DE102013219156A1 - Tomosynthetisches Verfahren zum Erzeugen eines 3D-Röntgenbildes und mit diesem Verfahren arbeitende diagnostische Einrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein tomosynthetisches Verfahren zum Erzeugen eines aus einer Mehrzahl von Schichtbildern aufgebauten tomosynthetischen 3D-Röntgenbildes (38) aus einer Mehrzahl von unter unterschiedlichen Projektionswinkeln (αj) in einem begrenzten Winkelbereich (φ1, φ2) aufgenommenen digitalen 2D-Projektionsbildern (Pαj) und eine diagnostische Einrichtung mit einer in einem begrenzten Bereich zu einem Untersuchungsobjekt (4) ortsveränderbar angeordneten Röntgenröhre (2) und mit einem Röntgendetektor (10) zum Aufnehmen von 2D-Projektionsbildern (Pαj) mit verschiedenen Projektionswinkeln (αj) sowie mit einer Auswerteeinrichtung (14) zum Verarbeiten der vom Röntgendetektor (10) bereitgestellten Detektorsignale und einer darin implementierten Software zum Erzeugen eines tomosynthetischen 3D-Röntgenbildes (38) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Außerdem betrifft die Erfindung eine diagnostische Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein insbesondere für die Mammographie geeignetes tomosynthetisches Verfahren, bei dem aus einer Mehrzahl von mit verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommenen digitalen 2D-Projektionsbildern ein tomosynthetisches 3D-Röntgenbild zusammengesetzt wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine mit diesem Verfahren arbeitende diagnostische Einrichtung.
• Bei der Mammographie handelt es sich um eine Röntgenuntersuchung der weiblichen Brust mit dem Ziel, Tumore in einem möglichst frühen Stadium zu erkennen. Durch stetige Verbesserung der Mammographieverfahren wird angestrebt, Röntgenbilder mit hoher Aussagekraft zu erzeugen, um gutartige von bösartigen Veränderungen zu unterscheiden und die Zahl der fehlerhaften Befunde, d. h. die Zahl der verdächtigen Befunde, die von nicht bösartigen Veränderungen hervorgerufen sind, und die Zahl der nicht entdeckten bösartigen Tumore, zu reduzieren. Bei der herkömmlichen Röntgenmammographie wird dabei in einer einzigen Projektionsrichtung ein zweidimensionales Einzelbild der komprimierten Brust erzeugt. Da bei einer solchen Projektion die in Richtung des Röntgenstrahls hintereinander liegenden Gewebeschichten überlagert sind, können stark absorbierende gutartige Strukturen einen bösartigen Tumor überlagern und dessen Erkennbarkeit erschweren.
• Um dies zu vermeiden, sind als Tomosynthese bezeichnete Mammographieverfahren bekannt, bei denen mit einem digitalen Röntgendetektor von der weiblichen Brust 2D-Projektionsbilder oder 2D-Projektionsdaten in einer Mehrzahl von verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen werden. Aus diesen unter verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommenen digitalen 2D-Projektionsbildern, d.h. aus den zu diesen 2D-Projektionsbildern gehörenden Bilddaten, kann dann durch Bildrekonstruktionsverfahren ein dreidimensionaler Bilddatensatz erzeugt werden, der aus einer Mehrzahl von aus Voxeln gebildeten Schichtbildern besteht, die jeweils eine parallel zur Empfangsfläche des Röntgendetektors orientierte Schicht der Brust wiedergeben. Ein solcher durch Rekonstruktion gewonnener Bilddatensatz wird im Folgenden als tomosynthetisches 3D-Röntgenbild bezeichnet, welches also aus einzelnen Voxeln gebildet wird, denen jeweils ein Grauwert zugeordnet ist. Durch diese Maßnahme können in Ausbreitungsrichtung des Röntgenstrahls gesehen, tiefer liegende Gewebsstrukturen besser erkannt werden.
• Beim Erzeugen der einzelnen 2D-Projektionsbilder darf die für eine Mammographieaufnahme erlaubte Gesamtdosis nicht überschritten werden, so dass diese einzelnen 2D-Projektionsbilder mit einer Dosis aufgenommen werden müssen, die je nach Anzahl der für die Rekonstruktion verwendeten 2D-Projektionsbilder nur einen Bruchteil der erlaubten Gesamtdosis beträgt, so dass die einzelnen 2D-Projektionsbilder sehr verrauscht sind.
• Um zu vermeiden, dass sich dieses hohe Bildrauschen bei der Rekonstruktion auf das tomosynthetische 3D-Röntgenbild überträgt, ist es grundsätzlich möglich, die einzelnen 2D-Projektionsbilder vor der Rekonstruktion einem rauschreduzierenden Bildverarbeitungsverfahren zu unterziehen. Beispielsweise werden die 2D-Projektionsbilder einem Binningverfahren unterzogen. Dabei werden die Grauwerte einer Nachbarschaft von beispielsweise 2×2 Voxeln gemittelt und zu einem größeren Voxel zusammengefasst. Das Binnigverfahren reduziert zwar das Bildrauschen, führt jedoch auch zu Verlusten in der Ortsauflösung im rekonstruierten 3D-Röntgenbild. Eine solche Rauschreduktion der 2D-Projektionsbilder hat also zur Folge, dass für die korrekte Befundung erforderliche und ein Tumorfrühstadium indizierende Mikrostrukturelemente wie beispielsweise Mikroverkalkungen entweder verschwinden oder, falls diese in einem Cluster vorliegen, miteinander verschmelzen und sich in der rekonstruierten Schicht als großer gutmütiger Kalk abbilden. Dies kann zu einer fehlerhaften Diagnose führen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, rauscharme tomosynthetische 3D-Röntgenbilder zu erzeugen, in denen auch Mikrostrukturelemente noch gut identifiziert werden können. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine mit diesem Verfahren arbeitende diagnostische Einrichtung anzugeben.
• Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem tomosynthetischen Verfahren zum Erzeugen eines aus einer Mehrzahl von Schichtbildern aufgebauten tomosynthetischen 3D-Röntgenbildes aus einer Mehrzahl von unter unterschiedlichen Projektionswinkeln in einem begrenzten Winkelbereich aufgenommenen digitalen 2D-Projektionsbildern mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
• Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
• a) Rekonstruktion eines aus einer Mehrzahl von aus Voxeln gebildeten Schichtbildern aufgebauten tomosynthetischen ersten 3D-Zwischenbildes aus den nicht rauschgefilterten 2D-Projektionsbildern, wobei jedem Voxel ein Grauwert zugeordnet wird.
• b) Detektieren von Strukturelementen im ersten 3D-Zwischenbild, die hinsichtlich ihrer Form und Größe mit bezüglich der Form, der Größe und des ihrem Schwächungskoeffizienten entsprechenden Grauwertes vordefinierten Mikrostrukturelementen übereinstimmen und Erzeugen eines zweiten 3D-Zwischenbildes, welches nur die detektierten Strukturelemente enthält.
• c) Erzeugen eines dritten 3D-Zwischenbildes, indem Grauwerte derjenigen Voxel des zweiten 3D-Zwischenbildes, die im ersten 3D-Zwischenbild einen niedrigeren Schwächungskoeffizienten repräsentierenden Grauwert als ihre umgebenden Voxel aufweisen, auf einen vordefinierten Wert gesetzt werden.
• d) Erzeugen eines vierten 3D-Zwischenbildes aus dem dritten 3D-Zwischenbild unter Verwendung einer vordefinierten Abbildungsfunktion, mit der ein Grauwert des dritten 3D-Zwischenbildes ein Grauwert des vierten 3D-Zwischenbildes zugeordnet wird, wobei die Abbildungsfunktion mit zunehmendem Grauwert des dritten 3D-Zwischenbildes monoton fallend ist.
• e) Erzeugen des tomosynthetischen 3D-Röntgenbildes mittels Durchführung einer Rauschfilterung des ersten 3D-Zwischenbildes, wobei die Voxel des ersten 3D-Zwischenbildes einer umso verringerten Rauschfilterung unterzogen werden, je geringer der Grauwert des entsprechenden Voxels im vierten 3D-Zwischenbild ist.
• Ziel des Verfahrens ist es, möglichst rauscharme tomosynthetischen 3D-Zwischenbilder zu erzeugen, in denen auch Mikrostrukturelemente wie vorzugsweise Mikroverkalkungen gut erkennbar sind. Diese Mikrostrukturelemente weisen eine Größe von ca. 100 bis 200 im Durchmesser auf. Bei der Anwendung bekannter Rauschfilterverfahren kann es daher passieren, dass diese Mikrostrukturelemente nicht mehr gut sichtbar sind. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens soll sichergestellt werden, dass die Mikrostrukturelemente auch in einem rauschgefilterten 3D-Röntgenbild gut zu erkennen sind. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass hinsichtlich der Mikrostrukturelemente Informationen über deren Form, Größe und deren Schwächungskoeffizient und den davon abhängigen Grauwert vorliegen. Mit anderen Worten sind also die Mikrostrukturelemente hinsichtlich ihrer Form, Größe und des ihrem Schwächungskoeffizienten entsprechenden Grauwertes vordefiniert.
• Um das oben genannte Ziel zu erreichen, erfolgt zunächst in Schritt a) eine herkömmliche Rekonstruktion eines ersten 3D-Zwischenbildes aus den nicht rauschgefilterten 2D-Projektionsbildern.
• Im Schritt b) werden dann im ersten 3D-Zwischenbild Strukturelemente, die lediglich ihrer Form und Größe derjenigen der gesuchten Mikrostrukturelemente übereinstimmen, detektiert. Es wird dann ein zweites 3D-Zwischenbild erzeugt, welches nur die detektierten Strukturelemente enthält. Ein derartiges 3D-Zwischenbild weist dann beispielsweise kein Hintergrundgewebe mehr auf. Die dann verbleibenden Grauwerte können dann eine Differenz zwischen dem ersten 3D-Zwischenbild und einem Hintergrundgewebe darstellen.
• In dem zweiten 3D-Zwischenbild können neben den eigentlich gesuchten Mikrostrukturelementen, welche einen bestimmten vordefinierten Grauwert aufweisen, auch solche Strukturelemente enthalten sein, die zwar ihrer Form und Größe nach den Mikrostrukturelementen entsprechen, jedoch einen unterschiedlichen Grauwert aufweisen.
• In bevorzugten Ausführungsformen kann das Detektieren mittels einer Top-Hat-Operation, mittels einer Wavelet-Transformation, mittels Laplace- oder Gaußfilter bzw. einer Kombination aus Laplace- und Gaußfilter oder auch mittels fuzzy-logic durchgeführt werden.
• Um nun diejenigen Voxel zu identifizieren, die die eigentlichen Mikrostrukturelemente darstellen, werden in Schritt c) nun diejenigen Voxel des zweiten 3D-Zwischenbildes auf einen vordefinierten Wert gesetzt, die im ersten 3D-Zwischenbild einen niedrigeren Schwächungskoeffizienten repräsentierenden Grauwert als ihre umgebenden Voxel aufweisen. Vorzugsweise ist dieser vordefinierte Wert null, welcher dem geringsten Schwächungskoeffizienten entspricht und in einem Bild als schwarz dargestellt wird. Das dritte 3D-Zwischenbild enthält demnach lediglich Informationen, wo Mikrostrukturelemente auftreten. Zusätzlich können die verbleibenden Grauwerte auf einen Maximalwert normalisiert werden.
• Im Schritt d) wird dann ein viertes 3D-Zwischenbild erzeugt, wobei ein Grauwert des dritten 3D-Zwischenbildes auf einen Grauwert des vierten 3D-Zwischenbildes unter Verwendung einer Abbildungsfunktion transformiert wird. Die Abbildungsfunktion ist mit zunehmendem Grauwert des dritten 3D-Zwischenbildes monoton fallend. Dies bedeutet also, dass hohe Grauwerte des dritten 3D-Zwischenbildes auf niedrige Grauwerte im vierten 3D-Zwischenbild und niedrige Grauwerte des dritten Bildes auf hohe Grauwerte im vierten 3D-Bild abgebildet werden. Das dritte 3D-Zwischenbild wird somit einer gemäß der Abbildungsfunktion gestalteten Invertierung unterzogen. Somit enthält das in diesem Schritt gewonnene Bild genau an den Orten, an denen die Mikrostrukturelemente liegen einen niedrigen Grauwert.
• In Schritt e) erfolgt nun eine Rauschfilterung des ersten 3D-Zwischenbildes mit bekannten Filtermethoden. Allerdings erfolgt eine derartige Filterung nicht einheitlich über die gesamten Voxel des ersten 3D-Zwischenbildes. Vielmehr erfolgt eine Gewichtung der Filterung anhand der aus den vorhergehenden Schritten gewonnenen Informationen hinsichtlich des Auftretens der Mikrostrukturelemente. Die Rauschfilterung erfolgt nämlich in Abhängigkeit der Grauwerte des vierten 3D-Zwischenbildes derart, dass Voxel des ersten 3D-Zwischenbildes einer umso verringerten Rauschfilterung unterzogen werden, je geringer der Grauwert des entsprechenden Voxels im vierten 3D-Zwischenbild ist. Wie oben beschrieben ist der Grauwert im vierten 3D-Zwischenbild dort am geringsten, wo Mikrostrukturelemente vorhanden sind. Dieser Grauwert kann dann als Gewichtungsfaktor der Rauschfilterung dienen. Er kann beispielsweise bei der Rauschfilterung als multiplikativer Faktor verwendet werden. Ist der Grauwert im vierten 3D-Zwischenbild beispielsweise null, wird mit einer multiplikativen Verwendung dieses Wertes erreicht, dass diejenigen Bildbereiche des ersten 3D-Zwischenbildes keiner Rauschfilterung unterzogen werden, in denen sich Mikrostrukturelemente befinden.
• Insgesamt wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, dass diejenigen Bereiche, in denen keine Mikrostrukturelemente vorkommen, der Rauschfilterung unterzogen werden, wo hingegen die Information der Mikrostrukturelemente nahezu vollständig erhalten bleibt. Es entsteht daher ein 3D-Röntgenbild, welches rauschgefiltert ist, in dem aber auch die Mikrostrukturelemente gut zu erkennen sind.
• Kern der Erfindung ist also die Erweiterung eines Algorithmus zur Rauschfilterung, bei dem eine Ortsinformation von gesuchten Mikrostrukturelementen verwendet wird und dann der Filteralgorithmus ortsabhängig angewandt wird. Um diese Ortsinformation zu erhalten wird einerseits die Größe und Form der Mikrostrukturelemente als auch deren Schwächungskoeffizient bzw. der damit zusammenhängende Grauwert verwendet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren führt dazu, dass eine hohe Ortsauflösung in den Bilddaten, insbesondere auch in Bezug auf die Mikrostrukturelemente erhalten bleibt, und dass gleichzeitig eine effektive Rauschreduktion und daher ein gutes Kontrast zu Rauschverhältnis vorhanden ist.
• Um eine weitere Verbesserung der Rauschfilterung zu erreichen, werden die Schritte b) bis e) mehrfach durchgeführt, wobei in Schritt b) als erstes 3D-Zwischenbild das tomosynthetische 3D-Röntgenbild aus Schritt e) eines vorhergehenden Verfahrensdurchlaufes verwendet wird. Es erfolgt somit ein iteratives Verfahren zur Rauschreduktion. Die Anzahl der Iterationen kann dabei fest vorgegeben sein.
• Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine diagnostische Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 10. Gemäß diesen Merkmalen umfasst die Einrichtung eine in einem begrenzten Bereich zu einem Untersuchungsobjekt ortsveränderbar angeordneten Röntgenröhre, einen Röntgendetektor zum Aufnehmen von 2D-Projektionsbildern mit verschiedenen Projektionswinkeln und eine Auswerteeinrichtung zur Verarbeitung der vom Röntgendetektor bereitgestellten Detektorsignale, in der eine Software zum Erzeugen des tomosynthetischen 3D-Röntgenbildes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren implementiert ist.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
• Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
• 1 eine diagnostische Einrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
• 2 ein Flussdiagramm, in dem das Verfahren gemäß der Erfindung anhand von mit den einzelnen Verfahrensschritten erzeilten Schichtbildern veranschaulicht ist,
• 3 ein Diagramm einer Abbildungsfunktion.
• Gemäß 1 umfasst die diagnostische Einrichtung, im Ausführungsbeispiel ein Mammographiegerät, eine Röntgenröhre 2 zum Erzeugen von Röntgenstrahlen 3, die ein Untersuchungsobjekt 4 durchqueren. Bei dem Untersuchungsobjekt 4 handelt es sich um eine weibliche Brust, die zwischen einer Kompressionsplatte 6 und einer Lagerplatte 8 eingebettet ist. Die das Untersuchungsobjekt 4, die Kompressionsplatte 6 und die Lagerplatte 8 durchquerenden Röntgenstrahlen 3 werden von einem großflächigen digitalen Röntgendetektor 10 empfangen, der aus einer Vielzahl von in einem matrixförmigen Array angeordneten Einzeldetektoren 12 aufgebaut ist, und dessen Empfangsfläche 11 parallel zu den Kompressionsplatten 6, 8 angeordnet ist.
• Die Röntgenröhre 2 ist in einem begrenzten Bereich zum Untersuchungsobjekt ortsveränderbar angeordnet, und kann beispielsweise in einem begrenzten Winkelbereich φ_1,φ₂ um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse M in unterschiedliche Winkelpositionen j = 1 ... n geschwenkt werden, so dass vom Untersuchungsobjekt 4 mit verschiedenen Projektionswinkeln α_j relativ zur Normalen 13 der Empfangsfläche 11 des Röntgendetektors 10 2D-Projektionsdatensätze D_αj für unterschiedliche Projektionswinkel α_j erzeugt werden können. Der Röntgendetektor 10 ist während der Schwenkbewegung der Röntgenröhre 2 ortsfest. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, den Röntgendetektor 10 gemeinsam mit zu schwenken oder der Schwenkbewegung der Röntgenröhre 2 folgend linear zu verschieben. Der Winkelbereich φ₁,φ₂ muss dabei nicht symmetrisch zur Normalen 13 angeordnet sein.
• Auch eine Bewegung der Röntgenröhre 2 auf einer begrenzten linearen Bahn statt des Schwenks ist zulässig, so dass die Höhendifferenz zwischen Röntgendetektor 10 und Röntgenröhre konstant bleibt. Diese lineare Bahn muss ebenfalls nicht notwendigerweise symmetrisch zur Normalen 13 verlaufen. Bei dieser linearen Bewegung erfolgt ein Ausrichten der Röntgenröhre 2 auf das Untersuchungsobjekt 4, so dass auch in diesem Fall vom Untersuchungsobjekt 4 Einzelbilder unter verschiedenen Projektionswinkeln α_j aber in einem begrenzten Winkelbereich aufgenommen werden. Die Steuerung der Winkelposition j oder im Falle einer linearen Verschiebung der Linearposition und der Ausrichtung der Röntgenröhre 2 sowie ihrer Betriebsparameter erfolgt durch Steuersignale S, die von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 generiert werden.
• Aus den 2D-Projektionsdatensätzen D_αj werden durch Vorverarbeitung, beispielsweise Skalierung, d. h. Abbildung auf die in einem Monitor 18 darstellbaren Grauwerte, in einer einen Bildrechner enthaltenden Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 2D-Projektionsbilder P_αj erzeugt.
• Mit Hilfe von Eingabeelementen, im Beispiel sinnbildlich veranschaulicht durch eine Tastatur 16, kann das nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren vom Benutzer ausgewählt und durchgeführt werden, welches in 2 anhand eines Flussdiagramms veranschaulicht ist.
• Gemäß 2 erfolgt in einem ersten Schritt a) eine Rekonstruktion eines aus einer Mehrzahl von aus Voxeln V gebildeten Schichtbildern aufgebauten tomosynthetischen ersten 3D-Zwischenbildes 22 aus den nicht rauschgefilterten 2D-Projektionsbilderns P_αj, wobei jedem Voxel V ein Grauwert G zugeordnet wird. Exemplarisch sind in dem Schichtbild 20 des ersten 3D-Zwischenbildes 22 nur zwei Voxel V dargestellt. Es versteht sich aber von selbst, dass das gesamte erste 3D-Zwischenbild, wie auch die weiteren 3D-Bilder aus einzelnen Voxeln V zusammengesetzt sind.
• In dem Schichtbild 20 des ersten 3D-Zwischenbildes ist das Abbild des Untersuchungsobjektes 4, also der weiblichen Brust zu sehen. Innerhalb dieses Bereiches des Abbildes des Untersuchungsobjektes 4 sind Strukturelemente 24 zu erkennen, welche die gesuchten Mikrostrukturelemente 26 darstellen. Diese haben in diesem Fall eine kreisrunde Form und eine vordefinierte Größe mit einem Durchmesser von 200 Mikrometern. Desweiteren ist in dem Schichtbild 20 ein Strukturelement 28 zu erkennen, welches größer als die gesuchten Mikrostrukturelemente ist und von der Kreisform abweicht. Außerdem sind in dem ersten 3D-Zwischenbild zwei Strukturelemente 30 zu erkennen, welche zwar in Form und Größe den Mikrostrukturelementen 26 entsprechen, jedoch einen unterschiedlichen Grauwert G aufweisen, was durch die Schraffur angedeutet ist. Die Mikrostrukturelemente 26 haben im Vergleich zu den anderen Bereichen des Untersuchungsobjektes 4 den größten Schwächungskoeffizienten und sind daher im ersten 3D-Zwischenbild als weiße Punkte dargestellt, weisen somit den niedrigsten Grauwert G auf.
• In Schritt b) erfolgt nun ein Detektieren von Strukturelementen 24, 30 im ersten 3D-Zwischenbild 22, die hinsichtlich ihrer Form und Größe mit bezüglich der Form, der Größe und des ihrem Schwächungskoeffizienten entsprechenden Grauwertes G vordefinierten Mikrostrukturelementen 26 übereinstimmen. Es wird sodann ein zweites 3D-Zwischenbild 32 erzeugt, welches nur die detektierten Strukturelemente 24, 30 enthält.
• In einem nächstens Schritt c) wird ein drittes 3D-Zwischenbild 34 erzeugt, indem Grauwerte G derjenigen Voxel V des zweiten 3D-Zwischenbildes 32, die im ersten 3D-Zwischenbild 22 einen niedrigeren Schwächungskoeffizienten repräsentierenden Grauwert G als ihre umgebenden Voxel V aufweisen, auf einen vordefinierten Wert, in diesem Fall null, gesetzt werden. Somit sind in diesem dritten 3D-Zwischenbild 34 nur noch die Strukturelemente 24, also die Mikrostrukturelemente 26 vorhanden, während alle übrigen Bereiche einen Grauwert G von 0 aufweisen und somit schwarz dargestellt sind.
• In einem Schritt d) wird dann ein viertes 3D-Zwischenbild 36 erzeugt, welches aus dem dritten 3D-Zwischenbild 34 unter Verwendung einer vordefinierten Abbildungsfunktion F gebildet wird. Die Abbildungsfunktion F ist in 3 näher dargestellt. Auf der x-Achse ist der Grauwert G des dritten 3D-zwischenbildes 34, während auf der y-Achse der Grauwert G des vierten 3D-Zwischenbildes 36 dargestellt ist. Mittels der Abbildungsfunktion F, die mit zunehmendem Grauwert G des dritten 3D-Zwischenbildes 34 monoton fallend ist, wird einem Grauwert des dritten 3D-Zwischenbildes 34 ein Grauwert des vierten 3D-Zwischenbildes 36 zugeordnet. Dies bedeutet also, dass hohe Grauwerte G des dritten 3D-Zwischenbildes 34 auf niedrige Grauwerte G im vierten 3D-Zwischenbild 36 und niedrige Grauwerte G des dritten 3D-Zwischenbildes 34 auf hohe Grauwerte G im vierten 3D-Bild 36 abgebildet werden. Das dritte 3D-Zwischenbild 34 wird somit einer gemäß der Abbildungsfunktion F gestalteten Invertierung unterzogen. Somit enthält das in diesem Schritt d) gewonnene vierte 3D-Zwischenbild 36 genau an den Orten, an denen die Mikrostrukturelemente liegen einen niedrigen Grauwert G.
• Schließlich wird in Schritt e) ein tomosynthetisches 3D-Röntgenbild 38 mittels Durchführung einer Rauschfilterung des ersten 3D-Zwischenbildes 22 erzeugt, wobei die Voxel V des ersten 3D-Zwischenbildes 22 einer umso verringerten Rauschfilterung unterzogen werden, je geringer der Grauwert G des entsprechenden Voxels V im vierten 3D-Zwischenbild 36 ist.
• Die Schritte b) bis e) können nun mehrfach durchgeführt werden, was durch den gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Dabei wird bei einem erneuten Verfahrensdurchlauf in Schritt b) als erstes 3D-Zwischenbild 32 das tomosynthetische 3D-Röntgenbild 38 aus Schritt e) eines vorhergehenden Verfahrensdurchlaufes verwendet.
• Das tomosynthetische 3D-Röntgenbild 38 wird schließlich dem Benutzer auf dem Monitor 18 dargestellt. Dieses enthält dann wieder das Untersuchungsobjekt 4 mit sämtlichen Strukturelementen 24, 28, 30 und ist, wobei diese Bereiche einer Rauschfilterung unterzogen wurden. Weiterhin enthält es auch die Mikrostrukturelemente 26, welche durch die dort unterdrückte bzw. verminderte Rauschfilterung ebenfalls deutlich zu erkennen sind.
• Die 3D-Zwischenbilder 22, 32, 34, 36 hingegen repräsentieren lediglich interne Zwischenergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens und werden dem Benutzer in der Regel nicht angezeigt.
• 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

2

Röntgenröhre

3

Röntgenstrahlen

4

Untersuchungsobjekt

6

Kompressionsplatte

8

Lagerplatte

10

Röntgendetektor

11

Empfangsfläche

12

Einzeldetektor

13

Normale

14

Steuer- und Auswerteeinrichtung

16

Tastatur

18

Monitor

20

Schichtbild

22

erstes 3D-Zwischenbild

24

Strukturelement

26

Mikrostrukturelement

28

Strukturelement

30

Strukturelement

32

zweites 3D-Zwischenbild

34

drittes 3D-Zwischenbild

36

viertes 3D-Zwischenbild

38

tomosynthetisches 3D-Röntgenbild

M

Achse

D_αj

2D-Projektionsdatensatz

P_αj

2D-Projektionsbild

j

Winkelposition

φ₁, φ₂

Winkelbereich

α_j

Projektionswinkel

F

Abbildungsfunktion

G

Grauwert

V

Voxel

S

Steuersignal

Claims (10)

1. Tomosynthetisches Verfahren zum Erzeugen eines aus einer Mehrzahl von Schichtbildern aufgebauten tomosynthetischen 3D-Röntgenbildes (38) aus einer Mehrzahl von unter unterschiedlichen Projektionswinkeln (α_j) in einem begrenzten Winkelbereich (φ₁, φ₂) aufgenommenen digitalen 2D-Projektionsbildern (P_αj) mit folgenden Schritten: a) Rekonstruktion eines aus einer Mehrzahl von aus Voxeln (V) gebildeten Schichtbildern (20) aufgebauten tomosynthetischen ersten 3D-Zwischenbildes (22) aus den nicht rauschgefilterten 2D-Projektionsbildern (P_αj), wobei jedem Voxel (V) ein Grauwert (G) zugeordnet wird, b) Detektieren von Strukturelementen (24, 30) im ersten 3D-Zwischenbild (22), die hinsichtlich ihrer Form und Größe mit bezüglich der Form, der Größe und des ihrem Schwächungskoeffizienten entsprechenden Grauwertes (G) vordefinierten Mikrostrukturelementen (26) übereinstimmen und Erzeugen eines zweiten 3D-Zwischenbildes (32), welches nur die detektierten Strukturelemente (24, 30) enthält, c) Erzeugen eines dritten 3D-Zwischenbildes (34), indem Grauwerte (G) derjenigen Voxel (V) des zweiten 3D-Zwischenbildes (32), die im ersten 3D-Zwischenbild (22) einen niedrigeren Schwächungskoeffizienten repräsentierenden Grauwert (G) als ihre umgebenden Voxel (V) aufweisen, auf einen vordefinierten Wert gesetzt werden, d) Erzeugen eines vierten 3D-Zwischenbildes (36) aus dem dritten 3D-Zwischenbild (34) unter Verwendung einer vordefinierten Abbildungsfunktion (F), mit der einem Grauwert (G) des dritten 3D-Zwischenbildes (34) ein Grauwert des vierten 3D-Zwischenbildes (36) zugeordnet wird, wobei die Abbildungsfunktion (F) mit zunehmendem Grauwert (G) des dritten 3D-Zwischenbildes (34) monoton fallend ist, e) Erzeugen des tomosynthetischen 3D-Röntgenbildes (38) mittels Durchführung einer Rauschfilterung des ersten 3D-Zwischenbildes (22), wobei die Voxel (V) des ersten 3D-Zwischenbildes (22) einer umso verringerten Rauschfilterung unterzogen werden, je geringer der Grauwert (G) des entsprechenden Voxels (V) im vierten 3D-Zwischenbild (36) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mikrostrukturelemente (26) Mikroverkalkungen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Größe der Mikrostrukturelemente (26) 100–200 Mikrometer im Durchmesser beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturelemente (24, 30) in Schritt b) mittels einer Top-Hat-Operation detektiert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Strukturelemente (24, 30) in Schritt b) mittels einer Wavelet-Transformation detektiert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Strukturelemente (24, 30) in Schritt b) mittels eines Laplace- oder Gaußfilters detektiert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Strukturelemente (24, 30) in Schritt b) mittels fuzzy-logic detektiert werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt c) der vordefinierte Wert null ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schritte b) bis e) mehrfach durchgeführt werden, wobei in Schritt b) als erstes 3D-Zwischenbild (22) das tomosynthetische 3D-Röntgenbild (38) aus Schritt e) eines vorhergehenden Verfahrensdurchlaufes verwendet wird.
10. Diagnostische Einrichtung mit einer in einem begrenzten Bereich zu einem Untersuchungsobjekt (4) ortsveränderbar angeordneten Röntgenröhre (2) und mit einem Röntgendetektor (10) zum Aufnehmen von 2D-Projektionsbildern (P_αj) mit verschiedenen Projektionswinkeln (α_j) sowie mit einer Auswerteeinrichtung (14) zum Verarbeiten der vom Röntgendetektor (10) bereitgestellten Detektorsignale und einer darin implementierten Software zum Erzeugen eines tomosynthetischen 3D-Röntgenbildes (38) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

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