DE102015204957A1 - Bildgebendes Tomosynthesesystem, insbesondere Mammographiesystem - Google Patents

Bildgebendes Tomosynthesesystem, insbesondere Mammographiesystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Tomosynthesesystem (9), insbesondere ein Mammographiesystem, mit einem Computersystem welches Röntgenprojektionen eines Untersuchungsobjektes (10) aus mehreren Projektionswinkeln erstellt, einen Stapel tomosynthetischer Schnittbilder rekonstruiert, mindestens ein Übersichtsbild von Dichtewerten eines Untersuchungsobjektes aus den tomosynthetischen Bilddaten erzeugt, charakteristische Dichtewerte im Stapel an mindestens einer Ebenenposition auswählt, die geometrische Höhe des mindestens einen ausgewählten charakteristischen Dichtewertes bestimmt und das Übersichtsbild mit einem, zur geometrischen Höhe des mindestens einen charakteristischen Dichtewertes korrelierenden, Farbwert darstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Tomosynthesesystem, insbesondere ein Mammographiesystem, mit einem Strahler-Detektor-System zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes aus mehreren Projektionswinkeln, die zur Erzeugung tomosynthetischer Bilddaten des Untersuchungsobjektes geeignet sind und einem Computersystem mit zumindest einer Anzeigeeinheit und einem Speicher zur Abspeicherung von Programmen, welche zumindest eine tomosynthetische Rekonstruktion ausführen.
  • Die Röntgentechnik hat sich in der medizinischen Diagnostik als ein Standardverfahren etabliert. Sie basiert darauf, dass durch ein Objekt Röntgenstrahlen entsprechend der Absorptionseigenschaften des Objektes abgeschwächt werden. Die Intensität der das Objekt durchdringenden Röntgenstrahlen wird mittels eines ortsauflösenden Detektors gemessen und zur Intensität der Röntgenstrahlen ohne Objekt ins Verhältnis gesetzt. Die so aufgenommenen Intensitätsänderungen stellen in Abhängigkeit der Aufnahmegeometrie ein Maß dar, welches insbesondere eine Aussage über die Dichte des von den Röntgenstrahlen durchdrungenen Gewebes liefert.
  • Die traditionelle Röntgentechnik liefert typischerweise Projektionsbilder in zwei Dimensionen, die mittels eines Flächendetektors aufgenommen wurden. Eine Auflösung orthogonal zu der Detektorfläche ist herkömmlich jedoch nicht möglich. Im Zuge der Weiterentwicklung der Röntgentechnik wurden Verfahren entwickelt, die auch Informationen bezüglich der dritten Dimension liefern. Diese Verfahren basieren darauf, dass Röntgenprojektionen aus einer Vielzahl von verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen werden und aus den dadurch erhaltenen Schwächungsdaten – auch Projektionen genannt – dreidimensional in Voxel aufgelöste Dichtewerte des Objektes rekonstruiert werden. Diese Voxel werden meist mit den Dichtewerten entsprechenden Grauwerten ausgegeben und können für die Analyse des Objektes verwendet werden, z.B. indem Schnitte des Objektes berechnet und dargestellt werden.
  • Die erste Röntgenmodalität, welche die Rekonstruktion eines Volumendatensatzes ermöglichte, war die Computertomographie. Zur Ermittlung von Projektionsdaten wird hierbei meist eine Röntgenquelle mit einem gegenüberliegenden Detektor um ein dazwischen liegendes Objekt oder einen Patienten rotiert und aus den so gewonnenen Projektionsdaten über einen Winkelbereich von 360°, mindestens jedoch 180° zuzüglich dem Fächerwinkel des Strahler-Detektor-Systems, tomographische Schnittbilder senkrecht zur Rotationsachse rekonstruiert. Inzwischen existiert eine Reihe von anderen Röntgengeräten, die ebenfalls eine dreidimensionale Rekonstruktion zulassen, z.B. C-Bögen und Mammographiegeräte. Während C-Bogensysteme noch die zur tomographischen Rekonstruktion notwendige Abtastung über einen Projektionswinkelbereich von 180° plus Fächerwinkel ermöglichen, werden bei Mammographie-Systemen zur Winkelbereiche von deutlich unter 180° abgetastet. Zur 3D-Rekonstruktion aus Projektionsdaten von Mammographie-Systemen wird entsprechend der geringeren Abtastinformation eine Rekonstruktion nach dem Tomosyntheseverfahren ausgeführt. Aufgrund der reduzierten Abtastinformation entstehen Bilddaten mit gegenüber der Computertomographie etwas geringerer Güte.
  • Insbesondere in der Mammographie ergeben sich für die Darstellung von durch Tomosynthese gewonnenen Datensätzen besondere Herausforderungen, die einerseits daraus resultieren, dass nur mit einem beschränkten Winkelbereich und damit artefaktbehafteten Volumendaten gearbeitet wird, und zum anderen daraus, dass relevante darzustellende Strukturen, sogenannte Mikrokalzifizierungen, die kanzerogenes Gewebe indizieren, eine sehr geringe Größe aufweisen.
  • Daher ist es gebräuchlich, die herkömmlich durch Tomosynthese erhaltenen Gewebedarstellungen durch andere, zusätzliche Darstellungen zu ergänzen, um so die Diagnose zu verbessern bzw. zu erleichtern. Beispielsweise können zusätzliche Aufnahmen, beispielsweise mittels digitaler Mammographie oder full-field digital mammography (FFDM)) gemacht werden. Häufig verzichtet man auch zugunsten einer niedrigeren Röntgendosis auf die zusätzlichen Aufnahmen und rekonstruiert stattdessen zusätzliche Aufnahmen aus den durch Tomosynthese gewonnenen Volumendaten. In diesen Zusammenhang spricht man auch von berechneten, synthetischen Mammographieaufnahmen oder Mammogrammen.
  • Ein synthetisches Mammogramm kann für einen Aufnahmewinkel (typischerweise 0°) oder für eine Vielzahl von Aufnahmewinkeln (man spricht hier auch von einem „rotierenden Mammogramm“) angefertigt werden. Bei der Anfertigung eines synthetischen Mammogramms muss nicht notwendigerweise eine Integration bzw. Aufsummierung der Volumendaten entlang von Sehstrahlen (auch als „DRR“ für den englischen Ausdruck „digitally reconstucted radiograph“ bezeichnet) erfolgen. Es ist z.B. daneben als eine andere Technik auch die Maximumintensitätsprojektion (MIP, maximum intensity projection) als Verfahren der Bildverarbeitung üblich. Im Zuge der Maximumintensitätsprojektion werden dreidimensionale Volumendatensätze bzw. Bilddatensätze in zweidimensionale Projektionsbilder umgerechnet, indem entlang der Blickrichtung, also entlang der einzelnen Sehstrahlen in Projektionsrichtung, jeweils der Datenpunkt mit der maximalen Intensität ausgewählt wird. Ein Anwendungsbereich ist beispielsweise die Darstellung von CT-Angiographie- und Magnetresonanzangiographie-Daten. In diesen Daten haben die Blutgefäße im Allgemeinen hohe Signalintensitäten und werden daher durch die Maximumintensitätsprojektion gut sichtbar abgebildet. Ein derartiges Verfahren ist z.B. in der US 2013/0064440 A1 angesprochen.
  • Bei der Anfertigung von synthetischen Aufnahmen aus Volumendatensätzen ist es wünschenswert, dass der diagnostizierende Arzt eine möglichst aussagekräftige Darstellung der vielen für die Diagnose relevanten Informationen erhält. Die Anmeldung hat zur Aufgabe, hierzu einen Beitrag zu leisten.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein bildgebendes Tomosynthesesystem, insbesondere ein Mammographiesystem gemäß einem der Patentansprüche.
  • Der Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Vorgehen, bei welchem eine Rekonstruktion von Dichtewerten aus Röntgenaufnahmen eines Objekts durchgeführt wird. Dabei erfolgt eine Ermittlung eines Dichtewertes für die Darstellung des Objekts auf einer Anzeige, wobei im Zuge der Ermittlung ein Dichtewert entlang einer die rekonstruierten Dichtewerte durchlaufenden Geraden ausgewählt wird. Diese Auswahl eines Dichtewerts kann z.B. nach Maßgabe des Maximums der auf der Geraden liegenden Dichtewerte durchgeführt werden, so dass eine typische MIP-Darstellung (MIP = maximum intensity projection) erreicht wird. Dabei ist möglich, dass die Dichtewerte vor der Maximumsbestimmung bearbeiten werden, z.B. durch Vornahme einer Glättung, die durch Rauschen hervorgerufene Effekte unterdrückt.
  • Ein genereller Erfindungsgedanke basiert auf der Überlegung, dass bei den oben beschrieben Vorgehen die Position des ausgewählten Dichtewerts verwendet werden kann, um bei der Darstellung des Objekts zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen, die die Interpretation des Ergebnisses erleichtern.
  • Erfindungsgemäß kann eine Positionsinformation für den ausgewählten Dichtewert ermittelt und für die Bereitstellung und optionalen Ausgabe auf der Anzeige, einer den Dichtewert betreffenden Information verwendet werden. Bei dieser Information kann es sich z.B. um die Positionsinformation selbst oder eine andere, mit Hilfe der Positionsinformation gewonnene Information handeln.
  • Die Positionsinformation kann ein Maß für die Entfernung zu einem virtuellen Betrachter, der z.B. durch einen Punkt oder eine Ebene definiert ist, darstellen. Vorzugsweise wird der virtuelle Betrachter durch den Fokuspunkt der verwendeten Röntgenröhre definiert. Dann entspricht die Entfernung der durch einen Röntgenstrahl auf der Geraden durchlaufenen Distanz zu der Position des ausgewählten Dichtewerts.
  • Im Zuge dieser ersten Ausgestaltung können der Dichtewert und die Positionsinformation in einem Pixel der Anzeige durch Kodierung in Werten eines für die Pixeldarstellung verwendeten Farbraums dargestellt werden. Dabei kann der Farbraum einen Farbwert und ein Helligkeitswert für die Darstellung eines Pixels vorsehen, so dass Farbwert und Helligkeitswert für die Kodierung von Dichtewert und Positionsinformation verwendet werden können.
  • Im Rahmen einer zweiten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes gibt die Positionsinformation die Position des Dichtewertes in einem ortsfesten Koordinatensystem beziehungsweise einem Weltkoordinatensystem, dessen Ursprung z.B. in der Mitte des Detektors liegt, an.
  • Die Ermittlung der Positionsinformation erfolgt beispielsweise, wenn durch einen Nutzer den auf der Anzeige angezeigten bzw. dargestellten Dichtewert anwählt (z.B. mittels Maus, wobei auf Anwahl ein lokales Extremum gesucht und als angewählter Dichtewert verwendet werden kann, um so Ungenauigkeiten einer händischen Eingabe zu kompensieren).
  • Bei der zweiten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Dichtewerten auf der Anzeige angezeigt werden und durch Anwahl von zwei Dichtewerten eine die beiden Dichtewerte betreffende Abstandsinformation bestimmt wird, welche z.B. auf der Anzeige angezeigt bzw. eingeblendet wird.
  • In einer Variante der zweiten Ausführungsform wird auf der Anzeige ein auf Basis von ermittelten Dichtewerten gebildetes Bild angezeigt. Es ist dann auf dem Bild ein Bereich von an- gezeigten Dichtewerten auswählbar, z.B. durch Einkreisen mittels Computermaus. Anschließend werden in dem Bereich Dichtewerte nach Maßgabe eines Kriteriums für die Höhe der Dichte, z.B. einem Schwellenwert, identifiziert. Dies kann entweder durch Rückgriff auf die Werte selbst oder mittels deren Pixelkodierung, z.B. bezüglich der Helligkeit des Pixels, erfolgen. Für die identifizierten Dichtewerte können die Positionsinformationen ermittelt werden. Die Positionsinformationen können verwendet werden, um in drei Dimensionen Begrenzungsflächen zu bestimmen, die die identifizierten Dichtewerte einschließen. Es wird dabei also eine Art Box oder eine beliebige, vorzugsweise durchgehend konkave und geschlossene Begrenzungsfläche gebildet, die die Dichtewerte umschließt. Die Begrenzungsflächen können für die Darstellung eines die identifizierten Dichtewerte enthaltenden Bereichs bei der Anzeige von mittels Auswahl entlang einer die rekonstruierten Dichtewerte durchlaufenden Geraden ermittelten Dichtewerten und/oder rekonstruierten Dichtewerten verwendet werden.
  • Beide Ausführungsformen können auch gemeinsam verwendet werden oder teilweise auf Elemente der jeweils anderen Ausführungsform zurückgreifen.
  • Entsprechend den oben geschilderten Grundgedanken schlagen die Erfinder ein bildgebendes Tomosynthesesystem, insbesondere ein Mammographiesystem, vor, welches aufweist:
    • – ein Strahler-Detektor-System zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes aus mehreren Projektionswinkeln, die zur Erzeugung tomosynthetischer Bilddaten des Untersuchungsobjektes geeignet sind,
    • – ein Computersystem mit zumindest einer Anzeigeeinheit und einem Speicher zur Abspeicherung von Programmen, die derart gestaltet sind, dass sie im Betrieb folgendes Verfahren ausführen:
    • – Erstellung von Röntgenprojektionen eines Untersuchungsobjektes mit einem Strahler-Detektor-System aus mehreren Projektionswinkeln, die zur Erzeugung tomosynthetischer Bilddaten aus Dichtewerten des Untersuchungsobjektes geeignet sind,
    • – Rekonstruktion eines Stapels tomosynthetischer Schnittbilddaten, die sich jeweils in einer Ebene durch das Untersuchungsobjekt erstrecken und die Schnitten in unterschiedlichen Höhen, senkrecht zu den Ebenen, entsprechen, aus den Röntgenprojektionen,
    • – Erzeugung eines Übersichtsbildes von Dichtewerten des Untersuchungsobjektes aus den tomosynthetischen Darstellungen,
    • – Auswahl jeweils eines charakteristischen Dichtewertes im Stapel an mindestens einer Ebenenposition (= Bildposition in 2d-Raum der Schnittebene) der tomosynthetischen Schnittbilder,
    • – Bestimmung der Höhe des mindestens einen ausgewählten charakteristischen Dichtewertes,
    • – Darstellung des Übersichtsbildes aus Dichtewerten auf einer Anzeigevorrichtung und gleichzeitige Darstellung der Höhe des mindestens einen charakteristischen Dichtewertes als mit der Höhe korrelierten Farbwert.
  • Zur Begriffsbestimmung ist anzumerken, dass unter der Ebenenposition die x/y-Koordinaten der tomosynthetischen Schnittbilder in der x/y-Ebene zu verstehen sind, die äquivalent zu der x/y-Ebene des Detektors oder des Übersichtsbildes sind. Außerdem wird unter Höhe des Dichtewertes der Wert der z-Koordinate verstanden, an der der Dichtewert im in z-Richtung übereinander gestapelten Bildstapel auftritt. In der einfachsten Form entspricht die Höhe der Nummer der tomosynthetischen Schnittebene eines durchnummerierten Stapels von tomosynthetischen Schnittbildern durch das Untersuchungsobjekt. Die x/y/z-Koordinaten werden dabei als Koordinaten eines orthogonalen Koordinatensystems angesehen.
  • Durch eine derartige gleichzeitige Darstellung eines zweidimensionalen virtuellen Übersichtsbildes von Dichtewerten eines Untersuchungsobjektes auf der Basis der tomosynthetischen Bilddaten kombiniert mit farblich dargestellten Höhenangaben (= z-Positionsangaben) charakteristischer Dichtewerte wird eine besonders übersichtliche und diagnostisch aussagekräftige Ansicht relevanter Dichtewerte aus einer tomosynthetischen Darstellung, insbesondere einer mammographischen Darstellung einer weiblichen Brust, erreicht.
  • Vorteilhaft kann als Übersichtsbild eine, im Bereich virtuell erzeugter Übersichtsdarstellungen grundsätzlich bekannte, MIP-Darstellung (MIP = maximum intension projection) gewählt werden. Hierbei ist es besonders günstig, wenn auch der charakteristische Dichtewert nach dem MIP-Verfahren ausgewählt wird, also wenn die charakteristischen Dichtewerte die maximalen Dichtewerte an der jeweiligen Ebenenposition darstellen.
  • Weiterhin kann es günstig sein, wenn ein Schaltelement vorliegt, welches die Ein- und Ausschaltung der Farbinformationen bezüglich der Höhe der charakteristischen Dichtewerte zur Verfügung stellt. Ein solches Schaltelement kann beispielsweise rein softwaretechnisch, z.B. als anzuklickender Button oder auch als mechanischer Schalter an der Anzeigevorrichtung oder der Bedienkonsole, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Touchscreen realisiert werden.
  • Besonders vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Dichtewerte der Übersichtsdarstellung und die Höhe des mindestens einen charakteristischen Dichtewertes durch eine Kodierung in einem ausgewählten Farbraum dargestellt werden. Insbesondere können die Dichtewerte und die Höhe in einem Pixel durch Kodierung in Werten eines für die Pixeldarstellung verwendeten Farbraums dargestellt werden, wobei vorzugsweise Farbwerte und Helligkeitswerte für die Darstellung eines Pixels derart verwendet werden, dass der Dichte Helligkeitswerte und der Höhe Farbwerte zugeordnet sind. Als Farbraum kann insbesondere einer der Farbräume HSV-Farbraum, HSB-Farbraum oder HSI-Farbraum verwendet werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tomosynthesesystems kann ausschließlich die Ebenenpositionen mit maximalen Dichtewerten über einem vorgegebenen Schwellwert mit der zusätzlichen Höheninformation dargestellt werden. Im Wesentlichen dient eine solche Ausgestaltung dazu, dass möglichst ausschließlich Mikrokalzifizierungen, die sich durch besonders hohe Dichtewerte auszeichnen explizit bezüglich ihrer Höhenposition eingefärbt werden, während andere weniger interessante Bereiche weiterhin nur mit Grauwerten angezeigt werden. Dies führt zu einer besonders übersichtlichen und auf die Kalzifizierungen fixierten Anzeige im Rahmen der Mammographie. Besonders vorteilhaft ist es dann noch, wenn das System eine Benutzerschnittstelle zur Verfügung stellt, mit der eine Beeinflussung beziehungsweise Eingabe des Schwellwertes ermöglicht wird. Eine solche Schnittstelle kann manuell verstellbares Potentiometer sein, oder auch ein auf der Anzeige dargestellter Schieberegler oder ähnliches. Alternativ gehört hierzu auch die Möglichkeit durch Anklicken von Dichtewerten auf der Anzeige den Schwellwert gemäß dem angeklickten Dichtewert einzustellen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann das Tomosynthesesystem mit einer Benutzerschnittstelle ausgestattet sein, welche es erlaubt, mindestens zwei Ebenenpositionen in der Übersichtsdarstellung gleichzeitig anzuwählen, wobei durch Anwahl von zwei Ebenenpositionen auf der mit charakteristischen Dichtewerten der dreidimensionale Abstand zwischen den räumlichen Positionen der charakteristischen Dichtewerte bestimmt und angezeigt wird.
  • In einer nochmals weiteren Variante der Ausgestaltung des Tomosynthesesystems kann vorgesehen werden, dass auf der Übersichtsdarstellung ein Bereich von angezeigten Dichtewerten auswählbar ist, die in diesem Bereich vorliegenden Dichtewerte identifiziert werden, und in drei Dimensionen Begrenzungsflächen bestimmt werden, die die Positionen der identifizierten Dichtewerte einschließen. Werden solche Begrenzungsflächen in der Übersichtsdarstellung angezeigt, so lassen sich leicht Häufungen von Kalzifizierungen erkennen, die diagnostisch auf mögliche kanzerogene Entwicklungen hinweisen können.
  • Vorteilhaft können dabei die Begrenzungsflächen für die Darstellung eines die identifizierten Dichtewerte enthaltenden Bereichs bei der Anzeige von mittels Auswahl entlang einer die rekonstruierten Dichtewerte durchlaufenden Geraden ermittelten Dichtewerten und/oder rekonstruierten Dichtewerten verwendet werden.
  • Grundsätzlich wird darauf hingewiesen, dass zum Rahmen der Erfindung auch das hier beschriebene Verfahren zur Verarbeitung von Bilddaten und deren Darstellung zählt, wobei ebenso ein Datenträger mit einem darauf geschriebenen Computerprogramm zur Erfindung zählt, welches im Betrieb die Schritte dieses Verfahrens ausführt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren im Rahmen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: Objekttisch mit Detektor; 2: Kompressionsplatte; 3: Halterung; 5: Auswerterechner; 6: Strahler; 7: Speichereinheit; 8: Monitor; 9 Mammographiegerät; 10: Untersuchungsobjekt / weibliche Brust; 31–34, 51–54, 71–75: Verfahrensschritte; 101–120: Fokuspositionen; A, B, C: Kalzifizierung / Makrokalzifizierung; halt: Gesamthöhe des Untersuchungsobjektes in z-Richtung; R101–R120: Röntgenstrahlenbündel von den Fokuspositionen 101–120, ROI: Region of Interest.
  • Es zeigen:
  • 1: eine Frontalansicht eines Mammographiegerätes,
  • 2: eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Tomosyntheseaufnahme,
  • 3: ein Ablaufdiagramm für ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 4: ein gem. dem ersten Ausführungsbeispiel erhaltenes Bild,
  • 5: ein Ablaufdiagramm für ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 6: die Einblendung von zusätzlichen Abstandsinformationen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 7: ein weiteres Ablaufdiagramm für eine Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 1 zeigt eine Frontalansicht eines Mammographiegerätes 9. An einer Halterung 3 sind ein, üblicherweise den Detektor enthaltender, Objekttisch 1 und eine Kompressionsplatte 2 angeordnet, mittels derer eine zu untersuchende Brust 10 (siehe 2) zusammengepresst wird. Für Tomosyntheseaufnahmen wird der Strahler 6 um eine zu der Zeichenebene orthogonale Rotationsachse drehbar ausgeführt. Aufgenommene Projektionen können einem Auswertungsrechner 5 zugeführt werden. Dieser Auswertungsrechner 5 dient z.B. zur Bildrekonstruktion und zur Ausführung der Erfindung. Er ist dazu normalerweise mit einer Anzeigeeinheit bzw. einem Monitor 8 zur Anzeige von errechneten Bildern verbunden und besitzt auch eine Speichereinheit 7, in der auch erfindungsgemäße Computerprogramme, Parameter und Filter, also Hilfsgrößen für die Berechnung und ähnliche Größen, gespeichert sein können, die im Betrieb ausgeführt beziehungsweise verwendet werden.
  • Die generelle Situation bei Tomosyntheseaufnahmen ist in 2 dargestellt. Die Kompressionsplatte 2 ist wegen der Aufnahmen aus verschiedenen Winkelpositionen (typischerweise minus 25° bis plus 25°) breiter als für herkömmliche Aufnahmen ausgestaltet. Die Röntgenquelle beziehungsweise der Strahler (Bezugszeichen 6 in 1) durchläuft während einer Tomosyntheseaufnahme eines Objekts, hier einer Brust 10, eine Trajektorie. Es sind Positionen 101, 102, 103 ... auf der Trajektorie markiert, für die jeweils eine Röntgenaufnahme gemacht wird. Diese Positionen geben z.B. den Ort des Fokus der Röntgenquelle bei diesen Aufnahmen wieder. Für drei Positionen 101, 110 und 120 ist der sich aufweitende Röntgenstrahl eingezeichnet. Die Form des Röntgenstrahls ist in den meisten Fällen ein Fächer oder ein Kegel.
  • Aus den aufgenommenen Projektionen wird ein Volumendatensatz rekonstruiert. Dieser Volumendatensatz wird im Folgenden auch als DBT Volumen (DBT: digital breast tomosynthesis) bezeichnet. Übliche Rekonstruktionsverfahren sind die gefilterte Rückprojektion (FBP: Filtered Back Projection) z.B. mittels des Feldkamp-Algorithmus und iterative Verfahren. Der Volumendatensatz liegt üblicherweise in Form von Voxeln, die Raumpunkten zugeordnet sind, vor, die Dichtewerte darstellen, die meist als Grauwerte wiedergegeben werden. Für die Analyse erfolgt zumindest eine Abbildung dieser Dichtewert im Raum auf in zwei Dimensionen definierten Werte (häufig als Pixel bezeichnet), die zur Anzeige auf einem Monitor verwendet werden. Dabei wird typischerweise von Sehstrahlen ausgegangen. Aus den Werten des Volumendatensatzes entlang eines Sehstrahls wird ein Pixel zur Anzeige auf einem Monitor ermittelt.
  • Die Erfindung geht davon aus, dass entlang der, den rekonstruierten Volumendatensatz durchdringenden, Sehstrahlen ein Dichtewert ausgewählt wird. Dabei kann es sich um das Dichtemaximum entlang des Strahles handeln (Maximumintensitätsprojektion bzw. MIP-Verfahren). Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, es können auch andere Kriterien für die Auswahl des Dichtewertes gewählt werden. Es ist ausreichend, wenn einem ermittelten Dichtewert eine Position zugeordnet werden kann. Die ermittelten Dichtewerte fließen direkt oder in bearbeiteter Form in Pixel einer virtuellen Übersichtsdarstellung, also eines synthetischen Mammogramms, ein, welche auf einer Anzeige beziehungsweise einem Monitor anzeigt werden kann. Der Einfachheit halber wird im Folgenden die Erfindung für Maximumsintensitätsprojektionen (d.h. im Rahmen des MIP-Verfahrens) beschrieben.
  • Es werden zur besseren Darstellung die Variablen MIP-I(u,v) und MIP-D(u,v) eingeführt. Diese Variablen werden mittels des rekonstruierten DTB Volumens erzeugt und sind wie folgt definiert.
  • MIP-I(u,v):R2 → R1 (I = Intensität): Der Algorithmus durchläuft einen Strahl von dem Fokus der für die Aufnahme verwendeten Röntgenröhre bis zur Projektionsebene des synthetischen Mammogramms durch das rekonstruierte Tomosynthesevolumen. Das dabei aufgefundene Voxel mit der maximalen Dichte bzw. Intensität wird als Pixelwert mit den Koordinaten – hier u,v, teilweise auch mit x,y benannt – verwendet, wobei die Koordinaten am Schnittpunkt des Strahles mit der Projektionsebene genommen sind.
  • MIP-D(u,v):R2 → R1 (D = Distanz): Die Entfernung von dem Fokuspunkt zu der Position des Maximums entlang des Strahles wird MIP-D bezeichnet. Der Wert für MIP-D wird mit der Detektorkoordinate (u,v) gespeichert, die der Position entspricht, an welcher der Strahl den Detektor schneidet.
  • Eine zentrale Idee dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist es, MIP-I und MIP-D zu fusionieren, um ein Bild zu generieren, welches sowohl die maximale Intensität/Dichte als auch eine Vorstellung von der relativen Entfernung von Objekten, insbesondere von Kalzifizierungen, liefert. Dieses Konzept ist schematisch in 3 dargestellt. Im Zuge eines ersten Schrittes 31 wird der maximale Dichte-Wert entlang eines Seestrahles durch das rekonstruierte Volumen bestimmt. Zusätzlich wird in einem zweiten Schritt 32 auch die Tiefe des maximalen Dichte-Wertes ermittelt. Es erfolgt eine Kodierung des maximalen Dichte-Wertes als Helligkeitswert und der Tiefe als Farbwert (Schritt 33). Schließlich wird in einem Schritt 34 das Ergebnis als Pixel eines synthetischen Bildes angezeigt, wobei der Helligkeitswert des Pixels den maximalen Dichtewert und der Farbwert des Pixels die Tiefe kodieren.
  • Für die Kodierung kann z.B. ein HSV-Farbraum verwendet werden. Beim HSV-Farbraum werden mit Hilfe des Farbwertes (engl. hue) der Farbsättigung (saturation) und des Helligkeitswerts bzw. Hellwerts oder Dunkelstufe (value) die Raumpunkte definiert. Statt eines HSV-Farbraums könnte auch ein HSL-Farbraum, ein HSB-Farbraum und ein HSI-Farbraum verwendet werden. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels wird die Farbinformation verwendet, um die Tiefeninformation zu kodieren. Idealerweise wird der Farbbereich beschränkt, um nicht den Radiologen durch ein zu buntes Erscheinungsbild zu sehr abzulenken.
  • Es ist möglich, dass ein selektives An- und Abschalten der Farbinformation, eventuell bereichsabhängig, vorgesehen ist.
  • Die Fusionierung der beiden Informationen MIP-I und MIP-D, üblicherweise auf einen Wertebereich von 0 bis 1 normiert, in ein Bild kann wie folgt durchgeführt werden.
    • 1. In dem HSV-Farbraum wird der „V“-Kanal mit MIP-I belegt. D.h., dass der maximale Dichtewert (MIP-I) durch die Helligkeit des Bildes dargestellt wird.
    • 2. In dem HSV-Farbraum wird der „H“-Kanal auf Werte gesetzt, die durch eine von der Variable MIP-D abhängige Funktion definiert sind. Ein mögliches Beispiel für diese Funktion ist H(MIP-D(u,v)) = (MIP-D(u,v))0,5. Andere (lineare und nicht lineare) Funktionen sind natürlich denkbar. Auf diese Weise wird die Position des Maximums (MIP-P) durch die Farbe des Bildes kodiert.
    • 3. Im HSV-Farbraum kann der „S“-Kanal auf einen konstanten Wert (z.B. 0,5) gesetzt werden. Dabei ist zu bemerken, dass es auch möglich wäre, MIP-I und/oder MIP-D zu verwenden, um den „S“-Wert, d.h. die Saturation des Bildes festzulegen.
  • 4 zeigt ein Beispiel eines synthetischen Mammogrammsmit farbenkodierter Tiefeninformation. Dort ist die Makrokalzifizierung A in einer vergleichbaren Tiefe wie die kleineren Kalzifizierungen B. Dagegen ist die Makrokalzifizierung C in einer etwas unterschiedlichen Tiefe als die kleineren Kalzifizierungen B.
  • Im Folgenden wird ein möglicher Workflow vorgestellt, den der Radiologe in der Praxis durchführen kann. Die farbkodierte Tiefeninformation liefert zusätzliche Informationen für den Radiologen. Dieser Workflow könnte wie folgt gestaltet sein:
    • 1. Der Radiologe schaut die Grauwerte des synthetischen Mammogramms zuerst an.
    • 2. Durch Aktivierung mittels einer Bedienschnittstelle wird das farbkodierte synthetische Mammogramm dargestellt. Der Radiologe kann somit besser die räumliche Verteilung der Kalzifizierungen und ähnlicher Strukturen bestimmen.
    • 3. Der Radiologe analysiert die rekonstruierten Tomosyntheseschnitte. Das vorher erworbene Wissen durch die Betrachtung des synthetischen Mammogramms und der farbkodierten Tiefeninformation helfen ihm, sich auf interessierte Strukturen zu fokussieren.
  • Es ist zu bemerken, dass das farbkodierte synthetische Mammogramm zu einem aus Grauwerten bestehenden Mammogramm konvertiert kann, indem die „H“- und „S“-Kanäle auf 0 gesetzt werden. So könnten beispielsweise, um Speicherplatz zu sparen, nur die farbkodierten synthetischen Mammogramme gespeichert werden.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass Farbmonitore, die mit Mammographiebildern verwendet werden können, kommerziell vertrieben werden. Beispielsweise der EizoRadiForce RX840-MG Monitor ist ein Farbmonitor, der FDA510(k) Zulassung für Mammographie besitzt.
  • Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel vorgestellt. Die prinzipielle Vorgehensweise einer ersten Variante ist in 5 gezeigt. Dort erfolgt in einem Schritt 51 die Berechnung eines synthetischen Röntgenbildes mittels Bestimmung jeweils eines Dichtewertes entlang eines Sehstrahls und Darstellung der Dichtewerte als Pixel eines Bildes auf einer Anzeige. In einem nächsten Schritt 52 erfolgt die Auswahl bzw. Anwahl von zwei Punkten des synthetischen Röntgenbildes. Daraufhin wird in Schritt 53 eine Berechnung der Positionen von den beiden Punkten entsprechenden Dichtewerten und eine Berechnung deren Abstand durchgeführt. Schließlich wird im letzten Schritt 54 eine Ausgabe bzw. Anzeige des berechneten Abstandes vorgenommen.
  • Für eine genauere Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels werden die Variablen MIP-I(u,v) und MIP-W(u,v) eingeführt. Dabei ist die Variable MIP-I(u,v) wie in dem ersten Ausführungsbeipiel definiert. Die Variable MIP-W(u,v) ist wie folgt definiert.
  • MIP-W(u,v):R2 → R3 (W = Welt): Diese Variable kodiert die Position des Maximums entlang dem Strahl in einem Weltkoordinatensystem bzw. einem raumfesten Koordinatensystem. Der Ursprung des Koordinatensystems kann z.B. im Zentrum des Detektors liegen. Da MIP-W sich auf drei Dimensionen beziehende Einträge hat, kann ein euklidischer Abstand berechnet werden.
  • Mit diesen generierten Variablen MIP-I und MIP-W wird ein Workflow vorgeschlagen, der eine Berechnung des tatsächlichen dreidimensionalen Abstands erlaubt.
  • Das Dichte- bzw. Intensitätsbild MIP-I (möglicherweise ergänzt durch weitere Bildbearbeitung oder durch Verbindung mit anderen Bildinhalten, wie z.B. DRRs etc.) wird für den Radiologen auf einer Anzeige dargestellt.
  • Es sind nun zwei unterschiedliche Szenarien denkbar:
    • 1. Um eine Abstandsbestimmung zwischen zwei Punkten auf dem dargestellt Bild zu bestimmen, wird wie folgt vorgegangen: – Es wird auf zwei Punkte im Bild geklickt, beispielsweise auf zwei herausstehende Kalzifizierungen gemäß MIP-I. – Falls es eine starke Variation der Tiefenkoordinaten in der Nachbarschaft der Stelle gibt, die der Benutzer anklickt, ist es besonders wichtig, wo der Messpunkt gesetzt wird. In diesem Fall z.B. könnte der Punkt mit der höchsten Intensität (CALC in 6) in der Nachbarschaft ausgewählt werden. – Die euklidische Entfernung zwischen zwei ausgewählten Punkten wird mittels der MIP-W-Koordinaten berechnet und der tatsächliche dreidimensionale Abstand auf dem Bildschirm angezeigt. Zur besseren Nachvollziehbarkeit kann der Abstand in einen Abstand innerhalb der Ebene und einen Tiefenabstand aufgespalten und in dieser Form angezeigt werden.
  • Dies ist in 6 nochmal genauer dargestellt. Im Bild links betrachtet der Nutzer das synthetische Mammogramm. Ein Bild weiter wählt der Nutzer zwei Punkte zur Distanzbestimmung. In Schritt 3 wird ein Algorithmus für den Zugriff auf die dreidimensionalen Weltkoordinaten basierend auf MIP-W(u,v) bei den zwei Punkten herangezogen. Und in Schritt 4 erfolgen die dreidimensionale Distanzbestimmung und deren Anzeige auf dem Display. Vorliegend sind auch die zweidimensionale Entfernung innerhalb der Ebene und die (senkrecht zur Ebene bestimmte) Tiefe angegeben.
  • Eine zweite Variante der zweiten Ausführungsform betrifft die Vermessung eines Kalzifizierungsclusters, d.h. einer Ansammlung von Kalzifizierungen (7).
  • Es wird von Hand eine ROI (Region of Interest) um einen Kalzifizierungscluster in den dargestellten MIP/MIP/I gezogen (Schritt 72 in 7).
  • Ein Algorithmus identifiziert die Kalzifizierungen in dem zu definierten Bereich, d.h. die Punkte mit der höchsten Intensität bezüglich der MIP-I-Variable (Schritt 73).
  • Der Algorithmus sammelt dann alle dreidimensionalen Weltkoordinateninformationen für alle detektierten Kalzifizierungen in dem Cluster und generiert eine flexible dreidimensionale begrenzende Box, welche die dreidimensionale Punktwolke beinhaltet (Schritt 74).
  • Statistische Informationen (Größe, Form) der Kalzifizierungen innerhalb dieser Box werden berechnet und auf dem Schirm an- gezeigt (Schritt 75).
  • Da die Messpunkte und die beschränkende Box in Weltkoordinaten sind, können leicht zusätzlich die rekonstruierten Tomosyntheseschnitte eingeblendet werden, um so eine bessere Vergleichbarkeit zu gewährleisten.
  • Insgesamt wird also mit der Erfindung ein bildgebendes Tomosynthesesystem, insbesondere ein Mammographiesystem, vorgeschlagen, welches mit einem Computersystem ausgestattet ist, welches Röntgenprojektionen eines Untersuchungsobjektes aus mehreren Projektionswinkeln erstellt, einen Stapel tomosynthetischer Schnittbilder rekonstruiert, aus diesen mindestens ein Übersichtsbild von Dichtewerten eines Untersuchungsobjektes erzeugt, charakteristische Dichtewerte im Stapel an mindestens einer Ebenenposition auswählt, die geometrische Höhe, vorzugsweise senkrecht zur Schnittbildebene, des mindestens einen ausgewählten charakteristischen Dichtewertes bestimmt und das Übersichtsbild mit einem, zur geometrischen Höhe des mindestens einen charakteristischen Dichtewertes korrelierenden, Farbwert darstellt, indem die pixelweise kombinierten Dichte- und Höhenwerte an den Eingang einer Anzeigeeinheit ausgegeben werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele 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. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die nachfolgend angegebenen Merkmalskombinationen, sondern es können auch für den Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombination aus den offenbarten Merkmalen gebildet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2013/0064440 A1 [0007]

Claims (14)

  1. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9), insbesondere Mammographiesystem, aufweisend: – ein Strahler-Detektor-System (1, 6) zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes (10) aus mehreren Projektionswinkeln, die zur Erzeugung tomosynthetischer Bilddaten des Untersuchungsobjektes geeignet sind, – ein Computersystem mit zumindest einer Anzeigeeinheit (8) und einem Speicher zur Abspeicherung von Programmen, die derart gestaltet sind, dass sie im Betrieb folgendes Verfahren ausführen: – Erstellung von Röntgenprojektionen eines Untersuchungsobjektes (10) mit dem Strahler-Detektor-System (1, 6) aus mehreren Projektionswinkeln, die zur Erzeugung tomosynthetischer Bilddaten aus Dichtewerten des Untersuchungsobjektes geeignet sind, – Rekonstruktion eines Stapels tomosynthetischer Schnittbilddaten, die sich jeweils in einer Ebene durch das Untersuchungsobjekt erstrecken und die Schnitten in unterschiedlichen Höhen, senkrecht zu den Ebenen, entsprechen, aus den Röntgenprojektionen, – Erzeugung eines Übersichtsbildes von Dichtewerten des Untersuchungsobjektes aus den tomosynthetischen Darstellungen, – Auswahl jeweils eines charakteristischen Dichtewertes im Stapel an mindestens einer Ebenenposition der tomosynthetischen Schnittbilder, – Bestimmung der Höhe des mindestens einen ausgewählten charakteristischen Dichtewertes, – Darstellung des Übersichtsbildes aus Dichtewerten auf einer Anzeigevorrichtung (8) und gleichzeitige Darstellung der Höhe des mindestens einen charakteristischen Dichtewertes als mit der Höhe korrelierten Farbwert.
  2. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersichtsbild eine MIP-Darstellung (MIP = maximum intension projection) ist.
  3. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Dichtewerte die maximalen Dichtewerte an der jeweiligen Ebenenposition sind.
  4. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement vorliegt, welches die Ein- und Ausschaltung der Farbinformationen bezüglich der Höhe der charakteristischen Dichtewerte zur Verfügung stellt.
  5. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtewerte und die Höhe des mindestens einen charakteristischen Dichtewertes als Kodierung in einem Farbraum dargestellt werden.
  6. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtewerte und die Höhe in einem Pixel durch Kodierung in Werten eines für die Pixeldarstellung verwendeten Farbraums dargestellt werden.
  7. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbraum Farbwerte und Helligkeitswerte für die Darstellung eines Pixels vorsieht, wobei der Dichte Helligkeitswerte und der Höhe Farbwerte zugeordnet sind.
  8. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Farbraum einer der nachfolgenden Farbräume verwendet wird: HSV-Farbraum, HSB-Farbraum, HSI-Farbraum.
  9. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Ebenenpositionen mit maximalen Dichtewerten über einem vorgegebenen Schwellwert mit der zusätzlichen Höheninformation dargestellt werden.
  10. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Benutzerschnittstelle zur Eingabe des Schwellwertes vorliegt.
  11. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Benutzerschnittstelle zur Auswahl mindestens zweier Ebenenpositionen in der Übersichtsdarstellung vorliegt.
  12. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anwahl von zwei Ebenenpositionen mit charakteristischen Dichtewerten der dreidimensionale Abstand zwischen den räumlichen Positionen der charakteristischen Dichtewerte bestimmt und angezeigt wird.
  13. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass – auf der Übersichtsdarstellung ein Bereich von angezeigten Dichtewerten auswählbar ist, – die in diesem Bereich vorliegenden Dichtewerte identifiziert werden, – in drei Dimensionen Begrenzungsflächen bestimmt werden, die die Positionen der identifizierten Dichtewerte einschließen.
  14. Bildgebendes Tomosynthesesystem (9) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflächen für die Darstellung eines die identifizierten Dichtewerte enthaltenden Bereichs bei der Anzeige von mittels Auswahl entlang einer die rekonstruierten Dichtewerte durchlaufenden Geraden ermittelten Dichtewerten und/oder rekonstruierten Dichtewerten verwendet werden.
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