DE102011055616A1

DE102011055616A1 - System und Verfahren zur Brustbildgebung mittels Röntgen-Computertomographie

Info

Publication number: DE102011055616A1
Application number: DE102011055616A
Authority: DE
Inventors: Bruno Kristiaan Bernard De Man; Serge Louis W. Muller
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-07-05
Also published as: JP2012110698A; JP5920912B2; US8649479B2; US20120128120A1

Abstract

Ein System und ein Verfahren für Brustbildgebung mittels Röntgen-Computertomographie (CT) sind geschaffen. Zu einem System (10) gehören: eine rotierende Gantry (12); eine Röntgenquelle (14), die mit der Gantry verbunden ist, um ein Röntgenstrahlbündel zu erzeugen; und ein Röntgendetektor, der mit der Gantry verbunden ist, um Röntgenstrahlen des Röntgenstrahlbündels zu detektieren. Das System enthält außerdem einen einstellbaren Kollimator (24), der mit der Röntgenquelle verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, einen Fokus des durch die Röntgenquelle erzeugten Röntgenstrahlbündels einzustellen. Weiter enthält das Röntgensystem eine Steuereinrichtung (34), die dazu eingerichtet ist, den Kollimator zu steuern, um den Fokus auf einem interessierenden Bereich (ROI) einzustellen, und um eine Strahlintensität für das Röntgenstrahlbündel zu steuern, das durch die Röntgenquelle während eines Scandurchlaufs erzeugt wird.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die hier beschriebene Erfindung betrifft allgemein Bildgebungssysteme und spezieller Systeme und Verfahren für Röntgen-Brustbildgebung.
Mammographie ist ein Röntgen-Bildgebungsverfahren, das verwendet wird, um Brüste mit Blick auf Screening, Diagnose und Behandlung zu scannen. Die Effizienz der Mammographie wird durch zahlreiche Faktoren beeinträchtigt, beispielsweise durch Strahlungsstreuung, Rauschen und Überlappung anatomischer Strukturen, wie sie aufgrund herkömmlicher Röntgenprojektion-Bildgebungstechniken auftreten.
Für die Brustbildgebung sind eigens entwickelte Systeme bekannt. Beispielsweise ist ein digitales Brust-Tomosynthese-(DBT-)- oder Mammographie-Tomographie-(Mammo-Tomo)-System ein speziell entwickeltes Mammographiesystem, das mehrere (z. B. einige Dutzend) in Umfangsrichtung versetzte Projektionsbilder akquiriert und dreidimensionale(3D-)Bilddatensätze rekonstruiert, die eine geringere anatomische Überlappung aufweisen können. Diese herkömmlichen DBT-Systeme sind zwar in der Lage, die Nachteile standardmäßiger Mammographiesysteme teilweise zu überwinden, weisen jedoch immer noch eine beschränkte Tiefenauflösung auf. Darüber hinaus sind zugeordnete Artefakte und Streuung bei der Nutzung von DBT-Systemen weiter problematisch.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Röntgen-Computertomographie-(CT)-System geschaffen, zu dem gehören: eine rotierende Gantry; eine Röntgenquelle, die mit der Gantry verbunden ist, um ein Röntgenstrahlbündel zu erzeugen; und ein Röntgendetektor, der mit der Gantry verbunden ist, um Röntgenstrahlen des Röntgenstrahlbündels zu detektieren. Das Röntgen-CT-System enthält ferner einen einstellbaren Kollimator, der mit der Röntgenquelle verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, einen Fokus des durch die Röntgenquelle erzeugten Röntgenstrahlbündels einzustellen. Das Röntgen-CT-System enthält außerdem eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Kollimator zu steuern, um den Fokus auf einem interessierenden Bereich (ROI) einzustellen, und um eine Strahlintensität für das Röntgenstrahlbündel zu steuern, das während eines Scandurchlaufs durch die Röntgenquelle erzeugt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Röntgen-Computertomographie-(CT)-System geschaffen, zu dem gehören: eine rotierende Gantry; mehrere Röntgenquellen, die mit der Gantry verbunden sind, um Röntgenstrahlen zu erzeugen; und ein Röntgendetektor, der mit der Gantry verbunden ist, um Röntgenstrahlen der Röntgenstrahlbündel zu detektieren. Das Röntgen-CT-System enthält außerdem eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die mehreren Röntgenquellen getrennt zu steuern, so dass selektiv Röntgenstrahlen erzeugt werden, um den Fokus auf einem interessierenden Bereich (ROI) einzustellen, und eine Strahlintensität für die Röntgenstrahlbündel zu steuern, die durch die mehreren Röntgenquellen während eines Scandurchlaufs erzeugt werden.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Steuern/Regeln des Betriebs eines rotierenden Computertomographie-(CT)-Bildgebungssystems geschaffen, um eine organspezifische Bildgebung durchzuführen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Identifizieren einer Ausrichtung einer Patientin (bzw. eines Patienten) in einem Tunnel des CT-Bildgebungssystems; und Ermitteln eines Gantrywinkels des CT-Bildgebungssystems, wobei die Gantry wenigstens eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor trägt. Weiter beinhaltet das Verfahren den Schritt, während eines Scandurchlaufs mit dem CT-Bildgebungssystem auf der Grundlage einer Winkelausrichtung der Gantry einen Fokus der Röntgenquelle und eine Strahlintensität einzustellen, die durch die wenigstens eine Röntgenquelle erzeugt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht in einem Blockdiagramm ein Röntgen-Computertomographie-(CT)-Bildgebungssystem, das gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen aufgebaut ist.
2 veranschaulicht schematisch eine Röntgen-CT-Brustbildgebung bei einer Gantryposition gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
3 veranschaulicht schematisch eine Röntgen-CT-Brustbildgebung bei einer weiteren Gantryposition gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
4 veranschaulicht schematisch eine Röntgen-CT-Brustbildgebung bei noch einer Gantryposition gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
5 veranschaulicht schematisch eine hochauflösende Bildgebung gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
6 zeigt schematisch eine Patientin in einer Rückenlage gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
7 zeigt schematisch eine Patientin in einer Bauchlage gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
8 veranschaulicht schematisch eine Röntgen-CT-Brustbildgebung bei einer Gantryposition gemäß weiteren unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
9 veranschaulicht schematisch eine Röntgen-CT-Brustbildgebung bei einer anderen Gantryposition gemäß weiteren unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
10 veranschaulicht schematisch eine Röntgen-CT-Brustbildgebung bei noch einer anderen Gantryposition gemäß weiteren unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
11 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Steuern/Regeln des Betriebs eines rotierenden CT-Bildgebungssystems, um eine organspezifische Bildgebung durchzuführen, gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
12 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht ein Röntgen-CT-Bildgebungssystem, das gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ausgebildet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorausgehende Kurzbeschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele werden nach dem Lesen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher. Soweit die Figuren Diagramme der funktionalen Blöcke vielfältiger Ausführungsbeispiele veranschaulichen, kennzeichnen die funktionalen Blöcke nicht notwendig die Aufteilung der Hardwareschaltung. Folglich können beispielsweise ein oder mehrere funktionale Blöcke (z. B. Prozessoren, Steuereinrichtungen oder Speicher) in einer einzigen Hardwarekomponente (z. B. in einem Universal-Signalprozessor oder RAM-Speicher, in einer Festplatte oder dergleichen) oder in Form mehrerer Hardwareelemente verwirklicht sein. In ähnlicher Weise können die Programme auf eigenständigen Programmen basieren, können als Unterprogramme in einem Betriebssystem verwendet werden, können Funktionen in einem installierten Softwarepaket sein, und dergleichen. Es ist selbstverständlich, dass die vielfältigen Ausführungsbeispiele nicht auf die in den Figuren gezeigten Anordnungen und Funktionalitäten beschränkt sind.
In dem hier verwendeten Sinne sollten im Singular erwähnte Elemente oder Schritte, denen der unbestimmte Artikel vorangestellt ist, in dem Sinne verstanden werden, dass der Plural der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen ist, es sei den ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich erwähnt. Weiter sind Bezüge auf ”ein Ausführungsbeispiel” nicht als Ausschluss der Existenz zusätzlicher, die aufgeführten Merkmale ebenfalls beinhaltender Ausführungsbeispiele zu interpretieren. Darüber hinaus können, wenn nicht ausdrücklich anders lautend festgestellt, Ausführungsbeispiele, die ein oder mehrere Elemente ”aufweisen” oder ”enthalten”, die eine spezielle Eigenschaft aufweisen, weitere derartige Elemente umfassen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen.
Außerdem soll der Ausdruck ”Rekonstruieren eines Bildes” in dem hier verwendeten Sinne Ausführungsbeispiele nicht ausschließen, in denen Daten erzeugt werden, die ein Bild repräsentieren, während tatsächlich kein betrachtbares Bild erzeugt wird. Allerdings erzeugen viele Ausführungsbeispiele wenigstens ein betrachtbares Bild (bzw. sind dazu eingerichtet, ein solches zu erzeugen).
Vielfältige Ausführungsbeispiele schaffen ein System und ein Verfahren für Röntgen-Computertomographie-(CT)-Brustbildgebung. Die CT-Brustbildgebung wird unter Verwendung einer dynamischen Steuerung der Kollimation/Einblendung für einen interessierenden Bereich (ROI) mittels Änderung der Röntgenstrahlintensität durchgeführt. Mindestens ein technischer Effekt der vielfältigen Ausführungsbeispiele ist die Fähigkeit, eine Brustbildgebung mittels eines Bildgebungssystems durchzuführen, das nicht speziell für die Brustbildgebung konstruiert ist. Beispielsweise kann eine Brustbildgebung durch den Einsatz zumindest einiger Ausführungsbeispiele mittels einer CT-Architektur ausgeführt werden, bei der eine Patientin in einer Rückenlage bildgebend aufgenommen wird.
1 veranschaulicht ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Röntgen-CT-Systems 10, das sich für die Durchführung einer Brustbildgebung eignet, gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen. Das Röntgen-CT-System 10 kann als ein Multischicht-Bildgebungssystem mit einer Gantry 12 entworfen sein, das ein CT-Bildgebungssystem der dritten Generation repräsentieren kann, wie es hierin näher beschrieben ist. Die Gantry 12 enthält (d. h. trägt) allgemein eine (auch als Röntgenröhre bezeichnete) Röntgenquelle 14, die ein Röntgenstrahlbündel 16 auf eine an der gegenüberliegenden Seite der Gantry 12 angeordnete Detektormatrix 18 projiziert. Die Detektormatrix 18 wird durch mehrere (nicht gezeigte) Detektorzeilen gebildet, die jeweils eine Vielzahl von Detektorelementen 20 enthalten, die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die ein Objekt durchqueren, beispielsweise eine Patientin 22 (z. B. eine Patientin, an der ein Brustscan durchgeführt wird), die in einer Rückenlage (oder optional in einer Bauchlage oder stehend) zwischen der Detektormatrix 18 und der Röntgenquelle 14 positioniert ist.
Ein Kollimator 24 ist in Verbindung mit der Röntgenquelle 14 vorgesehen, um das Röntgenstrahlbündel 16 zu kollimieren und zu fokussieren. In vielfältigen Ausführungsbeispielen werden die Intensitätspegel und die Kollimation des erzeugten Röntgenstrahls 16 dynamisch gesteuert und angepasst. Beispielsweise sind gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen, wie hierin näher beschrieben, eine dynamische Kollimation des Brust-ROI und eine Leistungsmodulation mit Blick auf das empfindliche Organ vorgesehen.
Hinsichtlich der Detektormatrix 18 erzeugt jedes Detektorelement 20 ein elektrisches Signal, das die Stärke eines auftreffenden Röntgenstrahls kennzeichnet und daher genutzt werden kann, um die Schwächung zu berechnen, die der Strahls während der Durchquerung der Patientin 22 erfährt. Während eines Scandurchgangs zum Akquirieren von Röntgenstrahlprojektionsdaten rotieren die Gantry 12 und die darin befestigten Komponente um eine Rotationsachse 26. Es ist zu beachten, dass die Detektormatrix 18, obwohl nur eine einzige Zeile der Detektorelemente 20 (d. h. eine Detektorzeile) gezeigt ist, in vielfältigen Ausführungsbeispielen ein Multischicht-Detektorarray ist, der mehrere parallele Detektorzeilen von Detektorelementen 20 aufweist, so dass während eines Scandurchlaufs Projektionsdaten, die einer Anzahl von weitgehend oder tatsächlich parallelen Schichten entsprechen, gleichzeitig akquiriert werden können.
Die Rotation der Komponenten auf der Gantry 12 und der Betrieb der Röntgenquelle 14 und des Kollimators 24 werden durch eine Steuervorrichtung 28 des CT-Systems 10 gesteuert. Zu der Steuervorrichtung 28 gehören: eine Röntgenstrahl-Steuereinrichtung 30, die Leistungs- und Zeittaktsignale an die Röntgenquelle 14 ausgibt; eine Gantryantrieb-Steuereinrichtung 32, die die Drehzahl und Position von Bauelementen auf der Gantry 12 regelt/steuert; und eine Kollimator-Steuereinrichtung 34, die die Kollimation der Röntgenquelle 14 regelt/steuert, um einen ROI einzustellen und zu definieren. Beispielsweise wird ein Sichtfeld (FOV) des Kollimators 24 mittels dynamischer Kollimation/Einblendung angepasst.
Ein in der Steuervorrichtung 28 angeordnetes Datenakquisitionssystem (DAS) 36 tastet von den Detektorelementen 20 stammende analoge Daten ab und wandelt die Daten in digitale Signale um, um diese anschließend zu verarbeiten. Ein Bildrekonstruktor 38 nimmt abgetastete und digitalisierte Röntgenstrahldaten von dem DAS 36 auf und führt eine Bildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird zu einem Prozessor 40 (z. B. zu einem Computer) übertragen, der das Bild in einer Speichervorrichtung 42 speichert. Der Bildrekonstruktor 38 kann auf spezialisierter Hardware oder auf Computerprogrammen basieren, die auf dem Prozessor 40, beispielsweise als ein Modul, ablaufen.
Der Prozessor 40 nimmt außerdem Steuerbefehle und Scanparameter von einem Anwender über eine Bedienungskonsole 44 entgegen, die Eingabegeräte aufweist, beispielsweise eine Tastatur, Maus, und dergleichen. Ein zugeordnetes Display 46 ist vorgesehen, das eine beliebige geeignete Art einer Anzeigevorrichtung sein kann, die es der Bedienperson ermöglicht, das (bzw. die) rekonstruierte(n) Bild(er) und sonstige von dem Prozessor 40 ausgegebenen Daten zu beobachten. Die von der Bedienperson eingegebenen Steuerbefehle und Parameter können durch den Prozessor 40 genutzt werden, um Steuersignale und Daten, wie hierin näher beschrieben, an das DAS 36, an die Röntgenstrahl-Steuereinrichtung 30, an die Gantryantrieb-Steuereinrichtung 32 und an die Kollimator-Steuereinrichtung 34 auszugeben. Darüber hinaus regelt/steuert der Prozessor 40 eine Tischantrieb-Steuereinrichtung 48, die einen motorisch angetriebenen Patiententisch 50 steuert, um die Patientin 22 in der Gantry 12 zu positionieren. Speziell bewegt der Tisch 50 Abschnitte der Patientin 22 durch einen Gantrytunnel 52. Es ist zu beachten, dass die Patientin 22 (bzw. ein Abschnitt der Patientin 22) entweder in die Gantry 12 hinein bewegt werden und während der Bildgebung während der Drehung der Gantry 12 stationär bleiben kann, oder dass die Patientin 22 durch die Öffnung 52 bewegt werden kann, während sich die Gantry 12 dreht.
In vielfältigen Ausführungsbeispielen enthält der Prozessor 40 eine Vorrichtung 54 beispielsweise ein CD-ROM-Laufwerk, ein DVD-Laufwerk, eine magneto-optische Platten-Laufwerk (MOD), einen USB-Anschluss oder beliebige sonstige digitale Vorrichtungen, z. B. ein Netzwerkverbindungsgerät, beispielsweise ein Ethernetgerät, um Befehle und/oder Daten von einem von einem Computer auslesbaren Medium 56, beispielsweise von einer Diskette, einer CD-ROM, einer DVD, einem (in 1 veranschaulichten) Flashmemory-Laufwerk oder von einer sonstigen digitalen Quelle auszulesen, beispielsweise von einem Netzwerk oder dem Internet, sowie von in der Zukunft noch zu entwickelnden digitalen Vorrichtungen. In weiteren Ausführungsbeispielen führt der Prozessor 40 Befehle aus, die in (nicht gezeigter) Firmware gespeichert sind. Der Prozessor 40 ist programmiert, um hier beschriebene Funktionen durchzuführen, und der Begriff ”Prozessor” ist in dem hier verwendeten Sinn nicht auf jene integrierten Schaltkreise beschränkt, die in der Fachwelt als Computer bezeichnet werden, sondern bezieht sich im weitesten Sinn auf Rechner, Mikrocontroller, Mikrocomputer, programmierbare Logiksteuerungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise und sonstige programmierbare Schaltkreise, und diese Begriffe werden hierin untereinander austauschbar verwendet.
Obwohl sich das oben beschriebene Ausführungsbeispiel auf ein CT-System der dritten Generation bezieht, treffen die hierin beschriebenen Verfahren in gleicher Weise auf CT-Systeme der vierten Generation (mit stationärem Detektor und rotierender Röntgenquelle) und auf CT-Systeme der fünften Generation zu (bei der Detektor und Röntgenquelle stationär sind). Darüber hinaus kommt in Betracht, dass die Vorteile der vielfältigen Ausführungsbeispiele auch anderen Bildgebungsverfahren als der CT zugute kommen. Obwohl die hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen in einem speziellen medizinischen Zusammenhang beschrieben sind, kommt darüber hinaus in Betracht, dass die Vorteile der vielfältigen Ausführungsbeispiele auch für andere Anwendungen oder Einrichtungen von Nutzen sein können.
Im Betrieb steuern/regeln unterschiedliche Ausführungsbeispiele die Leistung der Röntgenquelle und der Kollimation der Röntgenstrahlen, die durch die Röntgenquelle erzeugt werden, wie in 2 bis 4 veranschaulicht, beispielsweise auf der Grundlage verschiedener Positionen oder Winkel der Gantry. Wie veranschaulicht, projiziert die Röntgenquelle 14 beispielsweise das Röntgenstrahlbündel 16, das ein Röntgenfächerstrahl kann sein, der so kollimiert wird, dass er in einem ROI 60 einer xy-Ebene eines Kartesischen Koordinatensystems liegt, die allgemein als ”Bildgebungsebene” bezeichnetet wird. Außerdem wird die Leistung der Röntgenquelle 14 bei unterschiedlichen Gantrypositionen gesteuert, z. B. auf der Grundlage des Winkels, unter dem das Röntgenstrahlbündel 16 die Patientin 22 in Bezug auf den ROI 60 schneidet, der in diesem Ausführungsbeispiel die Brüste 62 der Patientin 22 beinhaltet. Es ist zu beachten, dass, obwohl das Röntgenstrahlbündel 16 als ein Fächerstrahl veranschaulicht ist, weitere Änderungen und Röntgenstrahlgeometrien in Betracht kommen. Beispielsweise basiert das Röntgenstrahlbündel 16 in einigen Ausführungsbeispielen auf einem parallelen Strahlenbündel.
Das Röntgenstrahlbündel 16 durchstrahlt die (in 1 dargestellte) Patientin 22, nachdem es durch die Patientin 22 geschwächt wurde, und trifft auf die Detektormatrix 18. Die Intensität des an der Detektormatrix 18 empfangenen geschwächten Strahlungsbündels hängt von der durch die Patientin 22 verursachten Schwächung des Röntgenstrahlbündels 16 ab. Jedes Detektorelement 20 der Detektormatrix 18 erzeugt ein unabhängiges elektrisches Signal, das die Intensität des Strahls an der Detektorposition kennzeichnet. Die von sämtlichen Detektoren stammenden Intensitätsmesswerte werden getrennt erfasst, um ein Abstrahlungsprofil zu erzeugen, das auf Röntgenstrahlbündeln 16 basiert, die unterschiedliche Intensitäten aufweisen.
Im Falle von CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenquelle 14 und die Detektormatrix 18 drehfest mit der Gantry 12 in der Bildgebungsebene und um die Patientin 22 gedreht, so dass der Winkel, unter dem das Röntgenstrahlbündel 16 die Patientin 22 schneidet, sich konstant verändert. Eine Gruppe von Röntgenstrahlschwächungsmesswerten, d. h. Projektionsdaten, die von der Detektormatrix 18 bei ein und demselben Gantrywinkel ausgegeben werden, wird als eine ”Ansicht” bezeichnet. Ein ”Scandurchlauf” des Objekts umfasst einen Satz von Ansichten, die während einer halben oder mehreren Umdrehungen der Röntgenquelle und des Detektors unter verschiedenen Gantrywinkeln oder Sichtwinkeln erzeugt sind. Somit wird die Leistung der Röntgenquelle 14 und die durch den Kollimator 24 Einblendung/Kollimation (z. B. die Größe der Kollimatorblende) während einer halben oder während mehreren Umdrehungen dynamisch verändert.
Vielfältige Ausführungsbeispiele können mittels eines CT-Scans ausgeführt werden, bei dem die Röntgenquelle 14 und die Detektormatrix 18 um die Patientin 22 rotieren. Der (in 1 dargestellte) Patiententisch 50, der die Patientin 22 trägt, kann während des Scannens stationär bleiben (axiales Scannen) oder während des Scannens bewegt werden (Spiralscannen). Im Falle eines axialen Scannens werden Projektionsdaten bei jeder von mehreren stationären Positionen akquiriert, um ein Bild oder Volumen zu aufzubauen, das Querschnittsdaten der Patientin 22 entspricht. Somit bleibt die Patientin 22 während des Scannens bei jeder axialen Position der Patientin 22 stationär. Jedes beliebige zur Bildrekonstruktion geeignete Verfahren kann genutzt werden, beispielsweise eine gefilterte Rückprojektionstechnik. Dieses Verfahren wandelt die Schwächungsmesswerte eines Scandurchgangs in mit ”CT-Zahlen” oder ”Hounsfield-Einheiten” (HU) bezeichnete Integerzahlen um, die verwendet werden, um die Helligkeit eines entsprechenden Pixels eines wiedergegebenen Bilds zu steuern.
Ein ”Spiral”-Scan (oder Spiralscandurchlauf) kann beispielsweise ausgeführt werden, um die Gesamtscanzeit zu verringern. Um einen ”Spiral”-Scan durchzuführen, wird die Patientin 22, während die Daten für die vorgegebene Anzahl von Schichten akquiriert werden, bewegt. Während eines Spiralscanbetriebs wird eine einzelne Helix erzeugt, indem die Gantryrotation und die Patiententranslation kombiniert werden. Der Spiralscandurchgang erzeugt Projektionsdaten, von denen ausgehend Bilder in jeder vorgegebenen Schicht bzw. Volumen rekonstruiert werden können. Rekonstruktionsalgorithmen für Spiralscannen können Spiralscan-Gewichtungsalgorithmen verwenden, die die gesammelten Daten in Abhängigkeit von dem Sichtwinkel und dem Detektorkanalindex gewichten. Speziell werden die Daten vor oder während eines Rückprojektionsverfahrens in Abhängigkeit von einem Spiralgewichtungsfaktor gewichtet, der eine Funktion sowohl des Gantrywinkels als auch des Detektorwinkels ist. Die gewichteten Daten werden anschließend verarbeitet, um CT-Zahlen zu erzeugen und um ein Bild aufzubauen, das Querschnittsdaten entspricht, die durch die Patientin 22 hindurch aufgenommen wurden.
Mehrschicht-CT kann genutzt werden, bei der mehrere Reihen von Projektionsdaten in einem beliebigen Zeitpunkt gleichzeitig akquiriert werden, was die Gesamtscanzeit ebenfalls verringert. Im Falle einer Kombination mit einem Spiralscanmodus erzeugt das System eine einzelne Spirale von Konusstrahlprojektionsdaten. Ähnlich wie im Falle des Ansatzes der Einzelschicht-Spiralscan-Gewichtung, lässt sich ein Verfahren ableiten, um das Gewicht vor oder während des Rückprojektionsverfahrens mit den Projektionsdaten zu multiplizieren.
Es ist zu beachten, dass in vielfältigen Ausführungsbeispielen ein peripherer ROI, z. B. der Brustbereich, auch dann rekonstruiert werden kann, wenn lediglich durch den ROI hindurch führende Projektionslinien gemessen werden, und Projektionslinien außerhalb des ROI nicht gesammelt werden, beispielsweise mittels einer derivativen Rückprojektionstechnik oder durch eine iterative Rekonstruktion, oder durch eine statistische Rekonstruktion.
Während der Drehung der Röntgenquelle 14 und der Detektormatrix 18 um die Patientin 22, insbesondere während eines CT-Scannens der dritten Generation, wird das Röntgenstrahlbündel 16 dynamisch kollimiert und der Leistungspegel der Röntgenquelle 14 mit Blick auf die Brust-CT-Bildgebung angepasst. Beispielsweise kann die dynamische Kollimation und Leistungspegeleinstellung mit Blick auf eine Brust-CT-Bildgebung eingerichtet oder optimiert werden. Wie in 2 bis 4 veranschaulicht, wird ein Röntgenstrahlbündel 16 dynamisch kollimiert, so dass Röntgenstrahlen in Regionen oder Bereichen außerhalb des ROI 60, der sich mit verschiedenen Gantrywinkeln verändert, blockiert/abgeschattet werden. Beispielsweise kann durch die (in 1 dargestellte) Kollimator-Steuereinrichtung 34 eine Echtzeitsteuerung von Aktivatoren oder Antriebsmitteln (z. B. Elektromotoren) vorgesehen sein, die die Position von zwei oder mehr metallischen Kollimatorplatten 64 (von denen zwei Platten 62 veranschaulicht sind) ändern. Diese Steuerung kann den Schritt beinhalten, eine oder beide Kollimatorplatten 64 zu bewegen, um eine Kollimatorblende 66 zu öffnen oder zu schließen, so dass das Röntgenstrahlbündel 16 über die gesamte Rotation der Gantry 12 hinweg auf den ROI 60 fokussiert ist. Somit kann sich jede Kollimatorplatte 64 unabhängig und unterschiedlich weit bewegen, um die Richtung und den Fokus des Röntgenstrahlbündels 16 zu ändern. Es ist zu beachten, dass sich ”Echtzeit” auf die Steuerung des Betriebs, beispielsweise während eines Bildgebungsscanvorgang, bezieht, der stattfinden kann, während die Gantry 12 stationär ist oder sich bewegt, oder während der Patiententisch 50 stationär ist oder sich bewegt.
Zusätzlich zu der Kollimationssteuerung steuern/regeln die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele auch die Strahlintensität dynamisch und in Echtzeit, indem sie die Leistung der Röntgenquelle 14 (z. B. die Stromstärke oder Spannung der Röntgenröhre) variieren, um die Intensität des Röntgenstrahlbündels 16 zu ändern. Beispielsweise kann die Strahlintensität moduliert werden, so dass eine größere oder kleinere Zahl von Röntgenstrahlen, die das Röntgenstrahlbündel 16 bilden, erzeugt und abgestrahlt werden. Somit kann nach Wunsch oder Bedarf eine (als mA-Modulation bezeichnete) Röhrenstrommodulation und/oder eine (als kV-Modulation bezeichnete) Röhrenspannungsmodulation vorgesehen sein.
Unter Bezugnahme auf die in 2 bis 4 veranschaulichten drei Gantrypositionen werden die Kollimation und die Strahlintensität variiert, die in jeder dieser Positionen verschieden sein können. Allerdings sollte beachtet werden, dass die Kollimation und die Strahlintensität (während die Gantry 12 eine einzelne Umdrehung ausführt) bei einer oder mehreren Gantrypositionen übereinstimmen können. In 2 ist die Gantry 12 so positioniert, dass sich die Röntgenquelle 14 oberhalb der Patientin 22 und die Detektormatrix 18 unterhalb der Patientin 22 befindet, wobei die Patientin 22 (wie in 1 dargestellt) in einer Rückenlage, beispielsweise auf dem Rücken liegend, auf dem Patiententisch 50 gelagert ist. In dieser Gantrystellung befindet sich der Kollimator 24 in einer geöffneten Stellung, so dass das Röntgenstrahlbündel l6a die gesamte Vorderseite der Patientin 22 bestrahlt, um den ROI 60 abzudecken. Diese Konfiguration des Kollimators 24 wird gewöhnlich als Gesamtfächerstrahlbetrieb bezeichnet. Die Intensität des Röntgenstrahlbündels 16 wird in dieser Gantrystellung reduziert, indem beispielsweise eine geringere mA-Stromstärke bzw. kV-Spannung gegenüber den in 3 und 4 veranschaulichten Gantrypositionen verwendet wird.
In 3 ist die Gantry 12 so positioniert, dass sich die Röntgenquelle 14 auf der einen Seite der Patientin 22 befindet, und die Detektormatrix 18 auf der anderen Seite der Patientin 22 angeordnet ist. In dieser Gantrystellung wird der Kollimator 24 eingestellt, indem eine oder beide Kollimatorplatten 64 bewegt werden, um das Röntgenstrahlbündel 16b so zu fokussieren, dass der Fächerstrahl lediglich den ROI 60 bestrahlt. Beispielsweise kann die Kollimatorplatte 64b bewegt werden, um die Röntgenstrahlen daran zu hindern, den unteren Bereich der Patientin 22 zu bestrahlen, während die Kollimatorplatte 64a nicht bewegt wird, um es dem Röntgenstrahl zu gestatten, einen oberen Abschnitt der Patientin 22 zu bestrahlen. Diese Konfiguration des Kollimators 24 wird gewöhnlich als Teilfächerstrahlbetrieb bezeichnet, der in diesem Ausführungsbeispiel weniger als die Hälfte des Gesamtfächerstrahlbetriebs beinhaltet. Allerdings sollte beachtet werden, dass die Fächerstrahlbreite auf der Grundlage der Gantryposition, der Größe der Patientin und dergleichen graduell unterschiedlich verändert werden kann. Der Fächerstrahl kann somit nach Wunsch oder Bedarf verengt oder erweitert, sowie gelenkt oder fokussiert werden. Die Intensität des Röntgenstrahlbündels 16 wird in dieser Gantrystellung gegenüber der in 2 dargestellten Gantrystellung gesteigert, indem beispielsweise eine größere mA-Stromstärke bzw. kV-Spannung als in der in 2 veranschaulichten Gantrystellung, jedoch eine geringere Intensität als in der in 4 veranschaulichten Gantryposition verwendet wird.
In 4 ist die Gantry 12 so positioniert, dass sich die Röntgenquelle 14 unterhalb der Patientin 22 und die Detektormatrix 18 oberhalb der Patientin 22 befindet. In dieser Gantrystellung wird der Kollimator 24 eingestellt, indem eine oder beide Kollimatorplatten 64 bewegt werden, um das Röntgenstrahlbündel 16c so zu fokussieren, dass der Fächerstrahl den ROI 60 bestrahlt, der sich nun von der Röntgenquelle 14 aus gesehen auf der gegenüberliegenden Seite der Patientin 22 befindet. In dieser Gantrystellung können beide Kollimatorplatten 64a und 64b bewegt werden, um die Röntgenstrahlen daran zu hindern, Abschnitte der Seite der Patientin 22, die außerhalb des ROI 60 liegen, zu bestrahlen, so dass der Fächerstrahl verengt wird, wobei die Breite auf beiden Seiten des Fächerstrahls verringert wird. Diese Konfiguration des Kollimators 24 wird gewöhnlich als reduzierter Fächerstrahlbetrieb bezeichnet, der in diesem Ausführungsbeispiel mehr als die Hälfte des Gesamtfächerstrahlbetriebs beinhaltet, wobei Seiten des Fächerstrahls abgeschattet sind. Allerdings sollte beachtet werden, dass die Fächerstrahlbreite auf der Grundlage der Gantryposition, der Größe der Patientin und dergleichen graduell unterschiedlich verändert werden kann. Somit kann der Fächerstrahl auch hier nach Wunsch oder Bedarf verengt oder erweitert, sowie gerichtet oder fokussiert werden. Die Intensität des Röntgenstrahlbündels 16 wird in dieser Gantrystellung gegenüber den in 2 und 3 gezeigten Gantrypositionen gesteigert, indem beispielsweise eine größere mA-Stromstärke bzw. kV-Spannung gegenüber den in 2 und 3 veranschaulichten Gantrypositionen verwendet wird. Somit ist die niedrigste Strahlintensität in der Ausrichtung nach 2 erzeugt, wobei die Strahlintensitäten in den Ausrichtungen nach 3 bzw. 4 ansteigen.
Somit wird die Strahlkollimation in vielfältigen Ausführungsbeispielen gesteuert, um das Röntgenstrahlbündel 16 auf den ROI 60 zu fokussieren, während die Strahlintensität in Abhängigkeit davon verändert wird, ob das Strahlenbündel geschwächt wird, bevor es den Bereich eines empfindlichen Organs (z. B. den ROI 60) erreicht, oder ob der Strahl zuerst auf den Bereich des empfindlichen Organs trifft und anschließend den übrigen Körper (der Patientin 22) durchstrahlt. Dementsprechend kann ein Brust-CT-Scannen mittels einer dynamischen Brust-ROI-Kollimation (um auf die Brüste 62 zu fokussieren) und einer Modulation mit Blick auf das sensitive Organ (um die Strahlintensität zu verringern, wenn sich Organe, beispielsweise die Brüste 62 näher an der Röntgenquelle 14 befinden) optimiert ausgeführt werden. Wie in 2 bis 4 veranschaulicht, wird zusätzlich zu der ROI-Kollimation, die dazu dient, den Strahl auf die Brüste 62 zu fokussieren, die Strahlintensität moduliert, so dass durch die Rückseite der Patientin 22 mehr Röntgenstrahlen gestrahlt werden, und unmittelbar zu dem empfindlichen Brustbereich weniger (oder gar keine) Röntgenstrahlen abgestrahlt werden. Dementsprechend ist in einigen Ausführungsbeispielen eine Modulation der Strahlintensität von Röntgenstrahlen vorgesehen, die auf eine Durchstrahlung des ROI 60 begrenzt sind, wobei die Röntgenstrahlintensität von dem Rücken der Patientin 22 her am höchsten ist, und von der Vorderseite der Patientin 22 her am geringsten ist.
Es ist zu beachten, dass die dynamische ROI-Kollimation und die Leistungsmodulation mit Blick auf das empfindliche Organ nicht auf die Röntgen-CT-Bildgebung der Brüste 62 beschränkt sind. Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele können genutzt werden, um andere Regionen, z. B. andere Organe, der Patientin 22 abzubilden. Außerdem ist zu beachten, dass Modifikationen und Änderungen in Betracht kommen. Obwohl der hierin beschriebene Ansatz einer dynamischen Kollimation die Strahlung hinter den Kollimatorplatten 64 voll- ständig unterbricht oder hemmt, kann beispielsweise ein dynamischer Schleifenfilter genutzt werden, bei dem das Röntgenstrahlprofil allmählich oder unvollständig unterbrochen oder gehemmt wird.
Beispielsweise beinhaltet noch ein Ausführungsbeispiel eine Anwendung der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren auf eine Röntgen-CT-Bildgebung der Lunge. In dieser Anwendung kann die Patientenstrahlendosis verringert oder auf ein Minimum reduziert werden, während beispielsweise für Lungenscreeninganwendungen eine gute oder verbesserte Bildqualität erreicht wird. Weiter kann der ROI in dieser Anwendung der Lungenregion entsprechen, und der Bereich des empfindlichen Organs kann dem Brustbereich entsprechen. Die ROI-Kollimation oder die Abstrahlfolge mehrerer Quellen wird angepasst, um die Lungenregion einzuschließen und den Brustbereich auszuschließen. Die Modulation der Strahlintensität wird ebenfalls ausgewählt, um die Strahlendosis für den Brustbereich zu reduzieren oder zu minimieren, und die Bildqualität in dem Lungenbereich zu steigern oder zu maximieren. Darüber hinaus kann die Verwendung eines Photonenzähldetektors einen hohe Wirkungsgrad der Röntgenstrahlerfassung ermöglichen. Weiter können statistische oder iterative Rekonstruktionstechniken genutzt werden, um die Bildqualität bei einem vorgegebenen Profil geringer Strahlintensität zu verbessern oder zu optimieren.
Außerdem ist zu beachten, dass die Steuerung der Strahlintensität und der Strahlkollimation nach Wunsch oder Bedarf variiert werden kann. Beispielsweise kann das System im Falle einer Bildgebung der Brüste 62 geregelt/gesteuert werden, um eine Belastung der Brüste 62 durch die Röntgenstrahlbündel 16 zu reduzieren oder zu unterbrechen, wenn sich zwischen den Brüsten 62 und der Röntgenquelle 14 Gewebe befindet, und eine Bestrahlung der Brüste 62 durch das Röntgenstrahlbündel 16 zu erlauben oder zu steigern, wenn sich zwischen den Brüsten 62 und der Röntgenquelle 14 kein Gewebe oder weniger Gewebe befindet.
Die Komponenten des CT-Systems 10 können auf der Grundlage der durchzuführenden Bildgebung, z. B. der hierin beschriebenen Brustbildgebung, konfiguriert werden. Beispielsweise ist der Brennfleck in vielfältigen Ausführungsbeispielen mit Blick auf eine hohe räumliche Auflösung ein sehr kleiner Brennfleck, z. B. zwischen 0,2 mm und 0,6 mm, wie in 5 und 6 (die transaxiale bzw. longitudinale Ansichten zeigen) veranschaulicht. Der Brennfleck kann auch in der xy-Ebene sowie längs der z-Richtung abgelenkt werden, um eine Überabtastung und eine verbesserte räumliche Auflösung sowie eine Reduzierung von Aliasing-Artefakten zu ermöglichen. In vielfältigen Ausführungsbeispielen enthält die Detektormatrix 18 die mehreren Detektorelemente 20, die eine geringe Zellenabmessung, z. B. zwischen 0,1 mm und 0,6 mm, aufweisen. Im Betrieb ist die Detektormatrix 18 mit diesen Konfigurationen und mit Blick auf die Dosiseffizienz als ein Photonenzähldetektor konstruiert. Allerdings kann die Detektormatrix 18, wie sie hierin beschrieben ist, ein eindimensionaler linearer Array sein oder mehrere Detektorzeilen enthalten, die eine 2D-Matrix definieren. Darüber hinaus ist der Konuswinkel in vielfältigen Ausführungsbeispielen sehr spitz und auf eine einzelne oder wenige Detektorzeilen beschränkt, was das relative Maß der durch die Detektormatrix 18 erfassten Streustrahlung begrenzt. Somit kann ein Spiralscanprotokoll genutzt werden, um den gesamten Brustbereich in kürzerer Zeit abzudecken.
Es ist zu beachten, dass die Brennfleckabmessung und die Zellenabmessung kleiner oder größer sein können, z. B. im Falle von Mikrofokus-Röntgenquellen, deren Fleckabmessung 0,2 mm unterschreitet, kleiner sein können.
Anstatt einer Lagerung der Patientin 22 in einer Rückenlage, wie in 6 veranschaulicht, kann die Patientin 22 in einigen Ausführungsbeispielen für die Bildgebung auf dem Patiententisch 50 in einer Bauchlage positioniert werden, wie es in 7 veranschaulicht ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Raum für die Brüste 62 vorgesehen, so dass sie sich von dem Brustkorb der Patientin entfernen können. In einigen Ausführungsbeispielen ist eine Öffnung 70 in dem Patiententisch 50 vorgesehen, um es den Brüsten 62 zu ermöglichen, hindurch zu ragen und sich dank der Erdanziehungskraft von dem Brustkorb der Patientin zu entfernen. Es ist zu beachten, dass unter dem Brustkorb oberhalb und/oder unterhalb des Brustbereichs der Patientin 22 eine oder mehrere als Kissen 72 veranschaulichte Abstandhalter vorgesehen sein können. Außerdem ist zu beachten, dass eine größere oder kleinere Anzahl von Kissen 72, oder verschiedene Abmessungen und Formen von Kissen 72, beispielsweise in Abhängigkeit von der Körpergröße, dem Gewicht und dergleichen der Patientin 22 vorgesehen sein können. In einigen Ausführungsbeispielen kann optional, beispielsweise mittels einer beliebigen geeigneten Saugvorrichtung, eine Zugkraft auf die Brüste 62 ausgeübt werden.
Es ist zu beachten, dass auch andere Lagerungen der Patientin in Betracht kommen. Beispielsweise kann die Patientin 22 stehen oder in einer aufrechten Lage zwischen einer Rückenlage und eine Sitzposition gelagert sein.
In Ausführungsbeispielen, bei denen die Patientin 22 in Bauchlage gelagert ist, kann der Bildgebungsbetrieb, der die Drehung und Steuerung der Komponenten beinhaltet, ähnlich wie im Falle der Rückenlage mittels eines rotierenden CT-Systems ausgeführt werden. Es ist zu beachten, dass auch andere Arten von CT-Bildgebungssystemen oder des CT-Systems 10, die unterschiedlich arbeiten, vorgesehen sein können. Beispielsweise kann eine Brustbildgebung gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen mittels Multi-Energy-CT ausgeführt werden, indem die Röntgenquelle 12 abwechselnd bei höheren und niedrigeren Röhrenspannungen betrieben wird. In einer Abwandlung kann ein Multi-Energy-CT vorgesehen sein, indem ein auf Energie ansprechender Detektor, beispielsweise eine Photonenzähldetektor verwendet wird.
Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele können außerdem mittels eines mehrere Quellen aufweisenden CT-Systems 80 durchgeführt werden, wie es in 8 bis 10 veranschaulicht ist, wobei ähnliche Bezugszeichen übereinstimmende oder ähnliche Teile bezeichnen. In diesem Ausführungsbeispiel sind eine dynamische Fokussierung des Brust-ROI und eine Leistungsmodulation mit Blick auf das empfindliche Organ mittels mehrerer Röntgenquellen 14 ohne die Verwendung dynamischer Kollimatoren 24 vorgesehen. Im Betrieb können die Röntgenquellen 14 Röntgenstrahlbündel 16 sequentiell erzeugen. Es ist zu beachten, dass die Anzahl und Positionierung der Röntgenquellen 14 verändert werden können, so dass eine größere oder kleinere Zahl von Röntgenstrahlquellen 14 vorgesehen und gleichmäßig oder ungleichmäßig um die Patientin 22 beabstandet sein können.
Im Betrieb werden im Falle von Brust-CT-Scannen lediglich die Röntgenquellen 14 betrieben oder aktiviert, die Fächerröntgenstrahlen aufweisen, die den Brustbereich unter dem aktuellen Sichtwinkel, d. h. den ROI 60, schneiden, so dass die Röntgenquellen 14 getrennt oder wahlweise gesteuert werden, um Röntgenstrahlbündel 16 abzustrahlen. Es ist zu beachten, dass sich ”aktiviert” allgemein auf eine Röntgenquelle 14 bezieht, die ein Röntgenstrahlbündel 16 erzeugt und abstrahlt. Die anderen Röntgenquellen 14 werden übersprungen oder bei einer niedrigeren Frequenz betrieben. Wenn die Gantry 12, wie in 8 veranschaulicht, so angeordnet ist, dass sich die Röntgenquelle 14 oberhalb der Patientin 22 befindet, und die Detektormatrix 18 unterhalb der Patientin 22 angeordnet ist, erzeugen somit nicht sämtliche Röntgenquellen 14 Röntgenstrahlbündel 16. Beispielsweise werden die äußeren zwei Röntgenquellen 14 nicht aktiviert/betätigt, so dass eine schmalerer Röntgenstrahlbedeckungsbereich definiert und auf den ROI 60 fokussiert ist. Wenn die Gantry 12, wie in 9 gezeigt, so angeordnet ist, dass sich die Röntgenquelle 14 auf der einen Seite der Patientin 22 befindet, und sich die Detektormatrix 18 auf der anderen Seite der Patientin 22 befindet, werden noch weniger Röntgenquellen 14 aktiviert, was mit zwei Röntgenquellen 14 veranschaulicht ist. Die Röntgenquellen 14, die betriebsbereit sind und aktiviert werden, sind die Röntgenquellen 14, die Fächerstrahlen erzeugen, um den ROI 60 zu bestrahlen. Wenn die Gantry, wie in 10 gezeigt so angeordnet ist, dass sich die Röntgenquelle unterhalb der Patientin 22 befindet, und sich die Detektormatrix 18 oberhalb der Patientin 22 befindet, werden mehr Röntgenquellen 14 aktiviert, was in diesem Ausführungsbeispiel sämtliche Röntgenquellen 14 beinhaltet.
Somit wird in diesem Ausführungsbeispiel, anstelle der Verwendung eines Kollimators 24, wie in 2 bis 4 veranschaulicht, ein fokussierter Bestrahlungsbereich definiert, indem gesteuert wird, welche der Röntgenquellen 14 Röntgenstrahlbündel 16 erzeugen, um den ROI 60 zu abzudecken. Allerdings sollte beachtet werden, dass auch in dem in 8 bis 10 veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine Kollimation des ROI vorgesehen sein kann. Darüber hinaus wird die Strahlintensität in ähnlicher Weise gesteuert, wie in dem in 2 bis 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel, so dass die Strahlintensität bei der Gantryausrichtung nach 10 höher ist als die Strahlintensität für die Gantryausrichtung nach 9, die eine höhere Strahlintensität als die Gantryausrichtung nach 8 aufweist. Somit kann die Intensität von Röntgenstrahlbündeln 16 für jeden Röntgenstrahlpuls mit Blick auf eine optimale Dosiseffizienz eingestellt werden. In vielfältigen Ausführungsbeispielen werden daher von dem Rücken der Patientin 22 her mehr Röntgenstrahlen erzeugt, und weniger, wenn sich die Röntgenquelle 14 unmittelbar vor dem Brustbereich befindet. Somit kann die Strahlungsintensität jeder der Röntgenquellen 14 moduliert und gesteuert werden, so dass in Abhängigkeit von der Anzahl von Röntgenquellen 14, die genutzt werden, und von der Position der Röntgenquellen 14, eine größere oder eine kleinere Zahl von Röntgenstrahlen in Richtung eines speziellen Gebiets abgestrahlt werden.
Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele ermöglichen außerdem eine Anpassung oder Kompensation verschiedene Faktoren oder Variablen, z. B. respiratorische Bewegung und Herzbewegung. In einigen Ausführungsbeispielen wird die respiratorische Bewegung verringert oder eliminiert, indem die Patientin 22 aufgefordert wird, den Atem anzuhalten, so dass ein Scandurchlauf während des Anhaltens eines einzigen Atemzugs vollständig durchgeführt werden kann. Was kardiale Bewegung betrifft, können die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele in Kombination mit beliebigen geeigneten Elektrokardiographie-(EKG)-Taktungen oder Bewegungskompensationstechniken ausgeführt werden, um Unschärfen aufgrund kardialer Bewegung oder Bewegungsartefakte zu unterdrücken.
Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können außerdem ein in 11 veranschaulichtes Verfahren 90 schaffen, das dazu dient, den Betrieb eines rotierenden CT-Bildgebungssystems zu steuern/regeln, um eine organspezifische Bildgebung, beispielsweise Brustbildgebung, durchzuführen. Speziell beinhaltet das Verfahren 90 in Schritt 92 das Identifizieren einer Patientenposition, um beispielsweise festzustellen, ob die Patientin in einer Rücken- oder Bauchlage in der Gantry des CT-Bildgebungssystems gelagert ist. Diese Bestimmung kann auf der Grundlage einer Anwendereingabe durchgeführt werden, die die Position identifiziert, oder kann beispielsweise mittels eines geeigneten Sensor- oder Kamerasystems automatisch ermittelt werden.
Danach wird auf die Initialisierung eines Bildgebungsscanvorgangs hin in Schritt 94 der aktuelle Gantrywinkel ermittelt. Beispielsweise können auf einer Röntgenquelle, einem Detektor oder einem sonstigen Abschnitt der rotierenden Gantry angebrachte Geber Positionsdaten erzeugen, die die aktuelle Winkelposition oder Ausrichtung der Gantry identifizieren. Dementsprechend kann auf der Grundlage bekannter Befestigungsorte der Röntgenquelle und des Detektors an der Gantry sowie der identifizierten Patientenposition die Position der Röntgenquelle und des Detektors in Bezug auf die Patientin ermittelt werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, ob sich die Röntgenquelle vor der Patientin, hinter der Patientin oder an einer dazwischenliegenden Position befindet.
Auf der Grundlage des ermittelten Gantrywinkels werden die Kollimation oder der Fokus der Röntgenquelle und die Strahlintensität, wie sie durch die Röntgenquelle erzeugt wird, angepasst. Beispielsweise kann der Fokus, wie es hierin beschrieben ist, mittels dynamischer Kollimation eingestellt werden, um einen ROI abzudecken, und die Röntgenstrahlintensität (z. B. die Röhrenspannung oder der Röhrenstrom) kann in Abhängigkeit davon variiert werden, ob sich die Röntgenquelle näher an der Vorderseite oder an der Rückseite der Patientin befindet.
Danach wird in Schritt 98 ermittelt, ob sich die Gantry bewegt hat, so dass sich der Gantrywinkel verändert hat. Falls sich der Gantrywinkel nicht verändert hat, werden in Schritt 100 der aktuelle Fokus und der aktuelle Strahlintensitätspegel beibehalten. Falls sich der Gantrywinkel verändert hat, wird in Schritt 94 der neue Gantrywinkel nochmals bestimmt, und das Verfahren fährt fort, wie es im Vorausgehenden beschrieben ist.
Es ist zu beachten, dass der Fokus der Röntgenquelle und/oder die Änderung der Strahlintensität, wie sie durch die Röntgenquelle erzeugt wird, bei jeder Gantryposition eingestellt werden können, oder bei unterschiedlichen Gantrypositionen beibehalten werden können. In einigen Ausführungsbeispielen werden der Fokus der Röntgenquelle und die Strahlintensität, wie sie durch die Röntgenquelle erzeugt wird, bei jedem Gantrywinkel inkrementell geändert.
Somit kann die Brust-CT-Bildgebung in vielfältigen Ausführungsbeispielen, wie in 12 veranschaulicht, mittels eines CT-Bildgebungssystems, beispielsweise des CT-Bildgebungssystems 10, durchgeführt werden, das um eine Patientin 22 (oder einen Abschnitt der Patientin 22) in einem Hohlraum 82 rotiert, der den (in 1 dargestellten) Gantrytunnel 52 definiert, wobei die Patientin 22 in einer Rückenlage (wie in 12 gezeigt) oder in einer Bauchlage gelagert ist. Darüber hinaus ist die ROI-Kollimation in Verbindung mit der mA- oder kV-Modulation vorgesehen. Weiter kann ein Photonenzähldetektor mit einer geringen Detektorzellenabmessung vorgesehen sein, der in einer Konfiguration arbeitet, in der ein kleiner Brennfleck erzeugt wird.
Es kommen auch andere Modifikationen und Änderungen in Betracht. Beispielsweise können die Brüste der Patientin auf einem Durchmesser des FOV exzentrisch angeordnet sein, um die Patientenstrahlenbelastung außerhalb des Brustbereichs zu verringern. Als ein weiteres Beispiel kann eine anfängliche Akquisition mit einer sehr geringen Dosis ausgeführt werden, um den ROI manuell oder automatisch auszuwählen, um eine Patientenkonformität, z. B. die Körpergröße der Patientin und dergleichen, anzupassen.
Die vielfältigen Ausführungsbeispiele und/oder Komponenten, beispielsweise die darin enthaltenen Module oder Komponenten und Steuereinrichtungen, können auch als Teil eines oder mehrerer Computer oder Prozessoren verwirklicht sein. Der Computer oder Prozessor kann einen Rechner, ein Eingabegerät, eine Anzeigeeinheit und eine Schnittstelle, beispielsweise für den Zugriff auf das Internet, enthalten. Der Computer oder Prozessor kann einen Mikroprozessor enthalten. Der Mikroprozessor kann mit einem Datenübertragungsbus verbunden sein. Der Computer oder Prozessor kann ferner einen Speicher aufweisen. Der Speicher kann einen RAM-Speicher (RAM) und/oder einen Festwertspeicher (ROM) beinhalten. Der Computer oder Prozessor kann außerdem eine Speichervorrichtung enthalten, die ein Festplattenlaufwerk oder ein Wechselspeicherlaufwerk sein kann, beispielsweise ein optisches Plattenlaufwerk, ein Festkörperlaufwerk (z. B. ein Flash-RAM), und dergleichen. Die Speichervorrichtung kann auch auf einem sonstigen ähnlichen Mittel basieren, das dazu dient, Computerprogramme oder andere Befehle in den Computer oder Prozessor zu laden.
In dem hier verwendeten Sinne kann der Begriff ”Computer” oder ”Modul” jedes prozessorgestützte oder mikroprozessorgestützte System beinhalten, beispielsweise Mikrocontroller verwendende Systeme, Computer mit reduziertem Befehlssatz (RISC), anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), Logikschaltungen und sonstige Schaltkreise oder Prozessoren, die in der Lage sind, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Die oben erwähnten Beispiele sind lediglich exemplarisch, und sollen daher keineswegs die Definition und/oder Bedeutung des Begriffs ”Computer” beschränken.
Der Computer oder Prozessor führt einen Satz von Befehlen aus, die in einem oder mehreren Speicherelementen gespeichert sind, um Eingabedaten zu verarbeiten. Die Speicherelemente können darüber hinaus nach Wunsch oder Bedarf Daten oder sonstige Informationen speichern. Das Speicherelement kann in Form einer Datenquelle oder eines physikalischen Arbeitsspeicherelements in einer Verarbeitungsmaschine vorliegen.
Der Satz von Befehlen kann vielfältige Steuerbefehle beinhalten, die den Computer oder Prozessor als eine Verarbeitungsmaschine veranlassen, spezielle Arbeitsschritte, beispielsweise die Verfahren und Prozesse der vielfältigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, durchzuführen. Der Satz von Befehlen kann in Form eines Softwareprogramms vorliegen, das Bestandteil eines oder mehrerer materieller, nicht flüchtiger, von einem Rechner lesbarer Medien sein kann. Die Software kann in vielfältiger Weise verwirklicht sein, beispielsweise als Systemsoftware oder als Anwendungssoftware. Darüber hinaus kann die Software als eine Sammlung von voneinander unabhängigen Programmen oder Modulen, als ein innerhalb eines größeren Programms enthaltenes Programmmodul, oder als ein Abschnitt eines Programmmoduls vorliegen. Die Software kann auch auf einer modularen Programmierung in Form einer objektorientierten Programmierung basieren. Die Verarbeitung von Eingabedaten durch die Verarbeitungsmaschine kann in Reaktion auf Bedienersteuerbefehle, oder in Reaktion auf Ergebnisse einer vorherigen Verarbeitung, oder in Reaktion auf eine durch eine weitere Verarbeitungsmaschine getätigte Anforderung erfolgen.
In dem hier verwendeten Sinne sind die Begriffe ”Software” und ”Firmware” austauschbar und beinhalten ein beliebiges Rechnerprogramm, das in dem Arbeitsspeicher gespeichert ist, um durch einen Computer ausgeführt zu werden, beispielsweise RAM-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher und nicht flüchtige RAM-(NVRAM)-Speicher. Die oben erwähnten Arten von Arbeitsspeichern sind lediglich exemplarisch und sind daher mit Blick auf die Arten von Arbeitsspeichern, die zur Speicherung eines Rechnerprogramms geeignet sind, nicht beschränkend.
Es versteht sich, dass die oben erwähnte Beschreibung zur Veranschaulichung dient und nicht beschränken soll. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele (und/oder Aspekte davon) miteinander kombiniert verwendet werden. Darüber hinaus können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der Erfindung anzupassen, ohne von deren Schutzumfang abzuweichen. Während die hierin beschriebenen Abmessungen und Arten von Materialien die Parameter der vielfältigen Ausführungsbeispiele der Erfindung definieren sollen, sind sie keinesfalls beschränkend und dienen lediglich als Ausführungsbeispiele. Viele weitere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann nach dem Lesen der oben erwähnten Beschreibung offenkundig. Der Schutzumfang der vielfältigen Ausführungsbeispiele der Erfindung sollte daher anhand der beigefügten Patentansprüche, gemeinsam mit dem vollen Schutzumfang äquivalenter Formen ermittelt werden, zu denen derartige Ansprüche berechtigen. In den beigefügten Patentansprüchen werden die Ausdrücke ”enthalten/beinhalten/aufweisen” und ”bei denen” wie Klartextäquivalente der entsprechenden Begriffe ”umfassen” und ”wobei” verwendet. Darüber hinaus werden die Begriffe ”erster”, ”zweiter”, ”dritter” usw. in den nachfolgenden Ansprüchen lediglich als Kennzeichnungen verwendet und sollen die Objekte nicht numerisch festlegen. Weiter sind die Beschränkungen der nachfolgenden Ansprüche nicht im Mittel-plus-Funktion-Format geschrieben und sie sind nicht auf der Grundlage von 35 U. S. C. § 112, Absatz sechs, zu interpretieren, es sei denn derartige Beschränkungen von Ansprüchen verwenden ausdrücklich den Begriff ”Mittel für”, gefolgt von einer Feststellung einer von weiterer Struktur freien Funktion.
Die vorliegende Beschreibung nutzt Beispiele, um die vielfältigen Ausführungsbeispiele der Erfindung einschließlich des besten Modus zu offenbaren, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der Erfindung in die Praxis umzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der vielfältigen Ausführungsbeispiele der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
Ein System und ein Verfahren für Brustbildgebung mittels Röntgen-Computertomographie (CT) sind geschaffen. Ein System 10 enthält eine rotierende Gantry 12, eine Röntgenquelle 14, die mit der Gantry verbunden ist, um ein Röntgenstrahlbündel zu erzeugen, und einen Röntgendetektor, der mit der Gantry verbunden ist, um Röntgenstrahlen des Röntgenstrahlbündels zu detektieren. Das System enthält außerdem einen einstellbaren Kollimator 24, der mit der Röntgenquelle verbunden ist und der dazu eingerichtet ist, einen Fokus des Röntgenstrahlbündels einzustellen, das durch die Röntgenquelle erzeugt wird. Das Röntgensystem enthält zudem eine Steuereinrichtung 34, die dazu eingerichtet ist, den Kollimator zu steuern, um den Fokus auf einem interessierenden Bereich (ROI) einzustellen, und um eine Strahlintensität für das Röntgenstrahlbündel zu steuern, das durch die Röntgenquelle während eines Scandurchlaufs erzeugt wird.
Bezugszeichenliste

10: CT-System
12: Gantry
14: Röntgenquelle
16: Röntgenstrahl
18: Detektormatrix
20: Detektorelemente
22: Patientin/Patient
24: Kollimator
26: Rotationszentrum
28: Steuervorrichtung
30: Röntgenstrahl-Steuereinrichtung
32: Gantryantrieb-Steuereinrichtung
34: Kollimator-Steuereinrichtung
36: DAS
38: Bildrekonstruktor
40: Prozessor
42: Speichervorrichtung
44: Bedienungskonsole
16: Zugeordnetes Display
48: Tischantrieb-Steuereinrichtung
50: Patiententisch
52: Gantrytunnel
54: Vorrichtung
56: Von Rechner auslesbares Medium
60: ROI (interessierender Bereich)
62: Brüste
64: Kollimatorplatten
66: Kollimatorblende
70: Öffnung
72: Kissen
80: CT-System
82: ffnung
90: Verfahren
92: Identifizieren der Patientenposition
94: Ermitteln des Gantrywinkels
96: Einstellen des Fokus und der Strahlintensität der Röntgenquelle, auf der Grundlage des Gantrywinkels
98: Ist der Gantrywinkel verändert?
100: Aufrechterhalten der aktuellen Form und Intensität des Strahls

Claims

Röntgen-Computertomographie-(CT)-System (10), zu dem gehören: eine rotierende Gantry (12); eine Röntgenquelle (14), die mit der Gantry verbunden ist, um ein Röntgenstrahlbündel zu erzeugen; ein Röntgendetektor (18), der mit der Gantry verbunden ist, um Röntgenstrahlen des Röntgenstrahlbündels zu detektieren; ein einstellbarer Kollimator (24), der mit der Röntgenquelle verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, einen Fokus des durch die Röntgenquelle erzeugten Röntgenstrahlbündels einzustellen; und eine Steuereinrichtung (34), die dazu eingerichtet ist, den Kollimator zu steuern, um den Fokus mit Blick auf einem interessierenden Bereich (ROI) einzustellen, und um eine Strahlintensität für das Röntgenstrahlbündel zu steuern, das durch die Röntgenquelle während eines Scandurchlaufs erzeugt wird.
Röntgen-CT-System (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, den einstellbaren Kollimator dynamisch in Echtzeit einzustellen.
Röntgen-CT-System (10) nach Anspruch 1, wobei der einstellbare Kollimator (24) bewegliche Kollimatorplatten (64) aufweist, die dazu eingerichtet sind, eine Öffnung, durch die hindurch Röntgenstrahlen aus der Röntgenquelle abgestrahlt werden, einzustellen, um den Fokus während eines Bildscandurchlaufs zu ändern.
Röntgen-CT-System (10) nach Anspruch 3, wobei die Kollimatorplatten (64) getrennt einstellbar sind.
Röntgen-CT-System (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, einen Röhrenstrom oder eine Röhrenspannung der Röntgenquelle einzustellen.
Röntgen-CT-System (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (34), dazu eingerichtet ist, den Fokus oder die Strahlintensität auf der Grundlage einer Winkelausrichtung der rotierenden Gantry einzustellen.
Röntgen-CT-System (10) nach Anspruch 1, zu dem außerdem ein Patiententisch (50) gehört, der eine Patientin (22) trägt, und wobei die Steuereinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, die Strahlintensität zu verringern, wenn sich die Röntgenquelle (14) näher an den Brüsten (62) der Patientin befindet, und die Strahlintensität zu steigern, wenn sich die Röntgenquelle entfernter von den Brüsten befindet.
Röntgen-CT-System (10) nach Anspruch 1, wobei der ROI Brüste (62) beinhaltet, und wobei zu dem System ein Patiententisch (50) gehört, der eine Patientin trägt, und wobei die Steuereinrichtung (34) dazu eingerichtet ist: (i) die Bestrahlung des ROI mit den Röntgenstrahlen zu reduzieren oder zu beenden, wenn sich zwischen den Brüsten und der Röntgenquelle (14) mehrere Gewebe befinden; und (ii) die Brüste mit den Röntgenstrahlen zu bestrahlen, wenn sich kein Gewebe oder weniger Gewebe zwischen den Brüsten und der Röntgenquelle befindet.
Röntgen-CT-System (10) nach Anspruch 1, wobei der ROI einen Bereich eines empfindlichen Organs beinhaltet, und wobei die Steuereinrichtung (34) außerdem dazu eingerichtet ist, eine von den Röntgenstrahlen ausgehende Strahlendosisbelastung des Bereichs des empfindlichen Organs zu minimieren.
Verfahren (90) zum Steuern/Regeln des Betriebs eines rotierenden Computertomographie-(CT)-Bildgebungssystems, um eine organspezifische Bildgebung durchzuführen, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet: Identifizieren (92) einer Ausrichtung einer Patientin in einem Tunnel des CT-Bildgebungssystems; Ermitteln (94) eines Gantrywinkels des CT-Bildgebungssystems, wobei die Gantry wenigstens eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor trägt; und Einstellen (96, 98) eines Fokus der Röntgenquelle und einer durch die wenigstens eine Röntgenquelle erzeugten Strahlintensität auf der Grundlage einer Winkelausrichtung der Gantry während eines Scandurchlaufs mit dem CT-Bildgebungssystem.