DE102014202745A1

DE102014202745A1 - Untersuchungsvorrichtung und Verfahren zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung

Info

Publication number: DE102014202745A1
Application number: DE102014202745.4A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Jakobs; Riccardo Lange; Thomas Mertelmeier; Ralf Nanke; Marcus Radicke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-15
Also published as: DE102014202745B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Untersuchungsvorrichtung (1) und ein Verfahren zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung eines Körperteils, insbesondere einer weiblichen Brust (2) oder einer Hand, wobei sich das Körperteil während der Abtastung in einer Kompressionseinheit mit einer ersten und einer zweiten Kompressionsfläche (3.1, 3.2) zur flachen Komprimierung des Körperteils (2) während der Abtastung befindet, und mindestens einen Schallkopf (7) mit Ultraschallsender und -empfänger vorgesehen ist, welcher das in der Kompressionseinheit befindliche Körperteil (2) in mindestens einer horizontalen Transversalbewegung mit Ultraschall bestrahlt und den orts- und richtungsspezifisch reflektierten Ultraschall ausgibt. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Schallkopf (7) dazu ausgerüstet, Bildinformationen zu erzeugen und aufzunehmen, die seitlich von der Lotrichtung auf die Kompressionsfläche (3.1) unter dem Schallkopf (7) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Untersuchungsvorrichtung zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung eines Körperteils, insbesondere einer weiblichen Brust oder einer Hand, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung eines Körperteils mit einer Untersuchungsvorrichtung, wobei eine flache Komprimierung der weiblichen Brust zwischen zwei Kompressionsflächen stattfindet, unmittelbar hintereinander sowohl mindestens eine Röntgendarstellung als auch mindestens eine Ultraschalldarstellung der komprimierten weiblichen Brust aufgenommen werden, und die mindestens eine Röntgendarstellung und die mindestens eine Ultraschalldarstellung räumlich aufeinander registriert und zur bildlichen Darstellung kombiniert werden.
Eine ähnliche Untersuchungsvorrichtung für eine kombinierte Röntgen- und Ultraschallabtastung einer weiblichen Brust ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 1995/011627 bekannt. Dort wird eine mammographische Untersuchungsvorrichtung gezeigt, welche einerseits ein Strahler-Detektor-System aufweist, welches eine zwischen zwei Kompressionsplatten komprimierte Brust mit Röntgenstrahlung aufnimmt, und andererseits ein Ultraschallsystem aufweist, das eine Ultraschallabtastung der komprimierten Brust vornimmt. Für die Ultraschallabtastung wird ein an einer Verschiebemechanik befestigter Ultraschallkopf über eine Kompressionsplatte bewegt, um lotrecht unter dem Schallkopf liegende Bildinformationen aufzunehmen und mit den korrespondierenden Röntgenbildinformationen zu kombinieren.
Solche Vorrichtungen werden beispielsweise für die frühzeitige Detektion von Brustkrebs mit Hilfe bildgebender Verfahren verwendet. Es herrscht in der Fachwelt weitgehende Übereinkunft, dass zurzeit nur durch die geschickte Kombination unterschiedlicher Bildgebungsverfahren eine Diagnose mit gleichzeitig hoher Sensitivität und Spezifität erhalten werden kann. Das Ziel ist dabei, verschiedene Messtechniken zusammenzuführen und die erhaltenen Bilder räumlich möglichst genau zu überlagern oder zumindest räumlich korrespondierend darzustellen. Hierfür scheint es zurzeit notwendig, die Aufnahmen in der gleichen Aufnahmegeometrie – bezogen auf die räumliche Ausdehnung der darzustellenden Brust – zu erzeugen. Bei den entstehenden Aufnahmen aus der Röntgen- und Ultraschalluntersuchung können jeweils sowohl zweidimensionale als auch dreidimensionale Darstellungen entstehen, die dann in bekannter Weise kombiniert oder zumindest räumlich korrespondierend dargestellt werden, um einem Arzt die Hilfsmittel für eine schnellere und genauere Diagnostik zur Verfügung stellen zu können.
Um diese Gleichheit der Aufnahmegeometrie oder Aufnahmesituation unter der sowohl die Röntgen- als auch die Ultraschalluntersuchung stattfinden soll zu gewährleisten, wird der zur Ultraschallabtastung verwendete Schallkopf in die Kompressionseinheit einer Röntgen-Mammographieanlage integriert und aktuell vom Ultraschall nur der mittlere Teil des zu untersuchenden Gewebes erfasst, da nur dieser Teil in der lotrechten Schallausbreitungsrichtung und im Schallkontakt mit dem Schallkopf liegt.
Eine ähnliche Problematik betrifft auch eine entsprechende Untersuchungsvorrichtung zur kombinierten Röntgen- und Ultraschalluntersuchung einer Hand.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Untersuchungsvorrichtung zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallbildgebung zu finden, bei welcher der insgesamt durch Röntgen- und/oder Ultraschallbildgebung abgedeckte Bereich und insbesondere der sich räumlich überlappende Bereich von Röntgen- und Ultraschallbildgebung, vergrößert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, den Gesamtbereich von Röntgen- und/oder Ultraschallbildgebung und insbesondere den sich überlappenden Bereich der Röntgen- und Ultraschallbildgebung dadurch zu vergrößern, dass bei der Ultraschallbildgebung nicht nur senkrecht zur Kompressionsfläche, sondern auch schräg zur Kompressionsfläche abgetastet wird und diese Bereiche mit in die Ultraschalldarstellung und die kombinierte Darstellung von Ultraschallbildgebung und Röntgendarstellung einbezogen werden.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Varianten an Lösungsmöglichkeiten der Untersuchung solcher nicht durch senkrechte Ultraschalleinstrahlung erreichbarer Randbereiche, die nachfolgen beispielhaft an Hand einer Mammographieuntersuchung einer weiblichen Brust dargestellt werden. Solche Randbereiche liegen einerseits in frontal-dorsaler-Richtung beziehungsweise in Nippel-Pectoralis-Richtung vor. Diese Randbereiche können auch durch die mammographische Röntgenuntersuchung nicht erreicht werden, da der Strahlkegel, der vom Fokus der Röntgenröhre zum Flachdetektor gesendet wird, diesen rippennahen Randbereich nicht abdeckt. Weiterhin bezieht sich der Randbereich auch auf ein von der Röntgenuntersuchung abgedecktes Gebiet zwischen den Kompressionsflächen. Löst sich dort das Brustgewebe von der im Wesentlichen eben ausgebildeten Kompressionsfläche aufgrund der natürlichen Abrundung der Brust, so verliert ein über die Kompressionsfläche streichender Schallkopf dort den unmittelbaren Kontakt zum Brustgewebe, so dass an den nun auftretenden Grenzschichten eine Schallreflektion eintritt und eine Übertragung des Schalls zum Gewebe nicht mehr möglich ist. Entsprechend bleiben solche Randbereiche der Brust, an denen sich das Gewebe von der Kompressionsfläche zu lösen beginnt, bisher der Ultraschalluntersuchung – in Verbindung mit der hier beschriebenen kombinierten Vorrichtung – unzugänglich. Wird jedoch eine schräge Schalleinstrahlung in diese Randbereiche realisiert, so lassen sich auch solche Randbereiche durch beide Untersuchungsarten beurteilen.
Zur Realisierung einer solchen schrägen Einstrahlung wird beispielsweise vorgeschlagen, ein Koppelelement vor den Schallkopf zu setzen, welches einerseits eine ebene Kontaktfläche zur Kompressionsfläche und andererseits eine Kontaktfläche zum Schallkopf aufweist, die in einem Winkel, vorzugsweise zwischen 20° und 60°, aus der Senkrechten zur Kompressionsfläche angeordnet ist. Dieses Koppelelement sollte bezüglich seiner Schallimpedanz auf das zu untersuchende Gewebe angepasst sein, also eine möglichst gleiche Schallimpedanz aufweisen. Dadurch wird die Schallreflexion an den Grenzflächen minimalisiert. Beispielsweise kann bei der Verwendung eines ebenen Schallkopfes das Koppelelement die Form eines Keils mit zumindest zwei ebenen Kontaktflächen zum Schallkopf und zur Kompressionsfläche annehmen. Wird ein Schallkopf mit gekrümmter Abstrahlebene verwendet, so kann die korrespondierende Fläche am Koppelelement entsprechend gekrümmt ausgestaltet sein. Vorteilhaft kann dabei die Abstrahlrichtung des Schallkopfes an einer Seite senkrecht zur Kompressionsfläche ausgerichtet sein, während durch die Krümmung die andere Seite des Schallkopfes dann in einem maximal schrägen Winkel zur Kompressionsfläche abstrahlt. Hierzu können die verwendeten Schallköpfe mit entsprechenden Adaptern zur Ankopplung an das Koppelelement ausgestattet sein.
Alternativ zur rein geometrischen Ausrichtung der Abstrahlung kann eine schräge Abstrahlung auch über eine zeitverzögerte Ansteuerung der einzelnen Emitter im Schallkopf bewirkt werden, da hierdurch eine Krümmung der austretenden Wellenfront erreicht werden kann.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, einen kombinierten Schallkopf mit teilweise senkrecht auf die Abstrahlfläche beziehungsweise Kompressionsfläche und teilweise schräg auf die Abstrahlfläche beziehungsweise Kompressionsfläche emittierenden Emittern zu verwenden.
Die Abtastung der Brust kann beispielsweise wie folgt ablaufen:
Zunächst erfolgt eine senkrecht zur Kompressionsfläche ausgerichtete Abtastung mit einem automatisch über das Gewebe fahrenden Schallkopf in bekannter Weise. Anschließend wird dieser oder ein speziell dafür ausgebildeter Schallkopf mit einem Keil gekoppelt, so dass eine schräge Abtastung erfolgen kann. Dieser Keil ist von der Schallimpedanz auf das zu untersuchende Gewebe angepasst. Schallreflexionen an den Grenzflächen sind damit minimal. Der Schallkopf wird senkrecht zur Kompressionsfläche auf das Gewebe gedrückt. Die Abstrahl- und Empfangsrichtung des Gesamtschallkopfes ist somit schräg zur Kontaktoberfläche, wobei dieser Winkel aufgrund des Keilwinkels festgelegt ist. Mit diesem Keil wird die Kompressionsfläche derart abgefahren, dass seitlich gelegene Bereiche abgetastet werden. Die daraus gewonnenen Bildinformationen werden dann entsprechend der bekannten Position und des bekannten Neigungswinkels des Schallkopfes mit den zuvor ermittelten Bildinformationen der senkrechten Abtastung zu einer gemeinsamen dreidimensionalen Bildgebung kombiniert, so dass insgesamt zu einem vergrößerten Gewebebereich Ultraschall-Bildinformation vorliegt.
Möglich ist auch eine Kombination von zwei Schallköpfen, mit einem senkrecht zur Kontaktfläche emittierender Schallkopf und einem – bei der Brust – in Richtung des musculus pectoralis abstrahlenden Schallkopf.
Weiterhin können die Schallköpfe auch hintereinander oder seitlich versetzt verfahren werden. Wenn der Abstand und die Lage der Schallemitter zueinander konstant ist, können dabei die Bilder per Software zu einem Volumen zusammengefügt werden. Alternativ ist auch eine Volumengenerierung über eine Featureerkennung möglich.
Schließlich ist auch ein Schallkopf verwendbar, der im mittleren Bereich waagerecht ist und an den Enden (dorsal/frontal) eine konvexe Struktur aufweist.
Eine weitere Möglichkeit liegt darin, dass der Schallkopf während seiner Abtastung des Gewebes derart geschwenkt wird, dass über einen vorgegebenen Bereich der Abtastung diese senkrecht zur Kompressionsfläche und in einem vorgegebenen anderen Bereich schräg zur Kompressionsfläche erfolgt. Dabei kann das Verschwenken vor dem Beginn und/oder am Ende der Transversalbewegung erfolgen. Alternativ ist jedoch auch eine kombinierte Transversal- und Schwenkbewegung möglich.
Im letzteren Fall beginnt der Schallkopf seine Fahrt z.B. an dem linken Ende der Kompressionsplatte. Durch die Ausrichtung des Schallkopfes wird die Ultraschallwelle nicht senkrecht nach unten abgestrahlt und detektiert, sondern es wird schräg nach links-unten abgestrahlt. Sobald der Schallkopf auf Gewebe trifft, beginnt der Schallkopf mit der Aufrichtung. Dies bedeutet, dass die Abstrahlrichtung sich von z.B. 8 Uhr auf 6 Uhr verdreht. Diese Verkippung des Schallkopfes findet dabei parallel zu dem Verfahren des Ultraschallkopfes statt, wobei die Ausrichtung des Schallkopfes idealerweise so abgestimmt ist, dass in der Mitte der Brust oder einfacher in der Mitte der Kompressionsfläche eine senkrechte Abstrahlung bewirkt wird. Durch diese zusätzliche Verkippung kann ein größerer Teil der Randbereiche der Brust – welche keinen direkten Kontakt zur Kompressionseinrichtung haben – erreicht werden.
Ergänzend kann die Geschwindigkeit der Schallkopf-Aufrichtung über eine zuvor ermittelte Röntgendarstellung automatisch bestimmt werden, wobei vorzugsweise die seitlichen Randbereiche der Brust mit geringer werdender Massenbelegung mit schräger Abstrahlung gescannt werden, während zentrale Bereiche mit weitgehend gleicher Massenbelegung senkrecht gescannt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, eine Flüssigkeit oder ein Gel zur besseren Ankopplung zu verwenden. Außerdem wird vorgeschlagen, die zur Ankopplung des Schallkopfes an die Kompressionsfläche dienende Koppeleinheit mit einem Gelenk auszustatten, welches ein Verkippen des Schallkopfes relativ zur Abstrahlfläche der Koppeleinheit bei stets gleichzeitig vorliegender Schallübertragung ermöglicht.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass bevorzugt eine Kompressionsfläche verwendet wird, welche aus einem eingespannten dünnen Gewebe oder einer dünnen Gaze besteht. Hierdurch wird die Übertragung des Ultraschalls vom Schallkopf auf das Gewebe verbessert, da keine harten Grenzflächen entstehen, an denen es zu Schallreflektionen kommen kann.
Entsprechend der oben geschilderten Grundgedanken der Erfindung schlagen die Erfinder eine Verbesserung einer Untersuchungsvorrichtung zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung eines Körperteils, insbesondere einer weiblichen Brust oder einer Hand, vor, wobei die Untersuchungsvorrichtung aufweist:

– eine Kompressionseinheit mit einer ersten und einer zweiten Kompressionsfläche zur flachen Komprimierung des Körperteils während der Abtastung,
– ein Strahler-Detektor-System mit einer Röntgenröhre, die ein Röntgenstrahlenbündel auf einen elektronischen Detektor aussendet und örtlich gemessene Röntgenintensitätswerte nach dem Durchdringen der zwischen Röntgenröhre und Detektor angeordneten Körperteils ausgibt,
– mindestens ein Schallkopf mit Ultraschallsender und -empfänger, welcher das in der Kompressionseinheit befindliche Körperteil in mindestens einer horizontalen Transversalbewegung mit Ultraschall bestrahlt und den orts- und richtungsspezifisch reflektierten Ultraschall ausgibt,
– eine Führungsvorrichtung für den mindestens einen Schallkopf zur Durchführung mindestens einer Ultraschallabtastung unter definierten Ortskoordinaten relativ zum Flachdetektor,
– ein Computersystem, welches die Röntgenmesswerte und die Ultraschallmesswerte zu Bildinformationen verarbeitet und räumlich aufeinander registrierte Bilddarstellungen aus beiden Messwerten ausgibt.

Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht darin, dass an dieser Untersuchungsvorrichtung mindestens ein Schallkopf dazu ausgerüstet ist, Bildinformationen zu erzeugen und aufzunehmen, die seitlich von der Lotrichtung auf die Kompressionsfläche unter dem Schallkopf angeordnet sind.
Dabei kann in einer Ausführungsvariante in Ausstrahlungsrichtung vor dem Ultraschallsender ein Koppelmittel angeordnet sein, welches eine schräge Ausrichtung des Ultraschallsenders bei gleichzeitiger Ultraschall-Ankopplung erlaubt und den Ultraschall in einem schrägen Winkel in den Körperteil einleiten kann. Unter schräg ist hierbei eine Richtung zu verstehen, welche wesentlich von der lotrechten Richtung auf die Kompressionsfläche abweicht, so dass gezielt seitlich von der lotrechten Projektion des Schallkopfes liegende Bereiche abgetastet werden. Vorzugsweise werden hierbei Winkel verwendet, die zwischen 20° und 60°, vorzugsweise 30° bis 45°, von der Senkrechten auf die Kompressionsfläche abweichen.
Bei dem oben beschriebenen Koppelmittel kann es sich beispielsweise um einen Keil handeln, der den Ultraschall in einem schrägen Winkel in den Körperteil einleitet.
Alternativ kann das Koppelmittel auch eine Ausstrahlfläche, zur Auflage auf der Kompressionsfläche über dem untersuchten Körperteil, und ein Gelenk aufweisen, in dem der Schallkopf in zumindest einer Ebene unter Aufrechterhaltung der Schallkopplung gekippt werden kann.
In einer anderen Ausführungsvariante der Untersuchungsvorrichtung kann der Schallkopf eine Vielzahl von Ultraschallemitter aufweisen und im Computersystem ein Programm vorliegen, welches im Betrieb die Ultraschallemitter einzeln derart phasenverschoben ansteuert, dass eine schräge Abstrahlung des Ultraschalls auftritt.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Untersuchungsvorrichtung über mindestens einen ersten Schallkopf zur Abtastung senkrecht zur Kompressionsfläche und mindestens einen zweiten Schallkopf zur Abtastung schräg zur Senkrechten auf die Kompressionsfläche verfügt. Hierdurch ist es dann möglich, durch eine kombinierte senkrechte und schräge Abtastung des Körperteils und Zusammenfügung der einzelnen aufgenommenen Bildsegmente eine gesamte insgesamt gegenüber der nur senkrechten Abtastung größere Ultraschalldarstellung zu erzeugen.
In nochmals einer anderen Variante der Untersuchungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Schallkopf mehrere einzeln verkippbare Ultraschallemitter aufweist. Durch die Verkippung der einzelnen Ultraschallemitter ist es möglich, diese in Gruppen oder auch einzeln je nach dem gewünschten Scannbereich anzusteuern und in ihrer Schallausbreitungsrichtung in gewünschter Weise einzustellen. Dadurch kann auch mit einem einzigen Schallkopf sowohl senkrecht als auch in verschiedenen schrägen Richtungen geschallt werden.
Eine solche Variante – und auch die Variante mit dem insgesamt verkippbaren Schallkopf – vereinfacht grundsätzlich die Handhabung des Systems, da nur ein einziger Schallkopf mit der Führungsmechanik gekoppelt werden muss, welche den Schallkopf bei der Abtastung des Körperteils führt und damit problemlos seine Position den ermittelten Messergebnissen zuordnen kann. Vorteilhaft kann es auch noch sein, wenn zusätzlich zur Positionsbestimmung des Schallkopfes die Richtung der Schalleinstrahlung detektiert wird. Beispielsweise kann hier ein Winkelgeber verwendet werden, der die Verkippung des Schallkopfes oder der Schallemitter bestimmt.
Die Erfinder schlagen weiterhin bezüglich der Ausgestaltung des Röntgensystems vor, dass die Strahler-Detektor-Kombination der Untersuchungsvorrichtung dazu ausgestaltet ist, projektive Röntgenaufnahmen zu erzeugen. Als Detektor kommt hier ein Flachdetektor zum Einsatz. Hierdurch werden 2D-Röntgenbilder erstellt, die dann mit den Ultraschallbildern kombiniert werden können. Entsprechend kann beispielsweise auf dem projektiven 2D-Röntgenbild eine Läsion an einer bestimmten Position gefunden und markiert werden, deren Tiefenlage über das 3D-Ultraschallbild bestimmt wird.
Alternativ zur Projektion kann bei entsprechender Ausführung der Strahler-Detektor-Kombination auch ein Linienscan, vorzugsweise mit einem Einzeilendetektor, ausgeführt werden, der ebenfalls zu einer 2D-Röntgendarstellung führt.
Vorgeschlagen wird allerdings auch eine Untersuchungsvorrichtung, bei der die Strahler-Detektor-Kombination dazu ausgestaltet ist, dreidimensionale, insbesondere tomosynthetische oder tomographische, Röntgenaufnahmen zu erzeugen. Bei einer solchen Ausgestaltung können dann dreidimensionale Röntgenbilddaten mit dreidimensionalen Ultraschallbilddaten kombiniert werden, wodurch sich nochmals eine verbesserte Darstellung möglicher Läsionen und deren Befundung ergibt.
Neben der erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung schlagen die Erfinder auch ein verbessertes Verfahren zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung eines Körperteils, insbesondere einer weiblichen Brust oder einer Hand, mit einer Untersuchungsvorrichtung vor, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

– flache Komprimierung des Körperteils zwischen zwei Kompressionsflächen,
– aufnehmen mindestens einer Röntgendarstellung und mindestens einer Ultraschalldarstellung des komprimierten Körperteils,
– wobei bei der Aufnahme der mindestens einen Ultraschalldarstellung zumindest auch ein Schallkopf verwendet wird, welcher Bildinformationen erzeugt und aufnimmt, die seitlich von der Lotrichtung auf die Kompressionsfläche unter dem Schallkopf angeordnet sind,
– kombinieren der aufeinander räumlich registrierten mindestens einen Röntgendarstellung und mindestens einen Ultraschalldarstellung,
– und Ausgabe der kombinierten Röntgen- und Ultraschalldarstellung.

Vorteilhaft kann es dabei sein, wenn zur Aufnahme der Ultraschalldarstellung sowohl ein erster senkrecht zur Kompressionsfläche emittierender Schallkopf verwendet wird, um Bildinformationen in Lotrichtung zu erhalten, als auch ein seitlich abstrahlender Schallkopf verwendet wird, mit dem Bildinformationen seitlich zur Lotrichtung gewonnen werden.
Bezüglich des Ultraschallabtastvorganges wird einerseits vorgeschlagen, dass mindestens ein Schallkopf während der Abtastung eine Kompressionsfläche überstreicht und während seiner Transversalbewegung auch seitlich verkippt wird. Alternativ kann jedoch auch die Kippbewegung zu Beginn und/oder am Ende der Transversalbewegung stattfinden.
Weiterhin kann mit der Ultraschallabtastung eine Ultraschalldarstellung erzeugt werden, die bezüglich ihrer flächigen Ausdehnung zumindest teilweise über die flächige Ausdehnung der Röntgendarstellung hinausgeht. Insbesondere bei einer mammographischen Untersuchung betrifft dies die in Richtung des musculus pectoralis gelegenen Bereiche, die durch die Röntgenabtastung nur unvollständig erreicht werden, jedoch durch eine seitlich gerichtete Ultraschallabtastung eingesehen werden können. Da auch in diesem Bereich häufiger karzinogene Veränderungen auftreten, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch diese nun erfassen.
Außerdem wird vorgeschlagen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der seitlichen Ultraschallabtastung auch Körperteilbereiche zu erfassen, die zwischen den Kompressionsflächen liegen, jedoch keinen lotrechten Schallkontakt zu einer der Kompressionsflächen aufweisen. Bei mammographischen Untersuchungen, bei denen die Brust zwischen zwei weitgehend ebenen Kompressionsflächen komprimiert wird, entstehen praktisch immer Randbereiche der Brust, an denen eine nach außen gerichtete Wölbung vorliegt, wobei das Gewebe an dieser Wölbung keinen senkrechten Kontakt zur Kompressionsfläche aufweist. Entsprechend bleibt dieser Bereich einer Ultraschallabtastung mit senkrechter Einstrahlung verborgen. Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer schrägen Einstrahlung erschließen sich jedoch auch diese Bereiche der kombinierten Röntgen- und Ultraschalluntersuchung.
Insbesondere wird auch vorgeschlagen, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung ausgeführt wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Untersuchungsvorrichtung; 2: Brust; 3.1, 3.2: Kompressionsfläche; 4: Röntgenröhre; 5: Strahlenkegel; 6: Flachdetektor; 6.1. Detektorelemente; 7: Ultraschallkopf; 7.1: Ultraschallemitter; 7.2: Koppelelement; 7.3: zylindrisches Gegenstück; 7.4: halbzylindrische Vertiefung; 8: Führungsmechanik; 8.1: Winkelgeber; Neigungseinstellvorrichtung; 9: Computersystem; Prg₁–Prg_n: Computerprogramme; R0: senkrecht durch Ultraschallabtastung erfassbarer Bereich; R1, R2: senkrecht durch Ultraschallabtastung nicht erfassbarer Bereich:
Es zeigen im Einzelnen:
1: Untersuchungsvorrichtung zur gemeinsamen Erzeugung von Röntgen- und Ultraschalldarstellungen einer weiblichen Brust;
2: Untersuchungsvorrichtung im Bereich der Kompressionseinheit mit phasengesteuerten Ultraschallemittern im Schallkopf;
3: Untersuchungsvorrichtung im Bereich der Kompressionseinheit mit im Koppelelement schwenkbaren Schallkopf;
4: Untersuchungsvorrichtung im Bereich der Kompressionseinheit mit keilförmigem Koppelelement am Schallkopf;
5: frontale Ansicht einer Untersuchungsvorrichtung im Bereich der Kompressionseinheit mit im Koppelelement schwenkbarem Schallkopf.
In der 1 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht eine Untersuchungsvorrichtung 1 gezeigt, welche zur kombinierten Röntgen- und Ultraschalluntersuchung eines flachen Körperteils, insbesondere einer flach komprimierten weiblichen Brust oder einer Hand geeignet ist. Das Beispiel selbst zeigt eine mammographische Untersuchung einer weiblichen Brust 2, die zwischen der oberen und der unteren Kompressionsfläche 3.1 und 3.2 angeordnet ist. Die Untersuchungsvorrichtung 1 verfügt über ein Strahler-Detektor-System, bestehend aus einer oben angeordneten Röntgenröhre 4, welche einen Strahlenkegel 5 erzeugen kann, der auf den unten angeordneten elektronischen Flachdetektor 6 mit seinen Detektorelementen 6.1 gerichtet ist. In der hier gezeigten Ausführung wird die untere Kompressionsfläche 3.2 durch den oberen Teil der Detektorabdeckung gebildet. Die obere Kompressionsfläche 3.1 besteht vorzugsweise aus einer straff eingespannten Gaze oder einem Gewebe, welches die Ultraschallwellen des Schallkopfes und die reflektierten Signale ungehindert passieren lässt und damit praktisch keine Reflektionen verursacht. Je nach Ausführung des Strahler-Detektor-Systems kann eine projektive Durchlichtaufnahme oder eine tomographische Darstellung der Brust erzeugt werden.
Oberhalb der oberen Kompressionsfläche 3.1 befindet sich ein über einen Großteil der Kompressionsfläche 3.1 sich erstreckender Ultraschallkopf 7, der eine Reihe von Ultraschallemittern 7.1 aufweist, welche primär senkrecht in die Kompressionsfläche 3.1 einstrahlen. Wie aus der Darstellung unschwer erkennbar ist, verfügt die Brust über einen vorderen Bereich R1, in dem das Brustgewebe aufgrund der Krümmung der Brust keinen Kontakt zur Kompressionsfläche 3.1 und damit auch nicht zum Schallkopf 7 aufweist. Entsprechend wird der darunter liegende Bereich R1 nicht durch einen Ultraschallscan mit senkrechter Abstrahlung erreicht, obwohl der Schallkopf 7 über diesem Bereich R1 angeordnet ist. Ähnliches gilt für den Bereich R2. Hier kann keine Abtastung erfolgen, wenn der Schallkopf 7 senkrecht nach unten abstrahlt, da er aus anatomischen Gründen nicht weit genug in Richtung des dort liegenden Brustkorbes verschoben werden kann. Der senkrecht abtastbare Bereich R0 umfasst daher nur das senkrecht unter der direkten Kontaktfläche des Schallkopfes 7 liegende Gewebe.
Es ist noch zu erwähnen, dass der Schallkopf 7 mit einer Führungsmechanik 8 gekoppelt ist, welche bei manueller Bewegung des Schallkopfes 7 die Position des Schallkopfes bestimmt und damit die empfangenen Bilddaten entsprechend zuordnet. Andererseits kann die Führungsvorrichtung 8 auch dazu dienen, den Schallkopf automatisch zu positionieren. Zur Durchführung sowohl dieser automatischen Positionierung als auch zur Steuerung des gesamten Untersuchungssystems 1 dient ein Computersystem 9, welches auch die erfindungsgemäße Bilderstellung mit Hilf dort gespeicherter Programme Prg₁–Prg_n im Betrieb ausführt.
Wie aus der Darstellung des Strahlkegels 5 des Strahler-Detektor-Systems erkennbar ist, wird durch die Röntgenabtastung zwar der vordere Brustbereich vollständig erfasst, allerdings bleibt zur Brustwand hin auch hier ein nicht erfasster Bereich übrig. Trotzdem werden bei einer mammographischen Untersuchung zur Befundung alle abgetasteten Bereiche in der Summe zur Befundung dargestellt. Grundsätzlich wäre es allerdings wünschenswert einerseits größere Brustbereiche durch beide Abtastmethoden zu erfassen und andererseits, falls ein gemeinsames Abtasten nicht möglich ist, zumindest mit einer der Methoden den insgesamt abgetasteten Bereich in Richtung Brustwand zu erweitern, da auch dort zuweilen zu befundende Läsionen auftreten.
Wie zuvor ausführlich beschrieben, wird vorgeschlagen, eine bessere Abdeckung der Abtastung und eine bessere Überlappung der mit beiden Methoden abgetasteten Bereiche durch eine Vergrößerung des durch Ultraschall abgetasteten Bereiches zu erreichen, indem – zumindest auch – ein Schallkopf verwendet wird, welcher unter Berücksichtigung der Gegebenheiten der Untersuchungsvorrichtung eine seitliche Abstrahlrichtung und Detektion erlaubt.
Beispielhaft hierfür ist in der 2 ein Ausschnitt der Untersuchungsvorrichtung 1 im Bereich der Kompressionsvorrichtung gezeigt, wobei auf der oberen Kompressionsfläche 3.1 ein Schallkopf 7 mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten und einzeln ansteuerbaren Ultraschallemittern 7.1 in drei unterschiedlichen Positionen zu erkennen ist. In der linken Position werden die Emitter 7.1 derart phasenverschoben angesteuert, dass bei der Abstrahlung des Schalls seitlich nach links gerichtete Schallwellen entstehen. Hierdurch wird auch der vordere Brustbereich R1 durch den Schallkopf 7 abgetastet. Verfährt der Schallkopf 7 in die Mitte, so wird wieder eine senkrechte Abstrahlung erzeugt, mit der der Bereich R0 gescannt wird. Befindet sich der Schallkopf nahe der Brustwand rechts, so kann auch hier durch entsprechende Phasenverschiebung der Ansteuerung der Emitter eine zur Brustwand hin gerichtete Abtastung erreicht werden, wodurch zumindest weite Gebiete des Bereiches R2 erkennbar werden.
Die Positionsbestimmung beziehungsweise Positionierung des Schallkopfes 7 erfolgt über die Führungsmechanik 8.
Eine andere Ausführungsvariante für einen Schallkopf mit möglicher seitlicher Abstrahlung ist in der 3 dargestellt. Hier ist ein Schallkopf 7 zu erkennen, welcher über ein Koppelelement 7.2 flächig mit der Kompressionsfläche 3.1 in einer schallübertragenden Verbindung steht. Das Koppelelement 7.2 weist an seiner oberen Seite eine halbzylindrische Vertiefung 7.4 auf, in die ein zylindrisches Gegenstück 7.3 eingreift. In diesem Gegenstück 7.3 eingebettet befindet sich eine Reihe von Ultraschallemittern 7.1. Das Gegenstück 7.3 und die Vertiefung 7.4 bilden gemeinsam ein einachsiges Gelenk, welches eine große schallübertragende Kontaktfläche aufweist, über die schwenkbar der in den Ultraschallemittern 7.1 erzeugte Schall an das Koppelelement 7.2 in verschiedenen Richtungen übertragen werden kann.
Dargestellt ist der Schallkopf 7 in drei Positionen mit jeweils unterschiedlichen Neigungswinkeln, die im Ergebnis zu einer ähnlichen Abstrahlung des Ultraschalls führen, wie es auch in Ausführung der 2 gezeigt ist. Die Schallausbreitungsrichtungen sind durch die unter den Schallköpfen gezeigten Pfeile symbolisiert. Ergänzend verfügt die Führungsvorrichtung 8, welche zur Positionsbestimmung oder aktiven Positionierung des Schallkopfes 7 dient auch über einen Winkelgeber oder eine Neigungseinstellvorrichtung 8.1, durch welche dem System der jeweils vorliegende Abstrahlwinkel am Schallkopf 7 bekannt ist. Eine weitere Ausführungsvariante der Untersuchungsvorrichtung 1 mit einem Schallkopf 7 mit schräger Abstrahlung ist in der 4 gezeigt. Hier ist auf der oberen Kompressionsfläche 3.1 ein Schallkopf 7 schräg gekippt angeordnet, wobei zum schallleitenden Kontakt zwischen dem Schallkopf 7 und der Kompressionsfläche 3.1 ein Koppelelement 7.2 in Form eines Keils angeordnet ist. Wie dargestellt kann ein derart ausgestatteter Schallkopf verwendet werden, um in die bisher nicht erreichbare Randbereiche R1 und R2 einzustrahlen und auch dort eine zusätzliche Ultraschallabtastung auszuführen.
Die 5 zeigt schließlich den Bereich der Kompressionsvorrichtung von vorne mit proximaler Blickrichtung. Es ist zwischen den Kompressionsflächen 3.1 und 3.2 die Brust 2 einer Patientin erkennbar, die ebenfalls aufgrund der randseitigen Krümmung einen senkrecht nicht durch Ultraschall abtastbaren Bereich R1 aufweist, während der mittlere Bereich R0 durch eine senkrechte Schalleinleitung erreicht werden kann. Entsprechend ist auch hier – ein gegenüber der Darstellung aus 3 um 90° gedrehter – schwenkbarer Schallkopf auf der Kompressionsfläche 3.1 angeordnet. Durch entsprechende Positionierung und Verkippung des Schallkopfes 7 analog zur 3 kann ebenfalls der seitlich liegende Bereich R1 der Ultraschallabtastung zugänglich gemacht werden.
Erfindungsgemäß kann beispielsweise eine Abtastung gemäß der 3 und 5 – also eine Abtastung mit jeweils um 90° gedrehtem Schallkopf – kombiniert werden, so dass dadurch der maximal mögliche Abtastbereich abgedeckt ist.
Insgesamt beschreibt die Erfindung also eine Untersuchungsvorrichtung und ein Verfahren zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung eines Körperteils, insbesondere einer weiblichen Brust oder einer Hand, wobei sich das Körperteil während der Abtastung in einer Kompressionseinheit mit einer ersten und einer zweiten Kompressionsfläche zur flachen Komprimierung des Körperteils während der Abtastung befindet, und mindestens einen Schallkopf mit Ultraschallsender und -empfänger vorgesehen ist, welcher das in der Kompressionseinheit befindliche Körperteil in mindestens einer horizontalen Transversalbewegung mit Ultraschall bestrahlt und den orts- und richtungsspezifisch reflektierten Ultraschall ausgibt. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Schallkopf dazu ausgerüstet, Bildinformationen zu erzeugen und aufzunehmen, die seitlich von der Lotrichtung auf die Kompressionsfläche unter dem Schallkopf angeordnet sind.
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: Untersuchungsvorrichtung
2: Brust
3.1, 3.2: Kompressionsfläche
4: Röntgenröhre
5: Strahlenkegel
6: Flachdetektor
6.1: Detektorelemente
7: Ultraschallkopf
7.1: Ultraschallemitter
7.2: Koppelelement
7.3: zylindrisches Gegenstück
7.4: halbzylindrische Vertiefung
8: Führungsmechanik
8.1: Winkelgeber/Neigungseinstellvorrichtung
9: Computersystem
Prg₁–Prg_n: Computerprogramme
R0: senkrecht durch Ultraschallabtastung erfassbarer Bereich
R1, R2: senkrecht durch Ultraschallabtastung nicht erfassbarer Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 1995/011627 [0002]

Claims

Untersuchungsvorrichtung (1) zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung eines Körperteils, insbesondere einer weiblichen Brust (2) oder einer Hand, aufweisend: 1.1. eine Kompressionseinheit mit einer ersten und einer zweiten Kompressionsfläche (3.1, 3.2) zur flachen Komprimierung des Körperteils (2) während der Abtastung, 1.2. ein Strahler-Detektor-System mit einer Röntgenröhre (4), die ein Röntgenstrahlenbündel (5) auf einen elektronischen Detektor (6) aussendet und örtlich gemessene Röntgenintensitätswerte nach dem Durchdringen des zwischen Röntgenröhre (4) und Flachdetektor (6) angeordneten Körperteils (2) ausgibt, 1.3. mindestens einen Schallkopf (7) mit Ultraschallsender und -empfänger, welcher das in der Kompressionseinheit befindliche Körperteil (2) in mindestens einer horizontalen Transversalbewegung mit Ultraschall bestrahlt und den orts- und richtungsspezifisch reflektierten Ultraschall ausgibt, 1.4. eine Führungsvorrichtung (8) für den mindestens einen Schallkopf (7) zur Durchführung mindestens einer Ultraschallabtastung unter definierten Ortskoordinaten relativ zum Flachdetektor (6), 1.5. ein Computersystem (9), welches die Röntgenmesswerte und die Ultraschallmesswerte zu Bildinformationen verarbeitet und räumlich aufeinander registrierte Bilddarstellungen aus beiden Messwerten ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass 1.6. der mindestens eine Schallkopf (7) dazu ausgerüstet ist, Bildinformationen zu erzeugen und aufzunehmen, die seitlich von der Lotrichtung auf die Kompressionsfläche (3.1) unter dem Schallkopf (7) angeordnet sind.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausstrahlungsrichtung vor dem Ultraschallsender ein Koppelmittel (7.2) angeordnet ist, welches eine schräge Ausrichtung des Ultraschallsenders bei gleichzeitiger Ultraschall-Ankopplung erlaubt und den Ultraschall in einem schrägen Winkel in das Körperteil (2) einleiten kann.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmittel (7.2) ein Keil ist, der den Ultraschall in einem schrägen Winkel in das Körperteil (2) einleitet.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmittel (7.2) eine Ausstrahlfläche zur Auflage auf der Kompressionsfläche (3.1) über dem Körperteil und ein Gelenk (7.3, 7.4) aufweist, in dem der Schallkopf (7) in einer Ebene unter Aufrechterhaltung der Schallkopplung gekippt werden kann.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallkopf (7) eine Vielzahl von Ultraschallemitter (7.1) aufweist, und im Computersystem (9) ein Programm (Prg₁–Prg_n) vorliegt, welches im Betrieb die Ultraschallemitter (7.1) einzeln derart phasenverschoben ansteuert, dass eine schräge Abstrahlung des Ultraschalls auftritt.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Schallkopf (7) zur Abtastung senkrecht zur Kompressionsfläche (3.1) und mindestens ein zweiter Schallkopf (7) zur Abtastung schräg zur Senkrechten auf die Kompressionsfläche (3.1) angeordnet sind.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallkopf (7) mehrere einzeln verkippbare Ultraschallemitter (7.1) aufweist.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler-Detektor-Kombination dazu ausgestaltet ist, projektive Röntgenaufnahmen zu erzeugen.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler-Detektor-Kombination dazu ausgestaltet ist, Röntgenaufnahmen zu scannen.
Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler-Detektor-Kombination dazu ausgestaltet ist, dreidimensionale, insbesondere tomosynthetische oder tomographische, Röntgenaufnahmen zu erzeugen.
Verfahren zur kombinierten Röntgen- und Ultraschallabtastung eines Körperteils, insbesondere einer weiblichen Brust (2) oder einer Hand, mit einer mammographische Untersuchungsvorrichtung (1), aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: 11.1. flache Komprimierung des Körperteils (2) zwischen zwei Kompressionsflächen (3.1, 3.2), 11.2. aufnehmen mindestens einer Röntgendarstellung und mindestens einer Ultraschalldarstellung des komprimierten Körperteils (2), 11.3. wobei bei der Aufnahme der mindestens einen Ultraschalldarstellung zumindest auch ein Schallkopf (7) verwendet wird, welcher Bildinformationen erzeugt und aufnimmt, die seitlich von der Lotrichtung auf die Kompressionsfläche (3.2) unter dem Schallkopf (7) angeordnet sind, 11.4. kombinieren der aufeinander räumlich registrierten mindestens einen Röntgendarstellung und mindestens einen Ultraschalldarstellung, 11.5. Ausgabe der kombinierten Röntgen- und Ultraschalldarstellung.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Ultraschalldarstellung sowohl ein erster senkrecht zur Kompressionsfläche (3.1) emittierender Schallkopf (7) verwendet wird, um Bildinformationen in Lotrichtung zu erhalten, als auch ein seitlich abstrahlender Schallkopf (7) verwendet wird, mit dem Bildinformationen seitlich zur Lotrichtung gewonnen werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schallkopf (7) während der Abtastung eine Kompressionsfläche (3.1) überstreicht und während seiner Transversalbewegung dabei seitlich verkippt wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippbewegung zu Beginn und/oder am Ende der Transversalbewegung stattfindet.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Ultraschallabtastung eine Ultraschalldarstellung erzeugt wird, die bezüglich ihrer flächigen Ausdehnung zumindest teilweise über die flächige Ausdehnung der Röntgendarstellung hinausgeht.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit der seitlichen Ultraschallabtastung Körperteilbereiche erfasst werden, die zwischen den Kompressionsflächen (3.1, 3.2) liegen, jedoch keinen lotrechten Schallkontakt zu einer der Kompressionsflächen (3.1, 3.2) aufweisen.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Abtastung der weiblichen Brust (2) mit der seitlichen Ultraschallabtastung Brustbereiche erfasst werden, welche seitlich der Kompressionsflächen (3.1, 3.2) in Richtung pektoralis liegen.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Untersuchungsvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Vorrichtungsansprüche verwendet wird.