichtbild TSn, ..., TSn + x abgebildeten Gewebeveränderung sein. Nachfolgend erfolgt mit den in dem Rechnungsmodul MVP integrierten Rechenalgorithmen eine Vorwärtsprojektion der Schichtbilddaten einschließlich der Markierung Mxy. Es können auch nur die Markierungspunkte vorwärtsprojiziert werden und danach in die bereits existierenden gemessenen Projektionen eingefügt werden. Bei der Vorwärtsprojektion werden Projektionen unter Berücksichtigung der Geometrie der Datenaufnahme berechnet. Die Bilddaten der Projektionsbilder RBk, ..., RBm einschließlich der oder den projizierten ersten Markierungen Mxy werden in dem Zwischenspeicher SP der Recheneinheit RE zur Weiterverarbeitung abgespeichert. Ausgangsseitig können vom Rechnungsmodul MVP Projektionsbilder RBk, ..., RBm einschließlich der oder den projizierten ersten Markierungen Mxy abgegriffen werden. Die erste Markierung Mxy aus den Schichtbildern wird in den Projektionsbildern RBk, ..., RBm mit „projizierte erste Markierung” M'xy bezeichnet. Mittels eines Selektionsalgorithmuses werden auffällige Strukturen in den Projektionsbildern RBk, ..., RBm, insbesondere im Bereich der projizierten ersten Markierung M'xy, selektiert und, wenn sie nicht mit den in den Projektionsbildern sichtbaren Läsionen übereinstimmen, mit einer zweiten Markierung RBTx versehen. Die zweite Markierung RBTx kann in mehreren Projektionsbildern RBk, ..., RBm erfolgen. Im Vergleichsmodul VMTP werden Abweichungen bei den Targetmarkierungen zwischen der übertragenen ersten Markierung M'xy und der zweiten Markierung RBTx betrachtet. Überschreitet die Abweichung zwischen der übertragenen ersten Markierung M'xy und der zweiten Markierung RBTx einen vorgebbaren Wert TOL, z. B. 1 mm, wird die zweite Markierung RBTx im Markierungszuweisungsmodul NTP für eine erneut durchzuführende Rückprojektion im Schichtbilderstellungsmodul RP verwendet. Bei einer nachfolgenden rechengesteuerten Auswertung der Gewebekoordinaten wird beispielsweise ein Versatz von dieser zu den ursprünglich ermittelten Biopsiekoordinaten angezeigt. Aufgrund der überarbeiten Raumkoordinaten werden bei einer möglichen Veränderung des Wertes, z. B. der z-Koordinate, bei dem betrachteten Target dieses durch zusätzliche Zwischenschichtbilder in den Stapel der Schichtbilder ST exakter abgebildet. Um Rechenzeit zu minimieren könnten beispielsweise nur die Schichten um die lokalisierte Gewebeveränderung neu berechnet und in einen existierenden Volumensatz eingefügt werden. Diese und weiterführende Rechenprozeduren werden im Schichtbildüberarbeitungsmodul SUEM vorgenommen.
Zur Darstellung können die Röntgenbilder mit den markierten Gewebeveränderungen, die daraus errechneten Schichtbilder und die Ergebnisse aus der Vorwärtsprojektion in Bildschirmsegmenten eines Bildschirms oder auf mehreren Bildschirmen dargestellt werden.
In 4 sind exemplarisch eine Unterzahl von Schichtbildern TSn, TSn + k abgebildet. Bei einer Durchsicht der einzelnen Schichtbilder ergibt sich aufgrund der Struktur eines Targets in den Schichtbildern, das eine Biopsie für eine weitergehende Untersuchung durchzuführen ist. Vor der Gewebeentnahme werden die Raumkoordinaten der Gewebeveränderung überprüft. Zur weiteren Betrachtung der Gewebeveränderung wird dieses mit einer ersten Markierung Mxy versehen.
In 5 sind die Röntgenbilder bzw. die Projektionsbilder RBk, ..., RBm die mittels der Vorwärtsprojektion aus den Daten der Schichtbilder ST errechnet wurden abgebildet. Abgebildet ist auch die projizierte erste Markierung M'xy. Zusätzlich ist in den Projektionsbildern RBk, ..., RBm auch eine selektierte Gewebeveränderung RBTx markiert. Wie oben beschrieben bildet ein und dieselbe Gewebeveränderung die Grundlage für dessen Markierung Mxy, M'xy, RBTx. Überschreitet nun der Wert der projizierten ersten Markierung Mxy gegenüber der Markierung RBTx, die der echten Position der Läsion (Tumorposition) entspricht einen Schwellwert TOL, so wird bei Anwendung der Rechenalgorithmen der Rückprojektion RWP im Schichtbilderzeugungsmodul RP in der Recheneinheit RE die zweite Markierung RBTx zur Errechnung eines neuen/überarbeiten Volumensatzes verwendet. Dabei wird der Punkt RBTx im Volumendatansatz neu berechnet. Da die Markierung RBTx auch in mehreren vorwärtsprojizierten Projektionen RBk, RBk + 1, RBk + 2, ..., eingebracht werden kann, ist nicht garantiert, dass diese Markierungen konsistent sind, d. h. bei der Rekonstruktion in den Volumendatensatz auch dem gleichen Raumpunkt entsprechen. Bei mehreren Markierungen wird der Raumpunkt mit einem Schätzverfahren, z. B. Least Square-Methode, geschätzt, der am besten mit den einzelnen Markierungen RBTx vereinbar ist. Im letzten Schritt werden die so bestimmten Koordinaten an die Biopsieeinheit zur Nadelsteuerung weitergegeben.
Bezugszeichenliste

T

Target/Gewebeveränderung

BN

Biopsienadel

NH

Nadelhalter

D

Detektor

KP

Kompressionsplatte

RE

Recheneinheit

B

Bildschim

EH

Eingabeeinheit

SP

Speicher

RP

Schichtbilderzeugungsmodul

ST

Schichtbild/Volumendatensatz

TSn, TSx

xtes-Schichtbild

Mxy

erste Markierung des Targets im Schichtbild

M'xy

übertragene erste Markeirung des Targets im Projektionsbild

RBk, ..., RBm

Projektionsbilder

RBTx

zweite Markierung

VM

Überprüfungsmodul

AM

Targetauswahlmodul

KMPT

Kennzeichnungsmodul

MVP

Modul zur Durchführung der Vorwärtsprojektion/Rechnungsmodul

VMTP

Vergleichsmodul

NTP

Markierungszuweisungsmodul

RWP

Rückprojektion

SUEM

Schichtbild Überarbeitungsmodul

T

OL Vorgabe der Toleranzschwelle

O

Objekt

R

Röntgenröhre/Röntgenquelle

RS

Röntgenstrahlbündel

ZS

Zentrahlstrahl

WB

Tomosynthesewinkel

Claims

Vorrichtung zur Entnahme einer Gewebeprobe, wobei ein Schichtbilder (TSn) aufweisender Volumendatensatz eines Objektes (O) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überprüfungsmodul (VM) vorgesehen ist, womit eine Gewebeveränderung in den Schichtbildern ermittelt und mit einer ersten Markierung (Mxy) versehen wird, dass Projektionsbilder (RBk, ..., RBm) mit der projizierten ersten Markierung (M'xy) aus den Daten der Schichtbilder (TSn) berechnet werden und dass von den Projektionsbildern (RBk, ..., RBm) mit den überprüften Markierungen (M'xy, RBTx) Schichtbilder (TSn) errechnet werden und daraus die Biopsiekoordinaten bestimmt werden.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennzeichnungsmodul (KMPT) vorgesehen ist, womit für eine Gewebeveränderung mit einer übertragenen ersten Markierung (M'xy) in den Projektionsbildern (RBk, ..., RBm) eine zweite Markierung (RBTx) vergeben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleichsmodul (VMTP) vorgesehen ist, wobei für eine Gewebeveränderung die Koordinaten der in die Projektionsbilder (RBk, ..., RBm) übertragenen ersten Markierung (M'xy) mit den Koordinaten einer der gleichen Gewebeveränderung zugeordneten zweiten Markierung (RBTx) verglichen wird, wobei bei Überschreiten eines vorgebbaren Wertes (TOL) die Daten der zweiten Markierung (RBTx) in eine verifizierte Schichtbildberechnung eingeht.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schichtbildüberarbeitungsmodul (SUEM) vorgesehen ist, dass bei einer Übernahme der zweiten Markierung die Veränderung in den Schichtbildern visualisiert wird.
Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtbildüberarbeitungsmodul (SUEM) derart ausgebildet ist, dass Zwischenschichten im Bereich der Markierungsveränderung eingefügt werden.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul zur Vorwärtsprojektion (MVP) vorgesehen ist, um aus den Schichtbildern (ST) des Volumendatensatzes Projektionsbilder (RBk, ..., RBm) zu berechnen.
Verfahren zur Entnahme einer Gewebeprobe, wobei ein Schichtbilder (TSn) aufweisender Volumensatz eines Objektes (O) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewebeveränderung in den Schichtbildern ermittelt und mit einer ersten Markierung (Mxy) versehen wird, dass Projektionsbilder (RBk, ..., RBm) mit der projizierten ersten Markierung (M'xy) aus den Daten der Schichtbilder (TSn) berechnet werden und dass von den Projektionsbildern (RBk, ..., RBm) mit den überprüften Markierungen (M'xy, RBTx) Schichtbilder (TSn) errechnet werden, woraus die Biopsiekoodrinaten bestimmt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewebeveränderung mit einer übertragenen ersten Markierung (M'xy) in den Projektionsbildern (RBk, ..., RBm) eine zweite Markierung (RBTx) vergeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewebeveränderung die Koordinaten der in die Projektionsbilder (RBk, ..., RBm) projizierten ersten Markierung (M'xy) mit den Koordinaten einer der gleichen Gewebeveränderung zugeordneten zweiten Markierung (RBTx) verglichen wird, wobei bei Überschreiten eines vorgebbaren Wertes (TOL) die Daten der zweiten Markierung (RBTx) mit in eine verifizierte Schichtbilddarstellung übernommen werden.
Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Übernahme der zweiten Markierung die Veränderung in den Schichtbildern visualisiert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenschichten im Bereich der Markierungsveränderung eingefügt werden.