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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen von 2D-Aufnahmen und 3D-Aufnahmen einer Brust eines Patienten unter Verwendung eines in zwei Aufnahmemodi betreibbaren Röntgengerätes, das eine Röntgenstrahlungsquelle und einen Röntgenstrahlungsdetektor aufweist, wobei die Brust zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgenstrahlungsdetektor gelagert wird, wobei die 2D-Aufnahmen und die 3D-Aufnahmen bei gleichbleibender Brustlagerung erstellt werden.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Röntgengerät, das in zwei Aufnahmemodi betreibbar ist, ausgebildet zum Erstellen von 2D-Aufnahmen und 3D-Aufnahmen einer Brust eines Patienten, mit einer Röntgenstrahlungsquelle und einem Röntgenstrahlungsdetektor, wobei die Brust zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgenstrahlungsdetektor lagerbar ist, wobei die 2D-Aufnahmen und die 3D-Aufnahmen bei gleichbleibender Brustlagerung erstellbar sind.
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Aus dem Stand der Technik sind Röntgengeräte zur Durchführung von Tomosynthese-Scans zur Erzeugung von 3D-Schichtbildern der menschlichen Brust bekannt. Diese Geräte werden vor allem im Bereich der Diagnostik eingesetzt. Im Screeningbetrieb werden hingegen immer noch überwiegend 2D-Mammographie-Aufnahmen mit entsprechend ausgebildeten Mammographie-Röntgengeräten erstellt. Aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt ist es, aus einem Tomosynthese-Scan ein synthetisches Mammogramm zu berechnen. Jedoch ist dieses nicht als vollwertiges Äquivalent zu einem herkömmlichen Mammogramm anerkannt.
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Vor allem um einen einfachen Vergleich mit Voraufnahmen zu ermöglichen, sind auch Röntgengeräte bekannt, mit denen sowohl 3D-Tomosyntheseaufnahmen als auch 2D-Mammographieaufnahmen erstellt werden können. Ein Vorteil dieser „kombinierten“ Tomosynthesegeräte besteht darin, dass sowohl das Mammogramm als auch der Tomoscan bei unveränderter Lage der Brust, d h. insbesondere auch bei identischer Kompression der Brust, erzeugt werden kann.
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Wie allgemein bekannt, trifft bei einer digitalen Mammographie die von der Röntgenstrahlungsquelle ausgehende Strahlung auf die Brust als das zu durchleuchtende Objekt und im Anschluss auf den Röntgenstrahlungsdetektor. Dabei wird zwischen der Primärstrahlung, welche die für das Röntgenbild entscheidenden Informationen liefert, und der Streustrahlung unterschieden. Die Streustrahlung verursacht ein stärkeres Bildrauschen und verschlechtert den Bildkontrast und damit auch die Bildqualität. Um Abhilfe zu schaffen, werden Mammographie-Geräte mit Streustrahlenrastern ausgestattet. Diese sind zwischen der Brust und dem Röntgenstrahlungsdetektor angebracht und absorbieren die Streustrahlung, gleichzeitig aber auch Teile der entscheidenden Primärstrahlung. Folglich muss die Organdosis entsprechend angepasst werden, um die gewünschte Bildqualität zu erreichen. Das bedeutet eine zusätzliche Strahlenbelastung für den Patienten.
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Die Problematik einer durch den Einsatz eines Streustrahlenrasters erhöhten Dosis besteht auch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Mehrmodus-Röntgengeräten, da sich auch dort bei der Erstellung des Mammogramms ein Streustrahlenraster im Strahlengang befindet, um die Streustrahlung zu absorbieren. Um dennoch die gewünschte Bildqualität zu erreichen, ist somit bisher bei Mehrmodus-Röntgengeräten stets eine erhöhte Strahlenbelastung notwendig.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Strahlenbelastung bei Mehrmodus-Röntgengeräten so gering wie möglich zu halten. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. ein Röntgengerät nach Anspruch 7 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Röntgensystem und umgekehrt.
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Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren sämtliche Aufnahmen ohne Verwendung eines Streustrahlenrasters erstellt und es erfolgt eine nachträgliche Streustrahlungskorrektur. Ein Streustrahlenraster wird somit weder in dem 2D-Aufnahmemodus, noch in dem 3D-Aufnahmemodus des Mehrmodus-Röntgengerätes verwendet. Das erfindungsgemäße Mehrmodus-Röntgengerät zeichnet sich durch einen während der Erstellung sämtlicher Aufnahmen streustrahlenrasterfreien Strahlengang zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgenstrahlungsdetektor sowie durch Mittel zur Durchführung einer nachträglichen Streustrahlungskorrektur aus. Anders ausgedrückt befindet sich zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgenstrahlungsdetektor zu keiner Zeit ein Streustrahlenraster. Da sämtliche Aufnahmen ohne Verwendung eines Streustrahlenrasters erstellt werden, weist das Röntgengerät von Anfang an kein solches Streustrahlenraster auf.
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Die Erfindung stellt somit ein Verfahren und ein Röntgengerät zur Erstellung einer rasterlosen Mammographieaufnahme innerhalb eines Tomosynthese-Scans bei gleichbleibender Brustlagerung, d.h. auch identischer Kompression der Brust, zur Verfügung. Der wichtigste Vorteil dieser Technik besteht darin, dass wegen des Wegfalls des Streustrahlenrasters und der damit verbundenen höheren Strahlenbelastung die Dosis signifikant reduziert wird, typischerweise um bis zu 30 Prozent. Mit der Erfindung kann die Strahlenbelastung auch bei Mehrmodus-Röntgengeräten so gering wie möglich gehalten werden. Im Gegensatz zu synthetisch erzeugten Mammogrammen ist mit der 2D-Aufnahme bei der vorliegenden Erfindung ein vollwertiges, „echtes“ Mammogramm innerhalb einer Tomosynthese-Aufnahmeprozedur bei geringster Dosis erstellbar.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich die Herstellungskosten des Mehrmodus-Röntgengerätes verringern, da das Streustrahlenraster als zusätzliches Bauteil des Röntgengeräts entfällt. Zugleich entfällt damit eine mögliche Fehlerquelle, wodurch die Zuverlässigkeit des Röntgengeräts steigt. Dies trifft insbesondere auch mit Blick auf die Antriebs- und Übertragungseinheiten zu, die bei herkömmlichen Geräten für die Rasterbewegungen des Streustrahlenrasters in dessen Betriebsposition verantwortlich sind.
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Weil ein Bewegen des Streustrahlenrasters in seiner Betriebsposition nicht mehr erforderlich ist, entfallen damit auch die potentielle Ursachen für Störungen der Bildqualität durch Artefakte, beispielsweise aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen oder dergleichen.
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Vorteilhaft ist der Wegfall des Streustrahlenrasters auch deshalb, weil die Zeiten für das Hin- und Zurückfahren des Streustrahlenrasters aus einer Parkposition in seine Betriebsposition zwischen der Brust und dem Röntgenstrahlungsdetektor entfallen. Dies führt zu einer Verkürzung der Aufnahmeprozedur. Die Brust ist weniger lang komprimiert, so dass das gesamte Verfahren für den Patienten weniger unangenehm ist.
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Die vorliegende Erfindung dient jedoch nicht nur zur Reduzierung der Strahlenbelastung durch eine rasterlos durchgeführte Mammographieaufnahme im Rahmen eines Tomosynthese-Scans, sondern stellt auch verschiedene Wege zur Optimierung einer anschließend verwendeten Streustrahlungskorrektur bereit.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine nachträgliche, d.h. im Anschluss an das Erstellen der Aufnahmen durchzuführende, Streustrahlungskorrektur mit Hilfe eines Bildbearbeitungsalgorithmus in einer geeigneten Korrektureinheit, der die dafür notwendigen Daten zur Verfügung gestellt werden. Der Algorithmus korrigiert dabei die Streustrahlung nachträglich, indem er die Bereiche, die durch Streustrahlung entstehen, erkennt und aus dem Bild herausrechnet. Die entscheidende Primärstrahlung bleibt hingegen komplett erhalten.
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Somit wird das Streustrahlenraster überflüssig und eine niedrigere Dosis reicht aus, um hochqualitative Bilder zu erhalten.
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Abhängig von der komprimierten Brustdicke kann die Strahlendosis mit Hilfe einer solchen rasterlosen Aufnahmetechnik typischerweise um bis zu 30 Prozent gesenkt werden. Eine solche Softwarelösung wird durch die Firma Siemens unter der Bezeichnung Siemens Inspiration PRIME (Progressive Reconstruction, Intelligently Minimizing Exposure) bereitgestellt.
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In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird diese Art einer Softwarelösung nicht benötigt. Statt dessen erfolgt mittels einer geeigneten Korrektureinheit eine nachträgliche Streustrahlungskorrektur ausschließlich unter Verwendung einer synthetischen 2D-Aufnahme, die zuvor aus den erstellten 3D-Aufnahmen des Mehrmodus-Röntgengerätes erzeugt wurde. Mit anderen Worten werden für die Streustrahlungskorrektur die Tomosynthesedaten verwendet. Da die mit gefilterter Rückprojektion rekonstruierten Schichten, also die einen Schichtstapel ergebenden Volumenschichten des 3D-Tomoscans, wegen der Unterdrückung der niedrigfrequenten Bildanteile im wesentlichen streustrahlungsfrei sind, können sie zur Schätzung des Streustrahlbildes verwendet werden. Beispielsweise kann die Differenz berechnet werden zwischen einem aus den Schichten berechneten synthetischen Mammogramm einerseits und der gemessenen Mittelprojektion (Projektionswinkel 0°) andererseits. Dieses Streustrahlbild wird dann von dem rasterlos aufgenommenen Mammogramm subtrahiert.
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In einer dritten Ausführungsform der Erfindung kann die erzeugte synthetische 2D-Aufnahme aber auch in Verbindung mit derjenigen softwarebasierten Streustrahlungskorrektur verwendet werden, die mit Hilfe eines Bildbearbeitungsalgorithmus, beispielsweise Siemens PRIME, erfolgt. Dies kann in einer entsprechend angepassten, geeigneten Korrektureinheit beispielsweise derart vonstatten gehen, dass die synthetische 2D-Aufnahme verwendet wird, um die Bildbearbeitung zu überprüfen und gegebenenfalls zu optimieren. Oder aber es findet im Anschluss an die mit Hilfe des Bildbearbeitungsalgorithmus erfolgende Streustrahlungskorrektur eine weitere Streustrahlungskorrektur unter Verwendung der synthetischen 2D-Aufnahme statt.
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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. Dabei zeigen:
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1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Mehrmodus-Röntgengerät,
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2 ein erfindungsgemäßes Mehrmodus-Röntgengerät,
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3 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 den Ablauf einer ersten Streustrahlungskorrektur,
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5 den Ablauf einer zweiten Streustrahlungskorrektur,
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6 den Ablauf einer dritten Streustrahlungskorrektur.
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Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt ein Mehrmodus-Röntgengerät 1, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit einem bei Bedarf mit Hilfe einer Antriebseinheit 2 in den Strahlengang 3 einführbaren Streustrahlenraster 4. Streustrahlenraster 4 und Antriebseinheit 2 entfallen bei dem erfindungsgemäßen Mehrmodus-Röntgengerät 10, wie es in 2 abgebildet ist. Das Mehrmodus-Röntgengerät 10 ist in zwei Aufnahmemodi betreibbar. Es ist zum Erstellen von 2D-Aufnahmen und 3D-Aufnahmen einer Brust 5 eines Patienten ausgebildet. Es umfasst eine Röntgenstrahlungsquelle 6 und einen Röntgenstrahlungsdetektor 7. Die Brust 5 lagert zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 6 und dem Röntgenstrahlungsdetektor 7. Die 2D-Aufnahmen und die 3D-Aufnahmen sind bei gleichbleibender Brustlagerung erstellbar.
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Wie in 3 dargestellt, erfolgt nach dem Start des Verfahrens (Schritt 101) zunächst eine rasterlose Voraufnahme, wobei aus diesem Vorschuss, der typischerweise in der zentralen Projektion (0°) aufgenommen wird, bei der die als Röntgenstrahlungsquelle 6 dienende Röntgenröhre orthogonal zu der Brust 5 angeordnet ist, in einer geeigneten Funktionseinheit 8 die zur Erzeugung eines Gesamtbildes mit optimaler Bildqualität benötigen Parameter, insbesondere die korrekte Belichtungszeit usw., bestimmt werden. Insbesondere erfolgt nach diesem rasterlosen „Pre-Shot“ eine AEC(Automatic Exposure Control)-Berechnung für den Tomoscan und den Hauptschuss. Diese vorbereitenden Maßnahmen sind in 3 in Schritt 102 zusammengefasst.
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Unter Berücksichtigung dieser Belichtungsautomatik wird daran anschließend die 2D-Hauptaufnahme, aus der dann das Mammogramm erzeugt wird, rasterlos erstellt (Schritt 103), ebenfalls in der 0°-Position. Das sonst übliche Zurückfahren des Streustrahlenrasters 4 nach dem Hauptschuss und vor der Einleitung des Tomoscans entfällt.
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Anschließend erfolgt, bei gleicher Lage der Brust 5 und ohne eine zwischenzeitliche Dekomprimierung der Brust 5, die 3D-Tomosyntheseaufnahme, ebenfalls komplett rasterlos (Schritt 104). Dabei werden beispielsweise 25 Aufnahmen von einer –25°-Position bis zu einer +25°-Position, also 25 Einzelschüsse im Abstand von 2° erzeugt. Hieraus wird ein Stapel von Tomo-Schichten und somit das 3D-Volumen errechnet. Somit bliebt der Strahlengang 3 zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 6 und dem Röntgenstrahlungsdetektor 7 sowohl während der Erstellung der 2D-Aufnahme als auch während der Erstellung der 3D-Aufnahmen streustrahlenrasterfrei.
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An die Durchführung der Aufnahmen schließen sich Maßnahmen zur Streustrahlungskorrektur an, die in einer geeigneten Funktionseinheit 9 durchgeführt wird (Schritt 105). Nach der Streustrahlungskorrektur endet das Verfahren (Schritt 106).
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Die Streustrahlungskorrektur innerhalb des Schrittes 105 erfolgt dabei in der Funktionseinheit 9 beispielsweise, wie in 4 dargestellt, durch einen geeigneten Bildbearbeitungsalgorithmus, wie beispielsweise Siemens PRIME. Bei einer solchen Softwarelösung wird die erstellte 2D-Aufnahme eingelesen (Schritt 201). Anschließend erkennt ein Algorithmus die für die Streustrahlung verantwortlichen Strukturen (Schritt 202) und berechnet ein korrigiertes Bild (Schritt 203). Während die Streustrahlung herausgerechnet wird, kann die Primärstrahlung vollständig genutzt werden.
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Alternativ erfolgt die Streustrahlungskorrektur innerhalb des Schrittes 105, wie in 5 dargestellt, indem nach der Bereitstellung der 3D-Aufnahmen (Schritt 301) zunächst in der Funktionseinheit 9 aus dem 3D-Volumen des Tomoscans, d. h. also unter Verwendung der Tomosynthese-Daten, ein stets streustrahlungsfreies synthetisches Mammogramm berechnet wird (Schritt 302). Dabei wird ein Mammogramm über eine Rückprojektion aus Volumendaten erzeugt, die durch die Tomosynthese erhalten werden. Anders ausgedrückt werden alle Schichten aus dem 3D-Scan zu einem synthetischen 2D-Bild integriert. Anschließend wird in der Funktionseinheit 9 das berechnete synthetische Mammogramm von dem rasterlos aufgenommenen Mammogramm abgezogen, wodurch der Streustrahlanteil ermittelt wird (Schritt 303). Abschließend wird das rasterlos aufgenommene Mammogramm um diesen ermittelten Streustrahlanteil reduziert, um ein korrigiertes Mammogramm zu erhalten (Schritt 304).
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In einer weiteren Variante erfolgt innerhalb des Schrittes 105, wie in 6 dargestellt, zusätzlich zu der bereits oben erwähnten Streustrahlungskorrektur durch den Softwarealgorithmus (Schritte 201 bis 203) in der Funktionseinheit 9 eine Berechnung des Rest-Streustrahlanteils des durch die Software bereits korrigierten Mammogramms mit Hilfe des in den Schritten 301 und 302 erzeugten synthetischen Mammogramms (Schritt 401). Anschließend wird überprüft, ob der rechnerisch durch den Algorithmus ermittelte Streustrahlanteil dem über das synthetische Mammogramm ermittelten tatsächlichen Streustrahlanteil entspricht (Schritt 402). Gegebenenfalls findet eine Optimierung der softwarebasierten Streustrahlungskorrektur statt (Schritt 403), so dass die Bildqualität verbessert wird. Abschließend findet eine entsprechend optimierte Bildnachverarbeitung statt (Schritt 404). Beispielsweise erfolgt eine Rauschunterdrückung und/oder Bildnachverarbeitungsparameter werden entsprechend angepasst.
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Das erfindungsgemäße Mehrmodus-Röntgengerät 10 ist ausgebildet zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Vorzugsweise handelt es sich bei der Funktionseinheit 8 und bei der Funktionseinheit 9 zur Streustrahlungskorrektur um Datenverarbeitungseinheiten, die zur Durchführung aller Schritte entsprechend des hier beschriebenen Verfahrens, die in einem Zusammenhang mit der Verarbeitung von Daten stehen, ausgebildet sind. Die Datenverarbeitungseinheiten weisen vorzugsweise eine Anzahl von Funktionsmodulen auf, wobei jedes Funktionsmodul ausgebildet ist zur Durchführung einer bestimmten Funktion oder einer Anzahl bestimmter Funktionen gemäß dem beschriebenen Verfahren. So weist beispielsweise das Funktionsmodul 9 ein Berechnungsmodul zur Berechnung des synthetischen Mammogramms in Schritt 302 auf. Bei den Funktionsmodulen 8, 9 kann es sich um Hardwaremodule oder Softwaremodule handeln. Mit anderen Worten kann die Erfindung, soweit es die Datenverarbeitungseinheit betrifft, entweder in Form von Computerhardware oder in Form von Computersoftware oder in einer Kombination aus Hardware und Software verwirklicht werden. Soweit die Erfindung in Form von Software, also als Computerprogramm, verwirklicht ist, werden sämtliche beschriebenen Funktionen durch Computerprogrammanweisungen realisiert, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner mit einem Prozessor ausgeführt wird. Dies betrifft insbesondere Computerprogrammanweisungen zum Erzeugen der synthetischen 2D-Aufnahme aus den erstellten 3D-Aufnahmen in Schritt 302, Computerprogrammanweisungen zur nachträglichen Streustrahlungskorrektur unter Verwendung der synthetischen 2D-Aufnahme in Schritt 105, Computerprogrammanweisungen zur nachträglichen Streustrahlungskorrektur mit Hilfe eines Bildbearbeitungsalgorithmus in den Schritten 202 und 203 und Computerprogrammanweisungen zur Streustrahlungskorrektur unter Verwendung der synthetischen 2D-Aufnahme in den Schritten 303 und 304 bzw. zur Durchführung einer sich an eine erste Streustrahlungskorrektur anschließende weitere Streustrahlungskorrektur unter Verwendung der synthetischen 2D-Aufnahme in den Schritten 401 bis 404. Die Computerprogrammanweisungen sind dabei auf an sich bekannte Art und Weise in einer beliebigen Programmiersprache verwirklicht und können dem Rechner in beliebiger Form bereitgestellt werden, beispielsweise in Form von Datenpaketen, die über ein Rechnernetz übertragen werden, oder in Form eines auf einer Diskette, einer CD-ROM oder einem anderen Datenträger gespeicherten Computerprogramms.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgengerät (Stand der Technik)
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- Strahlengang
- 4
- Streustrahlenraster
- 5
- Brust
- 6
- Röntgenstrahlungsquelle
- 7
- Röntgenstrahlungsdetektor
- 8
- Funktionseinheit
- 9
- Funktionseinheit
- 10
- Röntgengerät
- 101
- Beginn des Verfahrens
- 102
- Erstellen des pre-shot
- 103
- Erstellen des Hauptschusses
- 104
- Erstellen des 3D-Scans
- 105
- Streustrahlungskorrektur
- 106
- Ende des Verfahrens
- 201
- Bereitstellung der 2D-Aufnahme
- 202
- Erkennen der Strukturen
- 203
- Berechnung des korrigierten Bildes
- 301
- Bereitstellung der 3D-Aufnahmen
- 302
- Berechnung eines synthetischen Mammogramms
- 303
- Ermittlung des Streustrahlanteils
- 304
- Ermittlung des korrigierten Mammogramms
- 401
- Berechnung des Streustrahlanteils
- 402
- Überprüfung der Streustrahlanteile
- 403
- Optimierung der Streustrahlungskorrektur
- 404
- Durchführung einer optimierten Bildnachverarbeitung
