DE102011088749B4

DE102011088749B4 - Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion eines Tomosynthese-Bilddatensatzes und Tomosynthese-Röntgeneinrichtung

Info

Publication number: DE102011088749B4
Application number: DE102011088749.0A
Authority: DE
Inventors: Frank Dennerlein
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: DE102011088749A1

Abstract

Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion eines Tomosynthese-Bilddatensatzes (23, 23') mit einer Tomosynthese-Röntgeneinrichtung (1), bei dem Projektionsbilder eines Zielgebiets (6) bei unterschiedlichen Positionen eines Röntgenstrahlers (2) entlang einer Aufnahmetrajektorie (10) aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass Projektionsbilder bei stillstehendem Röntgenstrahler (2) aufgenommen werden, wobei im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes (23, 23') die Projektionsbilder einer ersten Gruppe (17) von bei bewegtem Röntgenstrahler (2) aufgenommenen Projektionsbildern und die Projektionsbilder einer zweiten Gruppe (18) von bei stillstehendem Röntgenstrahler (2) aufgenommenen Projektionsbildern unterschiedlich berücksichtigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion eines Tomosynthese-Bilddatensatzes mit einer Tomosynthese-Röntgeneinrichtung, bei dem Projektionsbilder eines Zielgebiets bei unterschiedlichen Positionen eines Röntgenstrahlers entlang einer Aufnahmetrajektorie aufgenommen werden.
Bei vielen Standard-Bildgebungsaufgaben im Bereich der Röntgenbildgebung, insbesondere bei Untersuchungen der Lunge oder in der Mammographie, werden heutzutage häufig noch zweidimensionale hochauflösende Radiographie-Röntgenbilder aufgenommen. Derartige Röntgenbilder weisen eine hohe räumliche Auflösung auf und erlauben daher auch die Sichtbarmachung kleiner Objekte. Allerdings erlauben zweidimensionale Aufnahmen nicht, zwischen der Tiefe von sichtbaren Strukturen innerhalb des Sichtfeldes zu unterscheiden. Daher kommt es häufig vor, dass anatomische Strukturen, beispielsweise Knochen, Details des Röntgenbildes verdecken.
Dieses Problem, das auch als „anatomisches Rauschen” bezeichnet wird, wird heute häufig durch die Tomosynthese-Bildgebung zu beseitigen gesucht. In der Tomosynthese-Bildgebung wird eine Reihe von zweidimensionalen Projektionsbildern, insbesondere mit niedrigerer Dosis als in der Radiographie aufgenommen, aus unterschiedlichen Projektionswinkeln während einer bestimmten Scan-Bewegung der Röntgeneinrichtung aufgenommen, wobei sich insbesondere der Röntgenstrahler entlang einer Aufnahmetrajektorie bewegt, während bei vielen Tomosynthese-Röntgeneinrichtungen der insbesondere als Flachdetektor ausgebildete Röntgendetektor während der Aufnahme der Projektionsbilder unbewegt bleibt. Die aufgenommenen Projektionsbilder werden dann algorithmisch kombiniert, um einen volumetrischen Tomosynthese-Bilddatensatz zu ermitteln, welcher bis zu einem bestimmten Grad die Ermittlung der Tiefe von Strukturen erlaubt. Das „anatomische Rauschen” kann mithin reduziert werden, so dass die Bildqualität erhöht wird. Übliche Aufnahmetrajektorien bei der Tomosynthese überspannen beispielsweise einen Winkelbereich von 40°–70°, beispielsweise 50°.
Ein bei der Tomosynthese, insbesondere bei feststehendem Röntgendetektor, auftretendes Problem ist jedoch, dass die Projektionsbilder unter einer Bewegungsverschmierung leiden, nachdem der Röntgenstrahler sich während der Bestrahlung jedes einzelnen Projektionsbildes bewegt. Übliche Bestrahlungszeiten für ein einzelnes Projektionsbild in der Brust-Tomosynthese betragen beispielsweise 85 ms–160 ms. Diese Bewegungsverschmierung löst einen Verlust in der räumlichen Auflösung in dem Bilddatensatz aus, so dass besonders kleine Strukturen nicht mehr unterscheidbar sind und diese Information mithin verloren geht.
Zur Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, eine Tomosynthese-Röntgeneinrichtung einzusetzen, die ein stationäres, also ortsfestes Array von Röntgenstrahlern aufweist, so dass keinerlei mechanische Bewegung für die Aufnahme der Tomosynthese-Projektionsbilder notwendig ist. Stattdessen werden die einzelnen Röntgenstrahler aufeinanderfolgend aktiviert und deaktiviert. Auf diese Weise tritt keine Bewegungsverschmierung in den aufgenommenen Projektionsbildern auf, wobei allerdings nachteilhafterweise die Kosten durch die Verwendung einer größeren Zahl von Röntgenstrahlern erheblich ansteigen. Weiterhin befinden sich Röntgenstrahleranordnungen, beispielsweise solche, die auf Kohlenstoff-Nanotubes basieren, und die für eine solche Anwendung geeignet wären, noch in der Entwicklung.
Eine weitere Möglichkeit ist die Reduzierung der Aufnahmedauer, also der Bestrahlungszeit, während jeder Röntgenaufnahme, was ebenso die Stärke der Verschmierungseffekte reduziert. Allerdings bestehen physikalische Grenzen, hier konkret die Spitzenleistung des Röntgenstrahlers, die keine beliebige Reduzierung der Bestrahlungszeiten und somit der Bewegungsverschmierung erlauben.
Die nachveröffentlichte DE 10 2010 035 920 A1 betrifft ein Verfahren zur Darstellung eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Tomosynthesegeräts und ein entsprechendes Tomosynthesegerät. Dabei wird vorgeschlagen, während einer einzigen Untersuchung ein Mammographiebild aufzunehmen und eine Tomosynthese durchzuführen. Aus dem tomosynthesischen Bilddatensatz, welcher während der Tomosynthese erstellt wird, werden Schichtbilder rekonstruiert, wobei auch Bilddaten des Mammographiebildes einfließen können.
US 2005/0113681 A1 betrifft die Röntgen-Tomosynthese der Mamma. Es werden Bilddaten unter verschiedenen Bildgebungspositionen aufgenommen, um tomosynthetische Bilder bestimmter Schichten der Brust zu erhalten. Es wird eine modifizierte gefilterte Rückprojektion verwendet, welche einen speziellen Filter statt einen konventionellen Rampenfilter verwendet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die Effekte von Bewegungsverschmierungen, die durch einen gegen den feststehenden Röntgendetektor bewegten Röntgenstrahler ausgelöst werden, auf einen Tomosynthese-Bilddatensatz auf eine einfache und kostengünstige, insbesondere mit heutigen Tomosynthese-Röntgeneinrichtungen durchführbare Weise zu reduzieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass Projektionsbilder bei stillstehendem Röntgenstrahler, insbesondere am Anfang und/oder am Ende und/oder bei einem Richtungswechsel der Aufnahmetrajektorie, aufgenommen werden, wobei im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes die Projektionsbilder einer ersten Gruppe von bei bewegtem Röntgenstrahler aufgenommenen Projektionsbildern und die Projektionsbilder einer zweiten Gruppe von bei stillstehendem Röntgenstrahler aufgenommenen Projektionsbildern unterschiedlich berücksichtigt werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt also vor, durch eine geschickte Auswahl einzelne Projektionsbilder bei stillstehendem Röntgenstrahler aufzunehmen, und zwar idealerweise an Positionen, an denen aus aufnahmetechnischen Gründen ein solcher Stillstand ohnehin vorliegt oder leicht zu realisieren ist. Nachdem der Röntgendetektor bei der Tomosynthese-Röntgeneinrichtung unbewegt ist, mithin ortsfest, sind diese Projektionsbilder, die einer zweiten Gruppe von Projektionsbildern zugeordnet werden, mithin frei von einer Bewegungsverschmierung und können, entsprechend berücksichtigt, die Bildqualität des rekonstruierten Tomosynthese-Bilddatensatzes im Hinblick auf Bewegungsartefakte bzw. Verwischungen deutlich erhöhen. Dabei wird die Gesamtaufnahmedauer nur minimal beeinflusst, was in jedem Fall wünschenswert ist. Würden sämtliche Projektionsbilder bei stillstehendem Röntgenstrahler aufgenommen, müssten für jedes Projektionsbild Nachschwingungen und dergleichen abgewartet werden, so dass sich die Aufnahmedauer extrem verlängern würde. Die vorliegende Erfindung schlägt jedoch eine geschickte Auswahl der Projektionsbilder der zweiten Gruppe vor, wobei insbesondere Aufnahmegeometrien gewählt werden, in denen ohnehin ein Stillstand des Röntgenstrahlers bis zu einem gewissen Maße erforderlich ist, wie insbesondere am Anfang und/oder am Ende und/oder bei einem Richtungswechsel der Aufnahmetrajektorie.
In diesem Zusammenhang kann man sich also vorstellen, dass man sich den gesamten Tomosynthese-Scan als aus einen oder mehreren Bewegungssegmenten der Aufnahmetrajektorie aufgebaut vorstellt. Die Aufnahmetrajektorie kann mithin in wenigstens ein Bewegungssegment zerlegt werden, wobei vorgeschlagen wird, zwischen inneren, während einer Bewegung des Röntgenstrahlers aufgenommenen Projektionsbildern und Rand-Projektionsbildern, die an einem Punkt am Rande eines Bewegungssegments aufgenommen wurden, also am Anfang und/oder am Ende des Bewegungssegments, zu unterscheiden. Vorgeschlagen wird, die Rand-Projektionsbilder, also die der zweiten Gruppe, aufzunehmen, während sich der Röntgenstrahler nicht bewegt, beispielsweise also bevor die mechanische Bewegung beginnt oder nachdem die mechanische Bewegung endet, während die inneren Projektionsbilder wie üblich während der Bewegung auch aufgenommen werden. In diesem hier dargestellten Beispiel bedeutet das, dass für jedes Bewegungssegment zwei Rand-Projektionsbilder existieren, die die folgenden Eigenschaften haben:

– die Rand-Projektionsbilder sind nicht durch Bewegungsverschmierung beeinflusst, nachdem sich die Röntgeneinrichtung während der Bestrahlung in Stillstand befindet,
– die Rand-Projektionsbilder sind folglich von einer höheren Bildqualität, und
– die Projektionswinkel der beiden Rand-Projektionsbilder haben den größtmöglichen Winkelabstand aller Projektionsbilder, die entlang des Bewegungssegments aufgenommen wurden und können daher hervorragend beispielsweise für stereo-artige Weiterverarbeitungsansätze eingesetzt werden.

Allgemein gesagt kann also vorgesehen sein, dass wenigstens zwei der Projektionsbilder der zweiten Gruppe bei einem maximal möglichen Winkelabstand, insbesondere bezogen auf die Aufnahmetrajektorie und/oder ein Bewegungssegment der Aufnahmetrajektorie, der Positionen des Röntgenstrahlers aufgenommen werden. Beschreibt die Aufnahmetrajektorie beispielsweise einen Kreisbogen, der ein bestimmtes Winkelintervall überstreicht, kann am Anfang und am Ende dieses Kreisbogens ein Rand-Projektionsbild der zweiten Gruppe aufgenommen werden, so dass sich zwangsläufig der maximale Winkelabstand ergibt. Doch auch bei anderen Trajektorien, beispielsweise einer ein Quadrat beschreibenden Aufnahmetrajektorie des Röntgenstrahlers, liegt bei Betrachtung der einzelnen Bewegungssegmente (Seiten des Quadrats) immer der maximal mögliche Winkelabstand bezüglich dieses Bewegungssegments vor, wenn man am Anfang und am Ende des Bewegungssegments (dazwischen finden Richtungswechsel statt) ein Projektionsbild der zweiten Gruppe aufnimmt.
Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass vorteilhaft zusätzlich vorgesehen sein kann, dass wenigstens ein Projektionsbild der zweiten Gruppe in einer Parkposition des Röntgenstrahlers aufgenommen wird. Häufig existiert bei Tomosynthese-Röntgeneinrichtungen auch eine Park- bzw. Ruheposition des Röntgenstrahlers, in die dieser nach jedem Aufnahmevorgang verfahren wird. Ist beispielsweise der Röntgenstrahler in einer Führung auf einer Kreisbogen-Aufnahmetrajektorie verfahrbar, wird als Parkposition häufig die Mittenstellung herangezogen. Soll nun entlang der Kreisbogen-Aufnahmetrajektorie eine Tomosynthese-Bildaufnahme erfolgen, so wird der Röntgenstrahler zunächst von der Parkposition in die Startposition verfahren. Auch in der Parkposition kann nun bereits mit besonderem Vorteil ein Bild der zweiten Gruppe aufgenommen werden, so dass auch diese initiale Stillstandsposition ausgenutzt wird. Die Bewegung von der Parkposition zur Startposition kann dabei auch als ein Bewegungssegment der Aufnahmetrajektorie aufgefasst werden, bei welchem allerdings nicht zwangsläufig innere Projektionsbilder der ersten Gruppe aufgenommen werden müssen.
Insgesamt ergibt sich, dass letztlich mehr Projektionsbilder der ersten Gruppe aufgenommen werden als Projektionsbilder der zweiten Gruppe, da letztere punktweise an geeigneten Positionen eingestreut werden.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner auch eine unterschiedliche algorithmische Behandlung der Projektionsbilder der ersten Gruppe und der Projektionsbilder der zweiten Gruppe vor, wobei mit besonderem Vorteil vorgesehen sein kann, dass die Rekonstruktion so erfolgt, dass die Projektionsbilder der zweiten Gruppe einen höheren Einfluss auf das Rekonstruktionsergebnis haben als die Projektionsbilder der ersten Gruppe. Letztlich erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt also, den die Bildqualität des Tomosynthese-Bilddatensatzes verschlechternden Einfluss der Bewegungsverschmierung zu verringern, wobei das Verfahren problemlos auf bereits bekannten Tomosynthese-Röntgeneinrichtungen ohne eine Veränderung von deren Mechanik oder Gesamtaufbau eingesetzt werden kann. Es ist lediglich eine leicht modifizierte Ansteuerung des Röntgenstrahlers notwendig.
Mithin weisen nur ein Teil der aufgenommenen Projektionsbilder, insbesondere die inneren Projektionsbilder, nämlich die der ersten Gruppe von Projektionsbildern, eine Bewegungsverschmierung auf, während Projektionsbilder der zweiten Gruppe existieren, insbesondere Rand-Projektionsbilder, die diese Bewegungsverschmierung nicht aufweisen. Die Ausgestaltung wird dabei vorteilhafterweise so gewählt, dass Rand-Projektionsbilder hoher Qualität von deutlich unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen werden, so dass jedes dieser Projektionsbilder der zweiten Gruppe wertvolle Informationen zu dem volumetrischen Rekonstruktionsergebnis beiträgt.
Dabei spielen die Projektionsbilder der zweiten Gruppe eine signifikante Rolle, wenn es um den Erhalt kleiner Strukturen, beispielsweise von Verkalkungen, in dem dreidimensionalen Tomosynthese-Bilddatensatz geht, während die Projektionsbilder der ersten Gruppe letztlich hauptsächlich Weichgewebeinformationen und Hintergrundanteile des volumetrischen Ergebnisses liefern.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Röntgenbilder der zweiten Gruppe mit einer höheren Röntgendosis als die Röntgenbilder der ersten Gruppe aufgenommen werden. Auf diese Weise ist es also möglich, die Bildqualität der Projektionsbilder der zweiten Gruppe noch weiter zu erhöhen, indem eine höhere Strahlendosis als für die Projektionsbilder der ersten Gruppe eingesetzt wird. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass diese ungleiche Dosisverteilung selbstverständlich unter der Bedingung realisiert werden kann, dass die dem Patienten verabreichte Gesamtdosis konstant bleibt.
Wie bereits erwähnt, ist es das Ziel der unterschiedlichen Berücksichtigung bei der Rekonstruktion, möglichst den Einfluss der Projektionen der zweiten Gruppe auf das Gesamtrekonstruktionsergebnis, den Tomosynthese-Bilddatensatz, zu erhöhen. In Mammographie-Anwendungen kann beispielsweise erwartet werden, dass die Projektionsbilder der zweiten Gruppe wertvolle Informationen zum Auffinden und Rekonstruieren von winzigen Strukturen hoher Ortsfrequenz und hohen Kontrasts, beispielsweise von Mikro-Verkalkungen, enthalten. Die Projektionsbilder der ersten Gruppe, insbesondere die inneren Projektionsbilder, sind auf der anderen Seite besonders geeignet, Niedrigkontrast-, Weichgewebe- oder Hintergrund-Informationen zu dem finalen Rekonstruktionsergebnis beizutragen.
In einer ersten alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rekonstruktion des Bilddatensatzes anhand eines iterativen Algorithmus erfolgt und die Projektionsbilder der zweiten Gruppe mit einer höheren Gewichtung als die Projektionsbilder der ersten Gruppe eingehen. Das bedeutet also, dass dann, wenn ein iterativer Algorithmus zur Rekonstruktion eingesetzt wird, beispielsweise ein ART-Algorithmus, bereits die grundsätzliche Systemgleichung modifiziert werden kann, um den Projektionsbildern der zweiten Gruppe ein höheres Gewicht einzuräumen. In Formeln bedeutet dies, dass
wobei
die Projektionsdaten der Projektionsbilder der ersten Gruppe bezeichnet,
die Projektionsdaten der Projektionsbilder der zweiten Gruppe und A₁ und αA₂ gemeinsam die Systemmatrix bilden, die den Aufnahmeprozess abbildet. f beschreibt die gesuchte unbekannte Objektdichtefunktion. Der Gewichtungsparameter α wird dabei so gewählt, dass er größer als 1 ist, so dass ein höherer Beitrag der Projektions-Messwerte gegeben ist, die bei Stillstand des Röntgenstrahlers aufgenommen wurden.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Rekonstruktion des Bilddatensatzes mittels eines Algorithmus der gefilterten Rückprojektion erfolgt. Auch bei Algorithmen der gefilterten Rückprojektion (filtered back projection – FBP) ergeben sich eine Mehrzahl von Möglichkeiten, die Rekonstruktion auf den unterschiedlichen Informationsgehalt der Projektionsbilder der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe abzustellen.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass im Rahmen der Filterung der Bilddaten der Projektionsbilder für die Projektionsbilder der ersten Gruppe ein anderer Filter als für die Projektionsbilder der zweiten Gruppe verwendet wird. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Projektionsbilder der zweiten Gruppe mit einem Filterkern behandelt werden, der mehr oder betontere Beiträge bei hohen Ortsfrequenzen als der Filter der ersten Gruppe aufweist. Auf diese Weise wird der Informationsanteil bei hohen Ortsfrequenzen in den Projektionsbildern der zweiten Gruppe gewürdigt und diese Informationen werden deutlicher betont, so dass kleine Strukturen, die nur in den „unbewegten” Projektionsbildern zu sehen sind, im Rekonstruktionsergebnis deutlich sichtbar sind.
In weiterer Ausbildung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass im Rahmen der Rückprojektion eine nichtlineare Kombination der Beiträge verschiedener gefilterter Projektionsbilder der zweiten Gruppe erfolgt. Es wird also in diesem Fall eine unterschiedliche Rückprojektions-Strategie für die Projektionsbilder der zweiten Gruppe vorgesehen, insbesondere eine nichtlineare Kombination der Beiträge während des Rückprojektions-Vorganges. Dabei kann vorgesehen sein, dass zur Kombination der Beiträge der gefilterten Projektionsbilder der zweiten Gruppe ein Minimumsoperator und/oder ein statistisch stark abweichende Werte ausschließender Operator verwendet wird, wobei die letztgenannte Möglichkeit dann angewendet werden kann, wenn mehr als zwei Projektionsbilder der zweiten Gruppe vorliegen. Der Minimumsoperator wirkt dabei letztlich als eine Art „und”-Verknüpfung für die verschiedenen Projektionsrichtungen, so dass eine hohe Intensität an einem Voxel nur dann akzeptiert wird, wenn ein derart hoher Wert bei mehreren, insbesondere allen Projektionsbildern der zweiten Gruppe vorliegt. Auf diese Art und Weise können beispielsweise Messfehler ausgeschlossen werden. Es sei dabei angemerkt, dass vorgesehen sein kann, dass bei den Projektionsbildern der ersten Gruppe wie üblich eine Standard-Aufsummierung, wie im üblichen FBP-Algorithmus, erfolgt.
In einem anderen, im Rahmen der gefilterten Rückprojektion verwendbaren Ansatz kann auch vorgesehen sein, dass aus den mehreren Projektionsbildern der zweiten Gruppe und den Projektionsbildern der ersten Gruppe jeweils ein dreidimensionaler Teilbilddatensatz rekonstruiert wird, welche zu einem gemeinsamen Bilddatensatz fusioniert werden. Es ist also denkbar, zunächst zwei individuelle volumetrische Teilbilddatensätze zu rekonstruieren, einen allein von den Projektionsbildern der ersten Gruppe, und den anderen allein von den Projektionsbildern der zweiten Gruppe. Diese werden dann zu einem gemeinsamen Bilddatensatz fusioniert, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass zur Fusionierung der Teilbilddatensätze eine voxelweise, insbesondere gewichtete, Addition und/oder Multiplikation vorgenommen wird. Die Multiplikation der Voxelwerte ist in diesem Fall besonders vorteilhaft, da hierdurch hohe Kontraste verstärkt werden.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Tomosynthese-Röntgeneinrichtung, umfassend einen Röntgendetektor und einen bewegbaren Röntgenstrahler sowie eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Durch eine Modifikation der Ansteuerungsmöglichkeiten einer Steuereinrichtung bei einer Tomosynthese-Röntgeneinrichtung, die einen ortsfesten Röntgendetektor und einen gegen diesen bewegbaren Röntgenstrahler aufweist, kann also das erfindungsgemäße Verfahren bei der Tomosynthese-Röntgeneinrichtung vorteilhaft realisiert werden. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Tomosynthese-Röntgeneinrichtung übertragen, so dass auch hiermit die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Röntgendetektor als ein ortsfester Flachdetektor ausgebildet ist. Solche ortsfesten Flachdetektoren eignen sich besonders für Tomosynthese-Röntgeneinrichtungen, bei denen dann beispielsweise mittels einer Führung oder dergleichen der Röntgenstrahler auf einem Kreisbogensegment so bewegt werden kann, dass die von dem Röntgenstrahler ausgesandten Röntgenstrahlen, mithin das Messfeld, durch den ortsfesten Flachdetektor vollständig empfangen werden kann.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Tomosynthese-Röntgeneinrichtung,
2 eine erste Skizze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine zweite Skizze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Ausführungsbeispiel, und
5 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine Prinzipskizze relevanter Komponenten einer erfindungsgemäßen Tomosynthese-Röntgeneinrichtung 1. Ein im Vergleich zu einem Röntgenstrahler 2 ortsfester Röntgendetektor 3 ist zum Empfang von Röntgenstrahlung zur Aufnahme von Projektionsbildern ausgebildet. Der Röntgendetektor 3 ist dabei vorliegend als ein Flachdetektor ausgebildet.
In einer Führung 4 kann der Röntgenstrahler 2 gemäß dem Pfeil 5 entlang einer Aufnahmetrajektorie bewegt werden, wo an verschiedenen Positionen unter verschiedenen Projektionswinkeln Projektionsbilder aufgenommen werden können. Dabei sind einen Kreisbogen beschreibende Aufnahmetrajektorien des Röntgenstrahlers 2 möglich, die einen gewissen Winkelbereich abdecken, vorliegend maximal einen Winkelbereich von 60°, so dass mit der Tomosynthese-Röntgeneinrichtung 1 aufgenommene Projektionsbilder ersichtlich nicht Tuys Bedingung (Tuy's condition) zur vollständigen, theoretisch exakten Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes erfüllen.
Bei verschiedenen Positionen des Röntgenstrahlers 2 können in der Fächerstrahlgeometrie Aufnahmen eines Zielgebiets 6, hier einer Mamma, erzeugt werden, das beispielsweise in einem gedachten Isozentrum 7 der Röntgeneinrichtung 1 platziert werden kann.
Zur Steuerung der Komponenten der Röntgeneinrichtung 1 ist eine Steuereinrichtung 8 vorgesehen, an die beispielsweise ein zur Rekonstruktion von Tomosynthese-Bilddatensätzen aus Projektionsbildern ausgebildeter Bildrechner 9 angeschlossen sein kann.
Die Steuereinrichtung 8 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, das bedeutet, die zur Rekonstruktion eines Tomosynthese-Bilddatensatzes verwendeten Projektionsbilder können zum Teil bei bewegtem Röntgenstrahler 2, zum Teil aber auch bei stillstehendem Röntgenstrahler 2 aufgenommen werden, so dass sich insgesamt zwei Gruppen von Projektionsbildern ergeben, nämlich eine erste Gruppe mit Projektionsbildern, die bei bewegtem Röntgenstrahler 2 aufgenommen wurden, und eine zweite Gruppe von Projektionsbildern, die bei feststehenden Röntgenstrahler 2 aufgenommen wurden. Dabei ist im hiesigen Ausführungsbeispiel vorgesehen, die Aufnahmetrajektorie, die der Röntgenstrahler 2 bei der Aufnahme von den Projektionsbildern insgesamt beschreibt, in zwei Bewegungssegmente zu zerlegen, an deren Anfangs- und Endpositionen jeweils Projektionsbilder der zweiten Gruppe von Projektionsbildern, also solche bei unbewegtem Röntgenstrahler 2, aufgenommen werden. An diesen Positionen kommt es ohnehin zu einem (zumindest kurzzeitigen) Stillstand des Röntgenstrahlers 2, so dass sich der Gesamtablauf wenn überhaupt nur unwesentlich verzögert.
Zur genaueren Erläuterung dieser Vorgehensweise sei zunächst auf die Darstellung gemäß 2 verwiesen.
Darin ist die durch die Führung 4 realisierte Aufnahmetrajektorie 10 zwischen zwei maximal möglichen Außenpositionen 11, 12 angedeutet. Die Tomosynthese-Röntgeneinrichtung 1 weist nun eine Parkposition 13 des Röntgenstrahlers 2 auf, die einer Mittenstellung der Führung 4 entspricht.
Zu Beginn des Aufnahmevorgangs soll nun der Röntgenstrahler 2 entlang eines Bewegungssegments 14 von der Parkposition 13 in die Außenposition 11, entsprechend dem Anfang des in 3 dargestellten Bewegungssegments 15, bewegt werden. Zuvor wird aber in diesem Ausführungsbeispiel in der Parkposition 13 noch ein Projektionsbild bei unbewegtem Röntgenstrahler 2 aufgenommen, also ein Projektionsbild der zweiten Gruppe. Während der Bewegung des Strahlers in die Außenposition 11 entlang des Bewegungssegments 14 erfolgt keinerlei Aufnahme. Sodann wird bei stillstehendem Röntgenstrahler 2 in der Position 11 wiederum ein Projektionsbild der zweiten Gruppe aufgenommen. Dann fährt der Röntgenstrahler 2 das Bewegungssegment 15, letztlich die eigentliche Aufnahmetrajektorie, ab wobei wie üblich während der Bewegung des Röntgenstrahlers 2 an verschiedenen Positionen Projektionsbilder der zweiten Gruppe bei bewegtem Röntgenstrahler 2 aufgenommen werden. Schließlich wird als Ende des Bewegungssegments 15 die Außenposition 12 erreicht, wo wiederum bei stillstehendem Röntgenstrahler 2 ein Projektionsbild der zweiten Gruppe aufgenommen wird.
Zusammenfassend wird also ein Projektionsbild an der Parkposition 13 bei stillstehendem Röntgenstrahler 2 aufgenommen. Was das Bewegungssegment 15 angeht, werden an den Außenpositionen 11, 12 Rand-Projektionsbilder bei unbewegtem Röntgenstrahler 2 aufgenommen und während der Bewegung von der Außenposition 11 zu der Außenposition 12 innere Projektionsbilder bei bewegtem Röntgenstrahler 2 aufgenommen. Letztlich entstehen also drei Projektionsbilder, die der zweiten Gruppe von Projektionsbildern zugeordnet werden und eine größere Zahl an inneren Projektionsbildern, die bei bewegtem Röntgenstrahler 2 aufgenommen wurden, die der ersten Gruppe von Projektionsbildern zugehörig sind.
Die Projektionsbilder der zweiten Gruppe an den Positionen 11, 12, 13 werden dabei mit höherer Dosis als die Projektionsbilder der ersten Gruppe, die inneren Projektionsbilder, aufgenommen.
Dies wird nun im Rahmen der Rekonstruktion eines dreidimensionalen Tomosynthese-Bilddatensatzes aus den Projektionsbildern berücksichtigt, indem die Rekonstruktion so erfolgt, dass die Projektionsbilder der zweiten Gruppe einen höheren Einfluss auf das Rekonstruktionsergebnis haben als die Projektionsbilder der ersten Gruppe. Dies sei anhand von zwei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen ein Algorithmus der gefilterten Rückprojektion verwendet wird, näher erläutert.
In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 werden zunächst in einem Schritt 16 die Projektionsbilder gemäß 2 und 3 aufgenommen, so dass eine erste Gruppe 17 und eine zweite Gruppe 18 von Projektionsbildern vorliegen.
Diese werden nun zunächst in einem Schritt 19 bzw. in einem Schritt 20 jeweils gefiltert, wobei unterschiedliche Filterkerne für die beiden Gruppen 17, 18 verwendet werden. Vorliegend wird als Filterkern des Filters der zweiten Gruppe 18 ein hohe Ortsfrequenzen mehr betonender Filterkern als der der ersten Gruppe 17 eingesetzt.
Auch im Rahmen der Rückprojektion, Schritte 21 und 22, werden die Gruppen 17 und 18 unterschiedlich behandelt. Während die Beiträge der Projektionsdaten der ersten Gruppe 17 wie grundsätzlich bekannt in einem Schritt 21 aufsummiert werden, werden die Beiträge der Projektionsdaten der zweiten Gruppe 18 nicht linear kombiniert, wobei ein Minimumoperator oder ein statistisch stark abweichende Werte ausschließender Operator eingesetzt werden kann. Auf diese Weise wird schließlich der dreidimensionale Tomosynthese-Bilddatensatz 23 erhalten.
Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die 5, bei dem ebenso in einem entsprechenden Schritt 16 die erste Gruppe 17 und die zweite Gruppe 18 von Projektionsbildern aufgenommen werden. Diese werden jedoch dann zunächst völlig getrennt behandelt, das bedeutet, in Schritten 24 und 25 wird jeweils ein dreidimensionaler Teilbilddatensatz 26, 27 rekonstruiert. Die Teilbilddatensätze 26 und 27 werden in einem Schritt 28 fusioniert, hier durch multiplikative voxelweise Verknüpfung, wobei auch eine insbesondere gewichtete Addition denkbar ist. Ergebnis ist schließlich auch ein dreidimensionaler Tomosynthese-Bilddatensatz 23'.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Verwendung eines iterativen Rekonstruktionsalgorithmus angewendet werden kann, wobei dort durch entsprechende Einführung eines Gewichtungsfaktors, insbesondere auch in der Systemmatrix, wie bereits erläutert, der Einfluss der von einer Bewegungsverschmierung freien Projektionsbilder der zweiten Gruppe 18 erhöht werden kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Tomosynthese-Röntgeneinrichtung
2: Röntgenstrahler
3: Röntgendetektor
4: Führung
5: Pfeil
6: Zielgebiet
7: Isozentrum
8: Steuereinrichtung
9: Bildrechner
10: Aufnahmetrajektorie
11: Außenposition
12: Außenposition
13: Parkposition
14: Bewegungssegment
15: Bewegungssegment
16: Schritt
17: Gruppe
18: Gruppe
19: Schritt
20: Schritt
21: Schritt
22: Schritt
23: Tomosynthese-Bilddatensatz
23': Tomosynthese-Bilddatensatz
24: Schritt
25: Schritt
26: Teilbilddatensatz
27: Teilbilddatensatz

Claims

Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion eines Tomosynthese-Bilddatensatzes (23, 23') mit einer Tomosynthese-Röntgeneinrichtung (1), bei dem Projektionsbilder eines Zielgebiets (6) bei unterschiedlichen Positionen eines Röntgenstrahlers (2) entlang einer Aufnahmetrajektorie (10) aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass Projektionsbilder bei stillstehendem Röntgenstrahler (2) aufgenommen werden, wobei im Rahmen der Rekonstruktion des Bilddatensatzes (23, 23') die Projektionsbilder einer ersten Gruppe (17) von bei bewegtem Röntgenstrahler (2) aufgenommenen Projektionsbildern und die Projektionsbilder einer zweiten Gruppe (18) von bei stillstehendem Röntgenstrahler (2) aufgenommenen Projektionsbildern unterschiedlich berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Projektionsbild der zweiten Gruppe (18) in einer Parkposition (13) des Röntgenstrahlers (2) aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbilder der zweiten Gruppe (18) mit einer höheren Röntgendosis als die Röntgenbilder der ersten Gruppe (17) aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekonstruktion so erfolgt, dass die Projektionsbilder der zweiten Gruppe (18) einen höheren Einfluss auf das Rekonstruktionsergebnis haben als die Projektionsbilder der ersten Gruppe (17).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekonstruktion des Bilddatensatzes (23, 23') anhand eines iterativen Algorithmus erfolgt und die Projektionsbilder der zweiten Gruppe (18) mit einer höheren Gewichtung als die Projektionsbilder der ersten Gruppe (17) eingehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekonstruktion des Bilddatensatzes (23, 23') mittels eines Algorithmus der gefilterten Rückprojektion erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Filterung der Bilddaten der Projektionsbilder für die Projektionsbilder der ersten Gruppe (17) ein anderer Filter als für die Projektionsbilder der zweiten Gruppe (18) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkern des Filters der zweiten Gruppe (18) mehr oder betontere Beiträge bei hohen Ortsfrequenzen als der Filter der ersten Gruppe (17) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Rückprojektion eine nichtlineare Kombination der Beiträge verschiedener gefilterter Projektionsbilder der zweiten Gruppe (18) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kombination der Beiträge der gefilterten Projektionsbilder der zweiten Gruppe (18) ein Minimumoperator und/oder ein statistisch stark abweichende Werte ausschließender Operator verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den mehreren Projektionsbildern der zweiten Gruppe (18) und den Projektionsbildern der ersten Gruppe (17) jeweils ein dreidimensionaler Teilbilddatensatz (26, 27) rekonstruiert wird, welche zu einem gemeinsamen Bilddatensatz (23') fusioniert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fusionierung der Teilbilddatensätze (26, 27) eine voxelweise Addition und/oder Multiplikation vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Projektionsbilder der zweiten Gruppe (18) bei einem maximal möglichen Winkelabstand der Positionen des Röntgenstrahlers (2) aufgenommen werden.
Tomosynthese-Röntgeneinrichtung (1), umfassend einen ortsfesten Röntgendetektor (3) und einen bewegbaren Röntgenstrahler (2) sowie eine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Steuereinrichtung (8).
Tomosynthese-Röntgeneinrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgendetektor (3) als ein ortsfester Flachdetektor ausgebildet ist.