DE102012101142A1

DE102012101142A1 - Verfahren zur Erfassung der Morphologie einer Brust

Info

Publication number: DE102012101142A1
Application number: DE201210101142
Authority: DE
Inventors: Razvan Gabriel Iordache; Sylvie Puong; Serge Louis Wilfrid Muller; Ann-Katherine CARTON
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2012-08-16
Also published as: CN105030264B; CN102641133A; JP6106365B2; CN105030264A; FR2971412A1; US8958527B2; CN102641133B; JP2012166026A; US20130044861A1; US20150110239A1; FR2971412B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bildgebungsverfahren mittels einer Vorrichtung, umfassend: — eine Röntgenstrahlen-Emissionsquelle; — einen der Quelle gegenüberliegend angeordneten Empfänger; und — eine Auflage, auf der ein abzubildendes Objekt oder Organ positioniert wird; wobei Bilder mit unterschiedlichen Ausrichtungen der Quelle erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass Erfassungen mit mindestens einer ersten und zweiten Menge unterschiedlicher Ausrichtungen der Emissionsquelle angewendet werden, und dadurch, dass im Fall von Ausrichtungen, die zur ersten Menge von Ausrichtungen, jedoch nicht zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehören, nur ein Bild in jeder Ausrichtung erfasst wird, während im Fall von Ausrichtungen der zweiten Menge mindestens zwei Bilder mit unterschiedlichen Erfassungsparametern in jeder Ausrichtung erfasst werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der medizinischen Bildgebung mit Röntgenstrahlen und insbesondere auf Tomosyntheseverfahren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Herkömmliche digitale Bildgebungsverfahren wenden unterschiedliche Techniken an, unter denen die Tomosynthese und die Erzeugung von Doppel- und Dreifachenergiebildern zu erwähnen wären, die mit der Injektion eines Kontrastmittels kombiniert werden können.
Die Emission von Röntgenstrahlen ist durch ein Emissionsspektrum (oder Energiespektrum) und eine Anzahl emittierter Photonen gekennzeichnet. Das Emissionsspektrum ist durch die Materialien definiert, aus denen die Röntgenstrahlen-Emissionsröhre und das am Ausgang dieser Röhre angeordnete Filter hergestellt sind, sowie durch die maximale Energie des Spektrums.
Tomosynthese ist eine Alternative zur Tomographie, bei der eine begrenzte Anzahl von Röntgenprojektionen eines abzubildenden Organs O eines Patienten aus unterschiedlichen Winkeln bezogen auf diesen Patienten erfasst werden. Die Gesamtheit dieser aus unterschiedlichen Winkeln erfassten Projektionen wird danach mittels eines Rekonstruktionsalgorithmus verarbeitet, der zur Erlangung dreidimensionaler Informationen über das Organ des Patienten geeignet ist. Diese dreidimensionalen Informationen können als dreidimensionale Darstellung angezeigt werden. Die Anwendung der Tomosynthese auf die Bildgebung der Brust ist auch unter der Bezeichnung DBT – „Digital Breast Tomosynthesis” (digitale Tomosynthese der Brust) – bekannt.
Doppel- oder Dreifachenergie-Bildgebung besteht aus der Erfassung mehrerer Bilder dieses Organs in derselben Ausrichtung mit unterschiedlichen Energiespektren und aus der Kombination dieser Bilder mittels Durchführung einer Subtraktion, um eine Modellierung zu erhalten, die nur eines der Materialien enthält, das in die Zusammensetzung des abzubildenden Zielorgans O eingeht.
Doppel- oder Dreifachenergie-Bildgebung kann mit der vorherigen Injektion eines Kontrastmittels (beispielsweise Iod) in das abzubildende Objekt oder Zielorgan O kombiniert werden. Die erfassten Bilder werden durch Ausführen einer Subtraktion kombiniert, um eine Modellierung zu erhalten, die nur das in das abzubildende Objekt oder Zielorgan O injizierte Kontrastmittel zeigt. Die Anwendung der Doppelenergie-Bildgebung mit Injektion eines Kontrastmittels in die Brust ist unter der Bezeichnung CESM (kontrastmittelunterstützte spektrale Mammographie) – bekannt.
Das verwendete Kontrastmittel kann Diskontinuitäten aufweisen, die lokale Maxima in seinem radiologischen Dämpfungsspektrum sind. Diese Diskontinuitäten, insbesondere die als K-Flanke („k-edge”) bekannte, werden zur Auswahl der Emissionsspektren verwendet.
In Mehrfachenergieverfahren werden typischerweise ein sogenanntes „Hochenergie”-Bild mit „Hochenergie”-Erfassungsparametern sowie ein sogenanntes „Niedrigenergie”-Bild mit „Niedrigenergie”-Erfassungsparametern erzeugt.
Die „Hochenergie”-Erfassungsparameter entsprechen einem Emissionsspektrum mit einer maximalen Energie, die höher ist als die K-Flanke des verwendeten Kontrastmittels, während die Niedrigenergie-Erfassungsparameter einem Emissionsspektrum mit einer maximalen Energie entsprechen, die niedriger ist als die K-Flanke des verwendeten Kontrastmittels.
Zum Beispiel weist Iod eine solche Diskontinuität bei 33,5 keV (die K-Flanke von Iod) auf.
Die Kombination dieser beiden Verfahren ist bekannt, d. h. die Durchführung mehrerer Erfassungen mit unterschiedlichen Energiespektren für jede der während eines Tomosyntheseverfahrens verwendeten Ausrichtungen, beispielsweise ein CE-DBT (kontrastmittelunterstützte digitale Tomosynthese der Brust) genanntes Verfahren.
Dieses CE-DBT-Verfahren besteht aus der Durchführung einer Subtraktion zwischen den in jeweils gleicher Ausrichtung mit unterschiedlichen Energiespektren erfassten Bildern und der Modellierung mittels eines Rekonstruktionsalgorithmus, der dazu geeignet ist, eine Modellierung des Kontrastmittelvolumens in dem abzubildenden Organ, typischerweise eine Brust, zu erhalten.
Dieses Verfahren hat jedoch auch Nachteile. Tatsächlich ist die systematische Erfassung mehrerer Bilder für jede der Ausrichtungen mit einer relativ langen Gesamterfassungszeit in der Größenordnung von dreißig Sekunden verbunden und damit weit von der üblichen Annahme bei Bildgebungsverfahren entfernt, bei denen die Erfassungszeit als null oder vernachlässigbar angesetzt wird.
Im vorliegenden Fall kann die relativ lange Erfassungszeit darüber hinaus mit einer Ortsveränderung des Kontrastmittels verbunden sein, was nicht zufriedenstellend ist. Je länger die Erfassungszeit ist, desto höher ist ferner die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Patient bewegt, was der Qualität der Erfassung und der daraus resultierenden Modellierung schaden kann.
Zudem wird die gesamte Röntgendosis auf die erfassten Bilder, die zahlreich sind, verteilt, was zu einer niedrigen Dosis für jedes Einzelbild und somit zu einem signifikanten Rauschen führt. Die bekannten Rekonstruktions- und Subtraktionsalgorithmen verstärken jedoch das vorhandene Rauschen in den dabei erfassten Bildern.
Deshalb weist das mittels dieses CEDBT-Verfahrens rekonstruierte Kontrastmittelvolumen ein starkes Rauschen auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung vor, die diese Nachteile nicht aufweist.
Nach einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Bildgebungsverfahren mittels einer Vorrichtung, umfassend:

– eine Röntgenstrahlen-Emissionsquelle;
– einen der Quelle gegenüberliegend angeordneten Empfänger; und
– eine Auflage, auf der ein abzubildendes Objekt oder Organ positioniert wird;

Nach einer besonderen Ausführungsform umfasst die zweite Menge von Ausrichtungen eine Anzahl von Ausrichtungen, die kleiner ist als die Anzahl von Ausrichtungen der ersten Menge von Ausrichtungen.
Nach einer anderen Alternative ist die Erfassung von der Art, dass:

– für eine Ausrichtung, die zur ersten Menge, jedoch nicht zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehört, jedes der Bilder durch Röntgenstrahlemissionen mit Erfassungsparametern erfasst wird, die zur ersten Menge von Erfassungsparametern gehören;
– bei einer Ausrichtung der zweiten Menge jedes der Bilder durch Röntgenstrahlemissionen mit mindestens zwei unterschiedlichen Erfassungsparametern erfasst wird, die zu einer zweiten Menge von Erfassungsparametern gehören, wobei jeder der Erfassungsparameter der zweiten Parametermenge.

Nach einer weiteren Alternative wird die Bilderfassung in jeder der Ausrichtungen aus der zweiten Menge von Ausrichtungen mit Röntgenstrahlemissionen mit mehreren Erfassungsparametern durchgeführt, umfassend:

– „Hochenergie”-Erfassungsparameter, die zu der zweiten Menge von Erfassungsparametern gehören, um „Hochenergie”-Bilder für jede der Ausrichtungen aus der zweiten Menge von Ausrichtungen zu erhalten; und
– niedrige Erfassungsparameter, die eine deutlich unter der maximalen Energie der „Hochenergie”-Erfassungsparameter liegende maximale Energie aufweisen, um „Niedrigenergie”-Bilder zu erhalten, wobei die niedrigen Erfassungsparameter
– zur ersten Menge von Erfassungsparametern gehören bei Ausrichtungen, die gemeinsam zur ersten und zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehören; oder
– zur zweiten Menge von Erfassungsparametern gehören bei Ausrichtungen, die nur zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehören.

Nach einer weiteren Alternative umfasst das Verfahren weiterhin:

– einen Schritt zur Verarbeitung der mit der ersten Ausrichtung erfassten Bilder, um eine tomographische Modellierung des abzubildenden Objekts oder Organs O zu erzeugen; und
– einen Schritt zur Verarbeitung von erfassten „Hochenergie”- und „Niedrigenergie”-Bildern, um eine Mehrfachenergie-Modellierung des abzubildenden Objekts oder Organs O zu erzeugen.

Nach einer besonderen Ausführungsform wird der Schritt, mit dem das abzubildende Objekt oder Organ O den Röntgenstrahlen ausgesetzt wird, durch eine einzige Verlagerung der Emissionsquelle zwischen zwei extremen Ausrichtungen durchgeführt, wobei jede der Erfassungen in der ersten Menge von Ausrichtungen und in der zweiten Menge von Ausrichtungen während dieser einen Verlagerung durchgeführt wird.
Nach einer anderen besonderen Ausführungsform umfasst der Erfassungsschritt:

– eine Verlagerung der Quelle zwischen zwei Extrempositionen der ersten Menge von Ausrichtungen, während der ein Bild in jeder der Ausrichtungen aus der ersten Menge von Ausrichtungen erfasst wird;
– eine Verlagerung der Quelle zwischen zwei Extrempositionen der zweiten Menge von Ausrichtungen, während der mindestens ein Bild in jeder der Ausrichtungen aus der zweiten Menge von Ausrichtungen erfasst wird.

Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform sind die erste und die zweite Menge von Ausrichtungen bezogen auf die Referenzausrichtung symmetrisch oder asymmetrisch verteilt.
Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform verändern sich die Erfassungsparameter, mit denen die Bilder erfasst werden, in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Quelle.
Nach noch einer weiteren besonderen Ausführungsform umfasst das Verfahren einen vorbereitenden Schritt zur Injektion eines Kontrastmittels in das abzubildende Objekt oder Organ.
Nach einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogrammprodukt, welches auf einem Medium aufgezeichnete Codeanweisungen umfasst, die in einem Computer verwendet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass es Anweisungen zur Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Nach einem dritten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Bildgebungssystem, umfassend:

– eine Röntgenstrahlen-Emissionsquelle;
– einen der Quelle gegenüberliegend angeordneten Empfänger; und
– eine Auflage, auf der ein abzubildendes Objekt oder Organ positioniert wird;
– wobei das System einen Stellantrieb umfasst, der zum Verändern der Ausrichtung der Quelle gegenüber der Auflage und zum Steuern der Erfassung von Bildern mit unterschiedlichen Energieniveaus geeignet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb dazu geeignet ist, eine Verlagerung der Quelle gemäß zwei unterschiedlichen Mengen von Ausrichtungen zu ermöglichen und die Bilderfassung so zu steuern, dass im Fall von Ausrichtungen, die zur ersten Menge, jedoch nicht zur zweiten Menge gehören, ein einziges Bild erfasst wird, und im Fall von Ausrichtungen aus der zweiten Menge mindestens zwei Bilder mit unterschiedlichen Erfassungsparametern erfasst werden.

Nach einer Alternative umfasst das System weiterhin einen zweiten Stellantrieb, der dazu geeignet ist, die Ausrichtung des Empfängers gegenüber der Auflage zu verändern und die Verlagerung des Empfängers gemäß zwei unterschiedlichen Mengen von Ausrichtungen zu ermöglichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, die lediglich eine Veranschaulichung und keine Einschränkung darstellt und die unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen gelesen werden sollte, auf denen:
1 eine Teilansicht eines medizinischen Bildgebungssystems zeigt;
2 ein vereinfachtes geometrisches Modell dieses Systems veranschaulicht;
3 ein besonderes Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht;
4 eine Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Teilansicht eines medizinischen Bildgebungssystems, das eine Röntgenstrahlen-Emissionsquelle 3, einen der Quelle 3 gegenüberliegend angeordneten Empfänger 4, auf dem ein abzubildendes Objekt oder Organ, typischerweise die Brust einer Person, positioniert ist, das bzw. die von einer Kompressionsplatte 5 komprimiert und in der korrekten Position gehalten wird.
Die Richtung Z-Z senkrecht zum Empfänger 4, typischerweise die vertikale Richtung, auf die bezogen die Lage der folgenden Ausrichtungen festgelegt wird, ist in 1 gekennzeichnet.
1 stellt die Quelle in 5 Ausrichtungen dar, die gleichmäßig um die Richtung Z-Z verteilt sind; eine zentrale, der Achse Z-Z entsprechende Ausrichtung und zwei Ausrichtungen auf jeder Seite dieser Achse, im Wesentlichen parallel in Bezug auf Z-Z.
Diese Ausrichtungen werden typischerweise zur Erzeugung mehrerer Bilder des abzubildenden Objekts oder Organs O im Rahmen eines Tomosyntheseverfahrens verwendet.
2 veranschaulicht ein Modell, in dem das abzubildende Objekt oder Organ O als Punkt dargestellt ist und in dem ein Winkel σ gegenüber der Achse Z-Z angeordnet ist, wobei dieser Winkel σ die Ausrichtung der Emissionsquelle gegenüber der Achse Z-Z für die Emission von Röntgenstrahlen angibt.
Die Erfindung besteht aus der Kombination eines Tomosyntheseverfahrens mit Mehrfachenergieerfassungen, typischerweise mit vorhergehender Injektion eines Kontrastmittels, wobei letztere für andere Ausrichtungen durchgeführt werden als jene, mit denen die im Rahmen des Tomosyntheseverfahrens erfassten Bilder erfasst werden.
Im Besonderen werden durchgeführt:

– eine erste Erfassung von Bildern im Rahmen eines Tomosyntheseverfahrens mit einer ersten Menge von Ausrichtungen, die durch zwei extreme Ausrichtungen begrenzt sind, wobei diese Erfassung als „erste Erfassung” beschrieben wird; und
– eine zweite Erfassung von Bildern im Rahmen eines Mehrfachenergieverfahrens mit einer zweiten, von der ersten Menge von Ausrichtungen verschiedenen Menge von Ausrichtungen, zum Beispiel begrenzt durch zwei extreme Ausrichtungen, die grundsätzlich zwischen den beiden extremen Ausrichtungen der ersten Menge von Ausrichtungen liegen und mindestens eine Ausrichtung umfassen, wobei diese Erfassung als „zweite Erfassung” beschrieben wird.

Es ist somit nicht möglich, eine erste Menge von Ausrichtungen und eine zweite Menge von Ausrichtungen zu haben, die gleich sind.
Wenn man somit in Betracht zieht, dass die Ausrichtungen der ersten Menge von Ausrichtungen gegenüber der Achse Z-Z zwischen –30° und +30° liegen, zum Beispiel {–30°, –15°, 0°, +15°, +30°), kann die zweite Menge von Ausrichtungen zum Beispiel sein:

– {–20°, 0°, +20°};
– {–15°, 0°, +15°};
– {–20°, –10°, 0°, +10°, +20°};
– {–35°, –15°, 0°, +15°, +35°}.

Die weiter oben gegebenen Beispiele einer zweiten Menge von Ausrichtungen sind alle auf die Achse Z-Z zentriert und weisen alle eine Ausrichtung von 0° auf, was nicht unbedingt erforderlich ist.
Die zweite Menge von Ausrichtungen umfasst eine kleinere Anzahl von Ausrichtungen als die in der ersten Menge von Ausrichtungen enthaltene Anzahl von Ausrichtungen, womit die Zeit für die Erfassung tatsächlich verringert werden kann.
Allgemeiner ausgedrückt liegt, wenn die erste Menge von Ausrichtungen in einer Menge [–X°; +X°] liegt, die zweite Menge von Ausrichtungen typischerweise in der Menge ]–X°; +X°[, wobei X ein Winkel ist, dessen Wert typischerweise zwischen 10° und 90° liegt.
Nach einer besonderen Ausführungsform sind die Ausrichtungen der ersten und der zweiten Menge von Ausrichtungen asymmetrisch gegenüber Z-Z verteilt; die erste Menge von Ausrichtungen kann dann in einer Menge [X°; 0°] oder in einer Menge [X°; Y°] liegen, wobei X von Y verschieden ist, und die zweite Menge von Ausrichtungen liegt dann in der Menge ]X°; 0°[ bzw. [X°; Y°].
Im Besonderen offenbart das Dokument FR 2881338 eine Erfassung von gegenüber der Achse Z-Z asymmetrischen Tomosynthesebildern, die innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
Die mit Ausrichtungen aus der ersten Menge von Ausrichtungen erfassten Bilder werden mit einer ersten Menge von Emissionsparametern erfasst, die in allen Ausrichtungen aus der ersten Menge von Ausrichtungen konstant sein können oder die in Abhängigkeit von den verschiedenen Ausrichtungen unterschiedlich sein können.
Das Mehrfachenergieverfahren kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden:

– durch Kombinieren der mit der ersten Menge von Ausrichtungen erfassten Bilder mit den mit der zweiten Menge von Ausrichtungen erfassten Bildern, wenn diese Mengen beide gemeinsame Ausrichtungen aufweisen, und/oder
– durch Kombinieren mehrerer mit derselben Ausrichtung der zweiten Menge von Ausrichtungen mit unterschiedlichen Emissionsparametern erfassten Bilder.

Dafür werden mehrere Alternativen unterschieden.
Nach einer ersten Alternative sind die für das Tomosyntheseverfahren erfassten und die für das Mehrfachenergieverfahren erfassten Bilder verschieden; jede der Ausrichtungen aus der zweiten Menge von Ausrichtungen wird daher zur Erfassung mehrerer Bilder verwendet, die unterschiedliche Erfassungsparameter aufweisen, um eine Mehrfachenergieerfassung zu erreichen.
Nach einer zweiten Alternative werden die für das Tomosyntheseverfahren erfassten Bilder für die Ausrichtungen, die der ersten und der zweiten Menge von Ausrichtungen gemeinsam sind, im Rahmen des Mehrfachenergie-[Verfahrens] ausgewertet.
Zum Beispiel reicht im folgenden Einzelfall:

– erste Menge von Ausrichtungen: {–30°, –15°, 0°, +15°, +30°};
– zweite Menge von Ausrichtungen: {–15°, 0°, +15°}, ein einziges in jeder der Ausrichtungen der zweiten Menge von Ausrichtungen erfasstes Bild für die Durchführung eines Doppelenergieverfahrens aus, indem dieses Bild mit dem zugehörigen Bild kombiniert wird, welches mit der ersten Menge von Ausrichtungen erfasst wurde, vorausgesetzt, dass das Spektrum der während der Erfassung mit der zweiten Menge von Ausrichtungen emittierten Röntgenstrahlen verschieden ist, typischerweise dadurch, dass es einen größeren maximalen Energiewert aufweist als der maximale Energiewert des Spektrums der emittierten Röntgenstrahlen zur Durchführung der Erfassung mit der zugehörigen Ausrichtung aus der ersten Menge von Ausrichtungen.

Eine Kombination dieser Alternativen kann ebenfalls in Betracht kommen, wobei

– für die Ausrichtungen, die der ersten und zweiten [Menge von] Ausrichtungen gemeinsam sind, das Mehrfachenergieverfahren durchgeführt wird, indem die während der ersten Erfassung erfassten Bilder ausgewertet und mit denen der zweiten Erfassung kombiniert werden;
– für Ausrichtungen, die nur zur zweiten Menge von Ausrichtungen und nicht zur ersten gehören, das Mehrfachenergieverfahren durchgeführt wird, indem die während der zweiten Erfassung erfassten Bilder ausgewertet werden, wobei jede der Ausrichtungen nur zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehört und nicht zur ersten und deswegen notwendigerweise zur Erzeugung mehrerer Bilder verwendet wird, die mit unterschiedlichen Spektren erfasst werden.

Diese besondere Ausführungsform wird durch die Nicht-Redundanz der Erfassungen für Ausrichtungen ausgedrückt, die beiden Mengen von Ausrichtungen gemeinsam sind.
Die tomographische Rekonstruktion des Volumens des abzubildenden Objekts oder Organs wird ihrerseits erreicht anhand von

– Bildern, die mit der ersten Menge von Ausrichtungen erfasst wurden; und/oder
– Bildern, die mit der zweiten Menge von Ausrichtungen erfasst wurden.

Die mit der ersten Menge von Ausrichtungen erfassten Bilder reichen typischerweise aus, um eine tomographische Rekonstruktion des Volumens des abzubildenden Objekts oder Organs zu erzielen, sie können jedoch mit allen oder einem Teil der Bilder verbunden werden, die mit der zweiten Menge von Ausrichtungen erfasst wurden, insbesondere für den Fall, dass die zweite Menge von Ausrichtungen Ausrichtungen umfasst, die nicht in der ersten Menge von Ausrichtungen vorhanden sind.
Alternativ kann die tomographische Rekonstruktion anhand von allen oder einem Teil der Bilder erzielt werden, die mit der zweiten Menge von Ausrichtungen erfasst wurden.
Als Beispiel werden für eine erste Menge von Ausrichtungen gleich {–30°, –15°, 0°, +15°, +30°) und eine zweite Menge von Ausrichtungen gleich {–25°, –15°, 0°, +15°, +25°} erfasst:

– während einer ersten Erfassung ein Bild in jeder der Ausrichtungen der ersten Menge von Ausrichtungen; und
– während einer zweiten Erfassung zwei Bilder für die Ausrichtungen –25° und +25° und ein einziges Bild für jede der Ausrichtungen –15°, 0° und +15°, die mit dem während der ersten Erfassung erfassten zugehörigen Bild kombiniert werden.

Die Anzahl der während der zweiten Erfassung erfassten Bilder hängt von dem Mehrfachenergieverfahren ab und bewegt sich je nach angewendeter Alternative typischerweise zwischen 1 und 3 Bildern für jede Ausrichtung.
Die mit der ersten Menge von Ausrichtungen erfassten Bilder werden mit einem Emissionsspektrum erfasst, das zu einer ersten Menge von Spektren gehört, und die mit der zweiten Menge von Ausrichtungen erfassten Bilder werden mit einem Emissionsspektrum erfasst, das zu einer zweiten Menge von Spektren gehört, wobei die maximale Energie jedes der Emissionsspektren der ersten Menge von Spektren typischerweise kleiner als oder gleich wie die maximale Energie jedes der Emissionsspektren der zweiten Menge von Spektren ist.
Die Erfassungsparameter, mit denen die Bilder der ersten Menge erfasst werden, sind typischerweise gleich oder in Abhängigkeit von den Ausrichtungen veränderlich.
Zum Beispiel wird bei einer gleichen Verteilung im Fall einer ersten Erfassung, die mit einer Gesamtdosis gleich 1 durchgeführt wird und n Bilder mit unterschiedlichen Ausrichtungen umfasst (wobei n eine natürliche ganze Zahl ist), jedes der erfassten Bilder mittels Emission von Röntgenstrahlen mit einer Dosis gleich 1/n erfasst.
Bei einer in Abhängigkeit von der Ausrichtung variablen Verteilung ist es zum Beispiel möglich, 5 unterschiedliche Ausrichtungstypen der Art {1/10; 2/10; 4/10; 2/10; 1/10} zu definieren, wobei die zentrale Ausrichtung typischerweise der Achse Z-Z entspricht und typischerweise diejenige ist, für welche die Dosis am höchsten ist.
Die Erfassungsparameter der zweiten Menge von Erfassungsparametern sind ihrerseits typischerweise größer als oder gleich den Erfassungsparametern für die erste Menge von Erfassungsparametern, d. h., die maximale Intensität der Emissionsspektren der zweiten Menge von Erfassungsparametern ist größer als oder gleich der maximalen Intensität der Emissionsspektren der ersten Menge von Erfassungsparametern.
Die Durchführung des Mehrfachenergieverfahrens erfordert mindestens zwei Bilder, die für jede der Ausrichtungen mit unterschiedlichen Erfassungsparametern erfasst wurden; dafür können mehrere Alternativen in Betracht kommen.
Nach einer Alternative wird ein Bild mit ersten Erfassungsparametern I1 für eine gegebene Ausrichtung erfasst, und danach wird ein zweites Bild mit zweiten Erfassungsparametern I2 für dieselbe Ausrichtung mit I2 ≠ I1 erfasst, wobei diese Erfassung für unterschiedliche Ausrichtungen der zweiten Menge von Ausrichtungen wiederholt wird, und danach wird eine Doppelenergiemodellierung anhand von beiden dieser Bilder mittels eines geeigneten Rekonstruktionsalgorithmus erzielt.
Im Fall eines Dreifach- oder höheren Mehrfachenergieverfahrens werden zusätzliche Bilder mit denselben Ausrichtungen mit von den vorherigen Erfassungsparametern verschiedenen Erfassungsparametern erfasst, und ein für Dreifach- oder höhere Mehrfachenergie geeigneter Rekonstruktionsalgorithmus wird verwendet.
Nach einer weiteren Alternative, bei der die Bilder der ersten Erfassung zur Durchführung des Mehrfachenergieverfahrens während der zweiten Erfassung ausgewertet werden, ist es daher möglich, eine weiter verringerte Anzahl von Bildern mit den Ausrichtungen zu erfassen, die der ersten und der zweiten Menge von Ausrichtungen gemeinsam sind.
Zum Beispiel ist es zur Durchführung eines Doppelenergieverfahrens für die der ersten und der zweiten Menge von Ausrichtungen gemeinsamen Ausrichtungen möglich, sich mit einem einzigen während der zweiten Erfassung erfassten Bild zu begnügen und dieses mit dem Bild zu verbinden, das mit derselben Ausrichtung während der ersten Erfassung erfasst wurde.
Es wird ohne Weiteres zu verstehen sein, dass für ein Dreifachenergieverfahren ein zusätzliches Bild für jede dieser Ausrichtungen erfasst und ein geeigneter Algorithmus verwendet werden.
Allgemein werden definiert:

– eine erste Menge von Ausrichtungen {σ N / 1,i=1 };
– eine zweite Menge von Ausrichtungen {σ M / 2,i=1 };
– eine erste Menge von Erfassungsparametern {E N / 1,i=1 };
– eine zweite Menge von Erfassungsparametern {E N / 2,i=1 }; mit:
– N und M gleich natürlichen ganzen Zahlen größer 1, wobei N > M, die jeweils der Anzahl der Ausrichtungen der ersten bzw. zweiten Menge entsprechen;
– k gleich einer natürlichen ganzen Zahl ungleich null; und
– wobei jeweils mit σ_1,min, σ_1,max, σ_2,min und σ_2,max die extremen Ausrichtungen der ersten und zweiten Menge von Ausrichtungen σ_1,min < σ_2,min und σ_1,max > σ_2,max bezeichnet werden.

Die Erfassungsparameter sind durch ein Emissionsspektrum und durch eine Anzahl emittierter Photonen definiert.
Für die Werte von i, die σ_1,i ≠ σ_2,j erfüllen, wird eine Erfassung durchgeführt

– mit den Ausrichtungen σ_1,i und mit den Erfassungsparametern E_1,i;
– mit den Ausrichtungen σ_2,j mit einer Anzahl k unterschiedlicher Erfassungsparameter E_1,j,k, wobei k eine natürliche ganze Zahl > 1 ist.

Für die Werte von I, die σ_1,i = σ_2,j erfüllen, werden durchgeführt

– eine Erfassung mit jeder dieser Richtungen σ_1,i mit Erfassungsparametern E_1,i;
– mindestens eine Erfassung mit jeder der Richtungen σ_1,i mit Erfassungsparametern E_2,i,k.

3 veranschaulicht ein besonderes Beispiel, bei dem ein Doppelenergieverfahren durchgeführt wird, indem eine erste geordnete Menge von Ausrichtungen {σ_1,i, σ_1,2, σ_1,3} und eine zweite geordnete Menge von Ausrichtungen {σ_2,1, σ_2,2, σ_2,3} definiert werden, wobei σ_1,1 < σ_1,1, σ_2,3 < σ_1,3 und σ_1,2 = σ_2,2 und wobei eine Erfassung durchgeführt wird:

– mit jeder der Ausrichtungen σ_1,1, σ_1,2 und σ_1,3 von Bildern mit Erfassungsparametern E_1,1, E_1,2 bzw. E_1,3;
– mit der Ausrichtung σ_2,1 von zwei Bildern mit jeweils unterschiedlichen Erfassungsparametern E_2,1,1 bzw. E_2,1,2.
– mit der Ausrichtung σ_2,3 von zwei Bildern mit unterschiedlichen Erfassungsparametern E_2,3,1 bzw. E_2,3,2
– mit der Ausrichtung σ_1,2 = σ_2,2
– von einem Bild mit Erfassungsparametern E_2,2,2; oder
– von zwei Bildern mit Erfassungsparametern E_2,2,1 bzw. E_2,2,2.

In dem Fall, in dem nur ein Bild mit Erfassungsparametern E_2,2,2 erfasst wird, wird das Doppelenergieverfahren anhand des für die Ausrichtung σ_1,2 = σ_2,2 mit dem Erfassungsparameter E_1,2 erfassten Bildes kombiniert mit dem Bild durchgeführt, das mit den Erfassungsparametern E_2,2,2 erfasst wurde, wobei diese beiden Erfassungsparameter voneinander verschieden sind.
In dem Fall, in dem zwei Bilder mit unterschiedlichen Erfassungsparametern E_2,2,1 _bzw _. E_2,2,2 erfasst werden, wird das Doppelenergieverfahren (mit dem man die Modellierung des Kontrastmittelvolumens erhält) anhand von beiden dieser Bilder durchgeführt, wobei das mit Erfassungsparametern E_1,2 erfasste Bild seinerseits zur Durchführung des Tomosyntheseverfahrens (mit dem man die Modellierung des Innenvolumens des abzubildenden Objekts oder Organs O erhält) verwendet wird.
Die Erfassung der Bilder mit den unterschiedlichen Erfassungsparametern und unterschiedlichen Ausrichtungen kann in mehreren unterschiedlichen Abfolgen durchgeführt werden, unter denen unterschieden werden:

– eine Alternative, bei der eine einzige Verlagerung der Röntgenstrahlen-Emissionsquelle zwischen zwei extremen Ausrichtungen σ_1,1 und σ_1,3 aus der ersten Menge von Ausrichtungen durchgeführt wird, wobei die Erfassungen mit den unterschiedlichen Erfassungsparametern alle während dieses einen Durchgangs durchgeführt werden;
– eine Alternative, bei der durchgeführt werden:
– eine erste Verlagerung der Röntgenstrahlen-Emissionsquelle von der ersten zur zweiten extremen Ausrichtung der ersten Menge von Ausrichtungen; zum Beispiel von σ_1,1 nach σ_1,3 in dem in 3 veranschaulichten Beispiel, währenddessen eine einzige Erfassung für jede der Ausrichtungen aus der ersten Menge von Ausrichtungen durchgeführt wird; und danach
– eine zweite Verlagerung der Röntgenstrahlen-Emissionsquelle von der zweiten zur ersten extremen Ausrichtung aus der zweiten Menge von Ausrichtungen (oder umgekehrt), zum Beispiel von σ_2,3 nach σ_2,1 in dem in 3 veranschaulichten Beispiel, währenddessen mindestens eine Erfassung für jede der Ausrichtungen aus der zweiten Menge von Ausrichtungen durchgeführt wird.

Mit der Erfindung ist es somit möglich, eine vollständige Modellierung eines abzubildenden Objekts oder Organs O bei Minimierung der Erfassungszeit zu erhalten, wobei die Möglichkeit gegeben ist, nicht die Annahme aufzugeben, derzufolge sich das in das abzubildende Objekt oder Organ O injizierte Kontrastmittel während der Erfassung der verschiedenen Bilder nicht bewegt hat.
Des Weiteren verringert die Erfindung die Anzahl der durchgeführten Erfassungen im Vergleich zu Verfahren wie CE-DBT, was eine Verringerung des in den Bildern und den rekonstruierten Volumina vorhandenen Rauschens ermöglicht. Tatsächlich kann mit der verringerten Anzahl von Erfassungen für eine gegebene Dosis jeder der Erfassungen eine größere Dosis zugeteilt werden als im Vergleich zum CE-DBT-Verfahren.
Mit der Erfassung ist es somit möglich, zwei Arten unterschiedlicher Darstellungen zu erreichen:

– eine Tomosynthesedarstellung durch tomographische Rekonstruktion; und
– eine Doppel- oder Mehrfachenergiedarstellung durch Bildverarbeitung.

Diese Darstellungen werden so angezeigt, dass der Benutzer auf sämtliche ihm angezeigten Informationen zugreifen kann.
Ferner werden nach einer besonderen Ausführungsform die in diesen unterschiedlichen Darstellungen erhaltenen Informationselemente gekreuzt, sodass es dem Benutzer möglich ist, ohne Weiteres zwischen der Tomosynthesedarstellung und der Doppel- oder Mehrfachenergiedarstellung zu navigieren, und zwar insofern, als diese Darstellungen von unterschiedlicher Art sind (ein Volumen und Projektionen).
Die Koordinaten der für die Untersuchung relevanten Regionen („Regions of Interest”, abgekürzt „ROI”), wie beispielsweise auf den Projektionen der Doppel- oder Mehrfachenergiedarstellung identifizierte Läsionen, werden zum Beispiel unter Verwendung der für stereotaxische Techniken genutzten Berechnungsverfahren berechnet. Der (die) zugehörige(n) Schnitt(e) der Tomosynthesedarstellung wird (werden) dabei so gekennzeichnet, dass der Benutzer darauf die entsprechenden ROIs sehen kann.
Umgekehrt können die ROIs auf den Tomosynthesedarstellungen identifiziert und je nach ihrer Positionierung und ihren Abmessungen auf die Doppel- oder Mehrfachenergiedarstellungen übertragen werden.
Die ROIs können vom Benutzer manuell auf den Projektionen gekennzeichnet oder automatisch erkannt werden oder weiterhin auch durch eine Kombination dieser beiden Verfahren, beispielsweise durch eine automatische Erkennung, die vom Benutzer korrigiert und/oder bestätigt wird.
Auf diese Weise kann der Benutzer sowohl morphologische Informationen über die Tomosynthesedarstellung als auch funktionelle Informationen über die Doppel- oder Mehrfachenergiedarstellung auswerten.
Alternativ wird die Doppel- oder Mehrfachenergiedarstellung danach einer tomographischen Rekonstruktion unterzogen, zum Beispiel, um eine Modellierung des Kontrastmittelvolumens in dem abzubildenden Objekt oder Organ O zu erzeugen. Diese Alternative besteht insbesondere in der Anwendung einer tomographischen Rekonstruktion auf die rekombinierten Projektionen, die im Rahmen des Doppel- oder Mehrfachenergieverfahrens verwendet werden.
Das zuvor beschriebene Verfahren wird typischerweise in einer Vorrichtung 1 angewendet, wie sie in 4 dargestellt ist, umfassend:

– eine Röntgenstrahlen-Emissionsquelle 3;
– einen der Quelle gegenüberliegend angeordneten Empfänger 4; und
– eine Auflage 6, auf der ein abzubildendes Objekt oder Organ positioniert wird.

Die Quelle 3 ist auf einem Stellantrieb 8 montiert, typischerweise ein mobiler Arm, der dazu geeignet ist, die Quelle 3 gegenüber dem Empfänger 4 zu verlagern, und dazu geeignet, die Quelle für die Durchführung der unterschiedlichen Erfassungen zu steuern.
Der Stellantrieb 8 umfasst typischerweise zusätzliche Berechnungs- oder Steuerungsmittel.
Die Vorrichtung 1 umfasst auch einen Computer 7, der zur Durchführung der Verarbeitungsschritte der erfassten Bilder für die Modellierung des abzubildenden Objekts oder Organs ausgehend von den erfassten Bildern geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bildgebungsverfahren mittels einer Vorrichtung, umfassend:

TEILELISTE:
Bezugszeichenliste
Fig. 1

O: abzubildendes Organ
Z: Richtung senkrecht zum Empfänger 4
3: Röntgenstrahlen-Emissionsquelle
4: Empfänger
5: Kompressionsplatte
6: Auflage
σ: Winkel, der die Richtung der Emissionsquelle gegenüber der Achse Z-Z für die Emission von Röntgenstrahlen angibt

E1..., E2...: unterschiedliche Erfassungsparameter usw.

1: Vorrichtung
7: Computer
8: Stellantrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2881338 [0049]

Claims

Bildgebungsverfahren mittels einer Vorrichtung, umfassend: – eine Röntgenstrahlen-Emissionsquelle; – einen der Quelle gegenüberliegend angeordneten Empfänger; und – eine Auflage, auf der ein abzubildendes Objekt oder Organ positioniert wird; wobei Bilder mit unterschiedlichen Ausrichtungen der Quelle erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass Erfassungen mit einer ersten und zweiten Menge unterschiedlicher Ausrichtungen der Emissionsquelle angewendet werden, und dadurch, dass im Fall von Ausrichtungen, die zur ersten Menge von Ausrichtungen, jedoch nicht zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehören, nur ein Bild in jeder Ausrichtung erfasst wird, während im Fall von Ausrichtungen aus der zweiten Menge mindestens zwei Bilder mit unterschiedlichen Erfassungsparametern in jeder Ausrichtung erfasst werden.
Bildgebungsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Menge von Ausrichtungen eine Anzahl von Ausrichtungen umfasst, die kleiner ist als die Anzahl von Ausrichtungen der ersten Menge von Ausrichtungen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Erfassung von der Art ist, dass: – für eine Ausrichtung, die zur ersten Menge, jedoch nicht zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehört, jedes der Bilder durch Röntgenstrahlemissionen mit Erfassungsparametern erfasst wird, die zu einer ersten Menge von Erfassungsparametern gehören; – für eine Ausrichtung der zweiten Menge jedes der Bilder durch Röntgenstrahlemissionen mit mindestens zwei unterschiedlichen Erfassungsparametern erfasst wird, die zu einer zweiten Menge von Erfassungsparametern gehören, die von der ersten Menge von Erfassungsparametern verschieden ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Erfassung der Bilder mit jeder der Ausrichtungen aus der zweiten Menge von Ausrichtungen mit Röntgenstrahlemissionen mit mehreren Erfassungsparametern durchgeführt wird, umfassend: – Hochenergie-Erfassungsparameter, die zu der zweiten Menge von Erfassungsparametern gehören, um Hochenergie-Bilder für jede der Ausrichtungen aus der zweiten Menge von Ausrichtungen zu erhalten; und – niedrige Erfassungsparameter, die eine deutlich unter der maximalen Energie der Hochenergie-Erfassungsparameter liegende maximale Energie aufweisen, um Niedrigenergie-Bilder zu erhalten, wobei die niedrigen Erfassungsparameter – für die Ausrichtungen, die gemeinsam zur ersten und zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehören, zur ersten Menge von Erfassungsparametern gehören; oder – für die Ausrichtungen, die nur zur zweiten Menge von Ausrichtungen gehören, zur zweiten Menge von Erfassungsparametern gehören.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst: – einen Schritt zur Bearbeitung der mit der ersten Ausrichtung erfassten Bilder, um eine Tomosynthesemodellierung des abzubildenden Objekts oder Organs (O) zu erzeugen; und - einen Schritt zur Verarbeitung von erfassten Hochenergie- und Niedrigenergie-Bildern, um eine Mehrfachenergie-Modellierung des abzubildenden Objekts oder Organs O zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, mit dem das abzubildende Objekt oder Organ (O) den Röntgenstrahlen ausgesetzt wird, durch eine einzige Verlagerung der Emissionsquelle zwischen zwei extremen Ausrichtungen durchgeführt wird, wobei jede der Erfassungen mit der ersten Menge von Ausrichtungen und mit der zweiten Menge von Ausrichtungen während dieser einen Verlagerung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsschritt umfasst: – eine Verlagerung der Quelle zwischen zwei Extrempositionen der ersten Menge von Ausrichtungen, während der ein Bild mit jeder der Ausrichtungen aus der ersten Menge von Ausrichtungen erfasst wird; – eine Verlagerung der Quelle zwischen zwei Extrempositionen der zweiten Menge von Ausrichtungen, während der mindestens ein Bild mit jeder der Ausrichtungen aus der zweiten Menge von Ausrichtungen erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste und die zweite Menge von Ausrichtungen bezogen auf die Referenzausrichtung symmetrisch oder asymmetrisch verteilt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Erfassungsparameter, mit denen die Bilder erfasst werden, in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Quelle verändern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen vorbereitenden Schritt zur Injektion eines Kontrastmittels in das abzubildende Objekt oder Organ (O).
Computerprogramm, umfassend Codeanweisungen, die auf einem in einem Computer nutzbaren Medium aufgezeichnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es Anweisungen zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
Bildgebungssystem, umfassend: – eine Röntgenstrahlen-Emissionsquelle; – einen der Quelle gegenüberliegend angeordneten Empfänger; und – eine Auflage, auf der ein abzubildendes Objekt oder Organ positioniert wird; wobei das System einen Stellantrieb umfasst, der zum Verändern der Ausrichtung der Quelle gegenüber der Auflage und zum Steuern der Erfassung von Bildern mit unterschiedlichen Energieniveaus geeignet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb dazu geeignet ist, eine Verlagerung der Quelle gemäß zwei unterschiedlichen Mengen von Ausrichtungen zu ermöglichen und die Bilderfassung so zu steuern, dass im Fall von Ausrichtungen, die zur ersten Menge, jedoch nicht zur zweiten Menge gehören, ein einziges Bild erfasst wird, und im Fall von Ausrichtungen aus der zweiten Menge mindestens zwei Bilder mit unterschiedlichen Erfassungsparametern erfasst werden.
System nach dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin umfassend einen zweiten Stellantrieb, der dazu geeignet ist, die Ausrichtung des Empfängers gegenüber der Auflage zu verändern und die Verlagerung des Empfängers mit zwei unterschiedlichen Mengen von Ausrichtungen zu ermöglichen.