DE102015223074A1

DE102015223074A1 - Selbstjustierendes Röntgenbildgebungsverfahren für die stereotaktische Biopsie

Info

Publication number: DE102015223074A1
Application number: DE102015223074.0A
Authority: DE
Inventors: Tom Weidner
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2017-05-24
Also published as: US20170143287A1

Abstract

Es wird ein Verfahren (500) zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe (4) mit Hilfe eines Röntgenprojektionsgeräts (1, 3, 5, 6) beschrieben. Bei dem Verfahren wird eine Röntgenquelle des Röntgenprojektionsgeräts an eine Startposition (a) bewegt. Danach wird eine Röntgenprojektionsaufnahme bei der Startposition (a) gestartet und die Röntgenprojektionsaufnahme wird durchgeführt, während sich die Röntgenquelle (1) zu einer Zielposition (b) bewegt. Während der Röntgenprojektionsaufnahme wird die Position des Röntgenfokus (f) derart nachgeführt, dass eine Positionsänderung des Röntgenfokus (f) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird. Schließlich wird die Röntgenprojektionsaufnahme bei Erreichen der Zielposition (b) der Röntgenquelle (1) beendet. Es wird ferner ein Verfahren zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe erläutert. Außerdem wird ein automatisiertes Verfahren zur Biopsieplanung beschrieben. Es wird außerdem eine Röntgenquellen-Steuereinrichtung (40) beschrieben. Überdies wird ein automatisiertes stereotaktisches Biopsiegerät (10) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe. Ferner betrifft die Erfindung auch ein automatisiertes Verfahren zur Biopsieplanung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Röntgenquellen-Steuereinrichtung. Überdies betrifft die Erfindung ein stereotaktisches Biopsiegerät.
Für die Früherkennung von Mammakarzinomen spielt die Mammographie nach wie vor eine wichtige Rolle. Bei der klassischen Mammographie wird von der weiblichen Brust eine Röntgenaufnahme erstellt. Die dabei eingesetzte Röntgenstrahlung ist eine weiche Strahlung mit einer Energie von etwa 25 bis 35 keV. Zur Detektion der Röntgenstrahlung werden direkte digitale Detektoren und indirekte digitale Detektoren verwendet, um die emittierte Röntgenstrahlung zu erfassen. Direkte digitale Detektoren wandeln die Röntgenstrahlung direkt in ein elektrisches Signal um. Indirekte digitale Detektoren dagegen wandeln die Röntgenstrahlung erst in sichtbares Licht, das anschließend in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Röntgenaufnahmen werden auf einer speziellen Mammographie-Befundstation betrachtet, welche ein oder zwei Graustufenmonitore umfasst, mit denen die Röntgenbilder bildlich dargestellt werden.
Um eine Befundabklärung vornehmen zu können, wird zusätzlich zur Mammographie häufig das Verfahren der Biopsie durchgeführt. Dabei wird mit einer Art Hohlnadel anhand einer Mammographieaufnahme als auffällig eingestuftes Gewebe der untersuchten Brust entnommen. Da dieser Vorgang für die Patientinnen recht unangenehm ist, ist es wünschenswert, die Untersuchungsdauer möglichst kurz zu gestalten.
Zur Vorbereitung einer automatisierten stereotaktischen Biopsie wird zunächst eine sogenannte Scout-Bildaufnahme durchgeführt, um einen Bereich des Brustgewebes festzulegen, in dem sich das zu entnehmende Gewebe befindet. Anschließend werden zwei Röntgenprojektionsaufnahmen des festgelegten Bereichs aus verschiedenen Richtungen, beispielsweise aus +-15°, relativ zur Normalen auf die Detektorebene durchgeführt. Anhand der Aufnahmen wird die Position des zu entnehmenden Gewebes ermittelt. Eine Aufnahme mit zwei Projektionsaufnahmen aus verschiedenen Richtungen ist notwendig, um die z-Position des zu entnehmenden Gewebes zu ermitteln. Als z-Position ist die Koordinate in Richtung der z-Achse eines Koordinatensystems zu verstehen, dessen z-Achse in Richtung der Normalen zur Detektorfläche verläuft. Nachdem die Position des zu entnehmenden Gewebes ermittelt wurde, wird anhand dieser Information die korrekte Nadelposition in der x-y-Ebene, d. h. in der Ebene parallel zur Detektionsfläche, festgelegt und die Nadel an diese Position verschoben. Danach dringt die Nadel in das Brustgewebe ein und wird bis kurz vor die z-Position des zu entnehmenden Brustgewebes geführt. Mit eingeführter Nadel werden nun Kontrollbilder wiederum in Stereoprojektion, d. h. aus verschiedenen Richtungen aufgenommen, um zu ermitteln, ob die Nadelposition korrekt ist oder eine Korrektur notwendig ist. Anschließend wird die Biopsie durchgeführt, d. h. es wird die Nadel zu der exakten z-Position des zu entnehmenden Gewebes geführt und das zu entnehmende Gewebe aus dem Brustbereich extrahiert. Nach der Entnahme werden erneut Kontrollbilder aufgenommen, um zu ermitteln, ob auch das gesamte Zielgewebe aus der Brust entnommen wurde. Anschließend wird die Hohlnadel wieder aus der zu untersuchenden Brust entfernt und das entnommene Gewebe kann nun zu diagnostischen Zwecken verwendet werden.
Insgesamt werden also dreimal Stereoprojektionsbilder von dem zu untersuchenden Gewebebereich erstellt. Wie bereits erwähnt, muss dafür die Röntgenquelle zwischen zwei verschiedenen Positionen verschoben werden. Erst wenn sich die Röntgenquelle an der neuen Position befindet, kann die zweite Röntgenbildaufnahme gestartet werden. Wie bereits erwähnt, ist diese Vorgehensweise sehr zeitaufwändig.
Es besteht also das Problem, ein schnelleres Verfahren zur Gewinnung von Stereoprojektionsdaten mit ausreichender Präzision zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe gemäß Patentanspruch 5, ein automatisiertes Verfahren zur Biopsieplanung gemäß Anspruch 8, eine Röntgenquellen-Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 10 und ein stereotaktisches Biopsiegerät gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe mit Hilfe eines Röntgenprojektionsgeräts wird vorzugsweise eine Position eines Bildaufnahmebereichs in einer zu untersuchenden Brust auf Basis von Scout-Bilddaten ermittelt. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei einer Scout-Bildaufnahme um eine einfache zweidimensionale Orientierungsaufnahme mit niedriger Auflösung. Ein interessierender Bildaufnahmebereich kann zum Beispiel eine Läsion oder eine andere auffällige Gewebestruktur enthalten, die in einem später folgenden Diagnoseverfahren analysiert werden soll.
Anschließend wird vorzugsweise eine Startposition eines Röntgenfokus auf Basis der ermittelten Position des Bildaufnahmebereichs ermittelt. Als Röntgenfokus ist der Fokus des Elektronenstrahls der Röntgenröhre einer Röntgenquelle zu verstehen. Dieser entspricht auch dem Mittelpunkt eines von der Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahls. Eine Röntgenröhre umfasst üblicherweise ein Elektrodensystem mit einer Kathode und einer Anode. Von der Kathode werden Elektronen zu der Anode hin beschleunigt und lösen beim Auftreffen auf die Anode Röntgenstrahlung aus, welche zur Abbildung eines zu untersuchenden Objekts genutzt werden kann.
Bei Biopsieeinheiten ist der Bildaufnahmebereich üblicherweise durch die Positionierung und den Arbeitsbereich der Biopsieeinheit gegeben, so dass die Ermittlung der Position des Bildaufnahmebereichs und der Startposition des Röntgenfokus bei der Anwendung des Verfahrens im Zusammenhang mit solchen Biopsieeinheiten auch entfallen kann.
Daraufhin erfolgt ein Verfahren einer Röntgenquelle des Röntgenprojektionsgeräts an eine Startposition. Dabei wird die Röntgenquelle an eine Position versetzt, von welcher aus eine Röntgenprojektionsaufnahme gestartet werden soll. Danach wird eine Röntgenprojektionsaufnahme bei der Startposition gestartet und die Röntgenprojektionsaufnahme wird durchgeführt, während sich die Röntgenquelle zu einer Zielposition bewegt. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Röntgenprojektionsaufnahme wird die Aufnahme bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also bereits während einer Bewegung der Röntgenquelle durchgeführt. Somit kann die Röntgenprojektionsaufnahme bereits gestartet werden, wenn die Röntgenquelle ihre eigentliche Zielposition noch nicht ganz erreicht hat. Auf diese Weise wird zumindest ein Teil der Aufnahmezeit eingespart.
Während der Röntgenprojektionsaufnahme wird die Position des Röntgenfokus der Röntgenquelle derart nachgeführt, dass eine Positionsänderung des Röntgenfokus zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird. Indem die Bewegung der Röntgenquelle zumindest teilweise kompensiert wird, wird eine Verbesserung der Bildqualität der Röntgenprojektionen erreicht. Da es mithin zu einer Reduktion der Bewegung des Röntgenstrahls auf der Detektorfläche kommt, welche einen Abbildungsfehler hervorruft, kann die Bildqualität bei gleichzeitig verkürzter Aufnahmezeit verbessert werden. Schließlich wird die Röntgenprojektionsaufnahme bei Erreichen der Zielposition der Röntgenquelle beendet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe wird das erfindungsgemäße Verfahren zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe von einer ersten Startposition bis zu einer ersten Zielposition durchgeführt. Anschließend wird das Verfahren zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe von einer zweiten Startposition bis zu einer zweiten Zielposition ausgeführt. Schließlich wird die Position des zu untersuchenden Gewebes auf Basis der beiden erfassten Röntgenprojektionen ermittelt. Es werden also zwei Röntgenprojektionsaufnahmen von unterschiedlichen Positionen aus benötigt, um die dreidimensionale Position eines zu untersuchenden Gewebebereichs ermitteln zu können. Aufgrund der Kompensation der Bewegung der Röntgenquelle durch eine Ablenkung bzw. Nachführung des Röntgenfokus ist es möglich, die beiden Röntgenprojektionsaufnahmen, während die Röntgenquelle in Bewegung ist, aufzunehmen.
Bei dem erfindungsgemäßen automatisierten Verfahren zur Biopsieplanung wird zunächst eine Scout-Bildaufnahme durchgeführt, um einen Bereich des Brustgewebes festzulegen, in dem sich Biopsiegewebe befindet. Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe ausgeführt, um vorab Informationen für eine Position einer Biopsienadel zu gewinnen. Auf Basis der bei dem Verfahren zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe erfassten Röntgenprojektionsdaten wird dann die exakte Position des Biopsiegewebes ermittelt. Weiterhin wird nun eine Position einer Biopsienadel in dem Brustgewebe auf Basis der ermittelten Position des Biopsiegewebes festgelegt.
Außerdem erfolgt im Rahmen dieses Verfahrens vorzugsweise auch eine Positionskontrolle der Biopsienadel, nachdem die Biopsienadel in das Brustgewebe eingeführt wurde, unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe. Die beschriebenen Schritte erfolgen vorzugsweise automatisiert, so dass ein Eingreifen des Bedienpersonals nicht notwendig ist und die Qualität der Biopsie unabhängig von dem persönlichen Geschick des Bedienpersonals ist.
Die erfindungsgemäße Röntgenquellen-Steuereinrichtung weist eine Bildinformationsauswertungseinheit, eine Gewebepositionsermittlungseinheit und eine Recheneinheit auf. Mit Hilfe der Bildinformationsauswertungseinheit wird eine Bildinformation eines Scout-Bilds dahingehend ausgewertet, dass Bereiche identifiziert werden, welche näher zu untersuchendes Gewebe enthalten. Die Gewebepositionsermittlungseinheit ist dazu eingerichtet, die Position der identifizierten Bereiche auf Basis der vorhandenen Bildinformation abzuschätzen. Wie bereits erwähnt, lässt sich diese Abschätzung jedoch nur unvollkommen ausführen, da anhand des Scout-Bilds keine dreidimensionale Position des interessierenden Gewebebereichs ermittelbar ist. Die Recheneinheit dient der Ermittlung einer Position eines Röntgenfokus einer Röntgenquelle in Abhängigkeit von einer Startposition der Röntgenquelle, der grob abgeschätzten Position des zu untersuchenden Gewebes und des Aufnahmezeitpunkts nach Beginn der Röntgenprojektionsaufnahme.
Das erfindungsgemäße automatisierte stereotaktische Biopsiegerät weist eine Biopsievorrichtung mit einer steuerbaren Biopsienadel, vorzugsweise einer Hohlnadel, eine Röntgenprojektionseinrichtung zur Aufnahme von zweidimensionalen Röntgenprojektionen aus mehreren Richtungen, die erfindungsgemäße Röntgenquellen-Steuereinrichtung und eine Biopsiepositionsermittlungseinheit auf. Die Biopsiepositionsermittlungseinheit ist dazu eingerichtet, auf Basis der von der Röntgenprojektionseinrichtung erfassten Röntgenprojektionen eine dreidimensionale Position des im Rahmen einer Biopsie zu entnehmenden Gewebes zu ermitteln. Weiterhin weist das erfindungsgemäße automatisierte stereotaktische Biopsiegerät eine Ansteuereinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis der ermittelten Gewebeposition eine Biopsie automatisiert durchzuführen. Beispielsweise wird mit Hilfe der Ansteuereinrichtung eine Biopsienadel gesteuert, um eine Gewebeprobe an der ermittelten Biopsie-Position zu entnehmen.
Die wesentlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Biopsiegeräts können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere Teile der Röntgenquellensteuereinrichtung, wie zum Beispiel die Bildinformationsauswertungseinheit und die Recheneinheit, sowie die Biopsiepositionsermittlungseinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete stereotaktische Biopsiegeräte auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines erfindungsgemäßen Biopsiegeräts ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm von der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel die erfindungsgemäße Röntgenquellen-Steuereinrichtung umfassen. Sie kann zusätzlich auch weitere Steuereinheiten zur Durchführung der Planung einer Biopsie umfassen.
Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport zur Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung des Biopsiegeräts, beispielsweise der Röntgenquellensteuereinrichtung, und/oder zur Speicherung an der Steuereinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z. B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe mit Hilfe eines Röntgenprojektionsgeräts wird die Nachführung der Position des Röntgenfokus durch eine Steuerung der Ablenkung des Elektronenstrahls der Röntgenquelle realisiert. Der Elektronenstrahl kann zum Beispiel mit Hilfe von Elektromagneten, welche um eine Trajektorie des Elektronenstrahls herum angeordnet sind, in seinem Verlauf beeinflusst werden. Eine Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt vorzugsweise entgegen einer Bewegungsrichtung der Röntgenquelle, so dass sich die Position des Röntgenfokus nicht verändert oder zumindest weniger variiert als ohne Ablenkung des Elektronenstrahls. Auf diese Weise wird eine verbesserte Bildqualität erreicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe mit Hilfe eines Röntgenprojektionsgeräts wird die Ablenkung des Elektronenstrahls in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bewegung der Röntgenquelle und der verstrichenen Röntgenprojektionsaufnahmezeit gesteuert. Aus der Geschwindigkeit, mit der sich die Röntgenquelle bewegt, und der Zeit seit dem Start der Röntgenprojektionsaufnahme lässt sich die aktuelle Position der Röntgenquelle bzw. deren Positionsänderung ermitteln. Dem entspricht eine notwendige Ablenkung des Elektronenstrahls, um die Positionsänderung der Röntgenquelle zu kompensieren. Mit dieser Vorgehensweise lässt sich die Ablenkung des Elektronenstrahls der Röntgenröhre der Röntgenquelle exakt auf deren Bewegung bzw. aktuelle Position im Raum abstimmen.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe mit Hilfe eines Röntgenprojektionsgeräts ein zweidimensionaler Bilddatensatz auf Basis von Projektionsdaten der Röntgenprojektionsaufnahme rekonstruiert. Röntgenprojektionsdaten können zum Beispiel hinsichtlich Rauscheffekten oder Streustrahleffekten korrigiert werden, bevor daraus ein Bilddatensatz erzeugt wird, so dass die Qualität des Bilddatensatzes verbessert ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe weist die erste Startposition eine vorbestimmte Winkelposition relativ zu der Flächennormalen der Detektionsfläche eines für die Projektionsaufnahmen verwendeten Röntgendetektors und die zweite Startposition eine Winkelposition mit demselben Betrag, aber umgekehrtem Vorzeichen auf. Weiterhin weist die erste Zielposition eine vorbestimmte Winkelposition relativ zu der Flächennormalen der Detektionsfläche des für die Projektionsaufnahmen verwendeten Röntgendetektors und die zweite Zielposition eine Winkelposition mit demselben Betrag, aber umgekehrtem Vorzeichen auf. Beispielsweise können sich die jeweilige Startposition und die jeweilige Zielposition um einen Mittelwert herum gruppieren. Besteht zum Beispiel der Wunsch, die beiden Projektionsaufnahmen an den Positionen P und –P zu erzeugen, so können die Startpositionen bei P – ∆P bzw. –P + P und die Zielpositionen bei P+∆P bzw. –P – ∆P liegen. Beispielsweise fährt eine Röntgenquelle von einer Mittenposition 0 zu der Position P – ∆P, beginnt mit der ersten Röntgenprojektionsaufnahme und führt diese fort, bis sie bei der Position P+∆P ist. Anschließend fährt die Röntgenquelle zu der Position –P + ∆P und beginnt mit der zweiten Röntgenprojektionsaufnahme, welche sie bei der Position –P – ∆P beendet. P kann zum Beispiel den Winkelwert 15° aufweisen, ∆P kann zum Beispiel, aber nicht beschränkt darauf, einen Wert von 0,5° oder einen Wert zwischen 0,5° und 1° aufweisen.
Im Rahmen einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe umfasst das zu untersuchende Gewebe Biopsiegewebe.
Nach Durchführung einer Biopsie wird bevorzugt eine Überprüfung des Erfolgs der Biopsie unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe durchgeführt. Dabei wird anhand der erfassten Stereoprojektionen bzw. der daraus rekonstruierten Bilddaten ermittelt, ob das interessierende Gewebe erfolgreich bzw. vollständig aus der Brust entnommen wurde.
In einer besonders praktikablen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Biopsieplanung erfolgt nach Durchführung einer Biopsie eine Überprüfung des Erfolgs der Biopsie unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe. Eine solche Überwachung wird vorzugsweise direkt nach Entnahme einer Biopsieprobe noch bei Vorhandensein der Biopsienadel in der Brust einer Patientin durchgeführt. Wird festgestellt, dass nicht das gesamte zu extrahierende Gewebe entnommen wurde, so kann ohne erneuten Positionierungsprozess bzw. lediglich unter geringen Positionskorrekturen der Biopsienadel das restliche Gewebe entfernt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Anordnung zur Durchführung einer stereotaktischen Biopsie,
2 eine schematische Darstellung der Bewegung eines Röntgenfokus bei einer Röntgenaufnahme mit bewegter Röntgenquelle,
3 eine schematische Darstellung des Verhaltens des Röntgenfokus bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
4 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung einer Röntgenquelle,
5 ein Flussdiagramm, mit dem ein Verfahren zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht wird.
In 1 ist eine Anordnung 10 zur stereotaktischen Biopsie gezeigt. Die Anordnung umfasst eine Röntgenquelle 1, von der aus Röntgenstrahlung 2 in Richtung einer Brust 4 abgestrahlt wird. In 1 ist nur der Mittenstrahl des Röntgenstrahls 2 eingezeichnet. Der Röntgenstrahl 2 kann jedoch einen breiten Bereich des abzubildenden Objekts, d. h. der Brust 4, abdecken. Die Brust 4 liegt auf einem Objekttisch 5 auf und wird von einer Kompressionsplatte 3 gegen den Objekttisch 5 gepresst. Auf diese Weise wird die Dicke der Brust in z-Richtung, d. h. in Richtung der Flächennormalen N des Objekttischs 5 reduziert. Mit der Reduzierung des von der Röntgenstrahlung durchleuchteten Objekts geht eine Verminderung der Streustrahlung einher, was zu einer verbesserten Bildqualität beiträgt. Ein Teil der auf die Brust 4 einfallenden Röntgenstrahlung wird absorbiert. Der Rest der auf die Brust 4 einfallenden Röntgenstrahlung wird transmittiert und von einem Bildsensor bzw. Röntgendetektor 6 erfasst. Die Röntgenquelle 1 ist in ihrer Position variabel. D. h., die Röntgenquelle 1 kann in verschiedenen Winkeln relativ zur Flächennormalen N des Objekttisches 5 positioniert sein. Hierfür ist die Röntgenquelle 1 in der Richtung R verfahrbar. Je nach Position der Röntgenquelle 1 können Röntgenprojektionen der Brust 4 aus verschiedenen Winkeln aufgenommen werden.
Wie bereits erwähnt, werden zur Planung und Überwachung einer automatisierten stereotaktischen Biopsie mehrere Röntgenprojektionsaufnahmen eines festgelegten Bereichs der Brust 4 aus verschiedenen Richtungen, beispielsweise aus +–15°, relativ zur Normalen N auf den Objekttisch 5 oder die Detektorebene durchgeführt. Anhand dieser Aufnahmen wird dann die Position des zu entnehmenden Gewebes ermittelt. Dieser Vorgang ist in der 1 durch die Darstellung der Röntgenquelle 1 an zwei verschiedenen Positionen, einmal rechts von der zentral angeordneten Flächennormalen N und einmal links von der Flächennormalen N, veranschaulicht. Wie in 1 zu erkennen ist, bewegt sich der Fokus f der Röntgenquelle 1 mit der Röntgenquelle 1 mit, wenn diese in Richtung R bewegt wird. Auf Basis von zwei aus verschiedenen Richtungen erfassten Röntgenprojektionen eines zu untersuchenden Bereichs B wird dann die exakte Position des zu entnehmenden Gewebes ermittelt. In 1 ist außerdem eine automatisierte Biopsie-Vorrichtung 7 mit einer Hohlnadel 7a gezeigt, welche auf Basis der Positionsinformation des zu entnehmenden Gewebes exakt an die Position dieses Gewebes gesteuert wird, um dort das Biopsie-Gewebe zu entnehmen. Wie bereits erwähnt, muss die Röntgenquelle 1 für die Aufnahme der beiden Röntgenprojektionen an verschiedene Positionen gefahren werden, was einen gewissen Zeitaufwand mit sich bringt. Da die Röntgenprojektionsaufnahmen mit bereits in das Brustgewebe eingeführter Hohlnadel durchgeführt werden müssen, bedeutet dies, dass die Patientin länger unter der gesamten Prozedur zu leiden hat.
In 2 ist eine schematische Darstellung 20 gezeigt, welche eine Vorgehensweise zur Aufnahme von Röntgenprojektionen veranschaulicht, wobei die Röntgenprojektionen bei dieser Vorgehensweise bereits bei einem Anfahren einer Position der Röntgenquelle 1 gestartet werden. Wenn beispielsweise eine Projektionsaufnahme bei einem Winkel von +15° durchgeführt werden soll, so wird die Projektionsaufnahme bereits bei einem Winkel von 14,5° relativ zur Normalen N gestartet, während sich die Röntgenquelle noch zu der eigentlichen Aufnahmeposition bei +15° hinbewegt. Die Röntgenquelle 1 wird auch etwas über den Winkel von +15° hinaus weiter zu einer Zielposition von 15,5° bewegt, bis die Aufnahme beendet ist und die Röntgenquelle zum Stillstand kommt. Die Bewegung der Röntgenquelle 1 während der Röntgenaufnahme von einer Startposition a zu einer Zielposition b ist rechts in der 2 in einer Teilzeichnung 20a nochmals vergrößert dargestellt. Wie darin zu erkennen ist, bewegt sich der Fokus f der Röntgenquelle 1 mit der Röntgenquelle 1 mit. Aufgrund dieser Bewegung kommt es jedoch zu einem Abbildungsfehler bei der Röntgenprojektion, da aufgrund der Verschiebung des Röntgenfokus f nun unterschiedliche Bereiche des abzubildenden Brustgewebes auf einen Punkt der Detektorfläche 6 abgebildet werden.
In 3 ist eine schematische Darstellung 30 gezeigt, welche eine Vorgehensweise gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, mit der das Problem der Abbildungsfehler bei bewegter Röntgenquelle 1 gelöst wird. Dabei wird, während die Aufnahme einer Röntgenprojektion von dem abzubildenden Brustgewebe durchgeführt wird, der Röntgenfokus f entgegen der Bewegungsrichtung der Röntgenquelle 1 bewegt, so dass sich die Position des Röntgenfokus f trotz bewegter Röntgenquelle 1 nicht ändert. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein Röntgenstrahl 2 der Röntgenquelle 1 bei der Aufnahme einer Röntgenprojektion trotz in Richtung R bewegter Röntgenquelle 1 immer aus derselben Richtung auf die Detektorfläche 6 fällt, so dass ein Punkt in dem abzubildenden Gewebe während der gesamten Aufnahmezeit immer auf denselben Punkt auf der Detektorfläche 6 abgebildet wird. Dieser Sachverhalt ist in einer rechten Teilzeichnung 30a vergrößert dargestellt. Während sich die Röntgenquelle 1 von einer Position a in Richtung einer Position b bewegt, verharrt der Röntgenfokus f in einem ruhenden Bezugssystem, d. h. einem Bezugssystem der Anordnung 30 an derselben Position. Im bewegten Bezugssystem der Röntgenquelle 1 selbst dagegen bewegt sich der Röntgenfokus f nach rechts. Eine solche Veränderung der Relativposition des Röntgenfokus f relativ zur Röntgenquelle 1 wird durch eine Ablenkung des Elektronenstrahls der Röntgenquelle 1 entgegen der Bewegungsrichtung R der Röntgenquelle 1 erreicht.
In 4 ist eine Steuereinrichtung 40 einer Röntgenquelle gezeigt. Die Steuereinrichtung 40 umfasst eine Scout-Bilddatenauswertungseinheit 41, mit der ein Scoutbild mit der Bildinformation BI ausgewertet werden kann. Das Scoutbild wurde beispielsweise bereits als niedrig auflösendes zweidimensionales Röntgenbild in Richtung der Flächennormalen der Detektorebene aufgenommen. Auf dem Scoutbild sind Läsionen zu erkennen, die später biopsiert werden sollen. Diese Bildinformationen BI werden an eine Röntgenquellen-Steuereinrichtung 42 übermittelt, welche eine Gewebepositionsermittlungseinheit 43, eine Recheneinheit 44 und eine Röntgenquellenansteuerungseinheit 45 umfasst. Mit Hilfe der Gewebepositionsermittlungseinheit 43 wird auf Basis der Bildinformationen BI des Scoutbilds eine x-y-Position des zu untersuchenden Gewebes ermittelt. D. h., es wird eine Position des zu entnehmenden Gewebes in einer zur Detektorfläche parallelen Ebene ermittelt. Die Recheneinheit 44 dient dazu, auf Basis von anhand des Scoutbilds ermittelten Positionsdaten PD nun eine benötigte Elektronenstrahlablenkung EA in der Röntgenquelle 1 für die Aufnahme mehrerer Röntgenprojektionen aus verschiedenen Richtungen zu ermitteln. Beispielsweise wird eine Röntgenstrahlablenkung für eine Startposition der Röntgenquelle ermittelt, bei der die Röntgenquelle mit der Aufnahme einer Röntgenprojektion beginnt, und für eine Zielposition, bei der die Aufnahme einer Röntgenprojektion beendet wird. Weiterhin wird die Ablenkung des Röntgenstrahls während der Röntgenprojektionsaufnahme ermittelt, welche von der Dauer der Aufnahme bzw. der Geschwindigkeit der Röntgenquelle abhängt, mit der sich diese von der Startposition a zu der Zielposition b bewegt. Die ermittelten Daten werden an die Röntgenquellenansteuerungseinheit 45 weitergegeben, welche auf Basis dieser Daten die Aufnahme der Röntgenprojektionen aus verschiedenen Richtungen steuert und dabei Steuerdaten SD an die Röntgenquelle 1 und an Aktoren, mit denen die Bewegung der Röntgenquelle gesteuert wird, übermittelt.
In 5 ist ein Flussdiagramm 500 gezeigt, mit dem ein Verfahren zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe mit Hilfe eines Röntgenprojektionsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist. Bei dem Schritt 5.I werden zunächst anhand eines Scout-Bilds Bildinformationen BI ermittelt, d. h. Gewebebereiche identifiziert, aus denen eine Gewebeprobe entnommen werden soll. Bei dem Schritt 5.II werden Positionsdaten zu den Positionen der identifizierten Gewebebereiche ermittelt. D. h., es wird ermittelt, wo sich eine zu entnehmende Gewebeprobe befindet. Beispielsweise werden die x-y-Koordinaten dieses Gewebebereichs auf Basis der erfassten Bildinformation BI ermittelt. Es werden also die Scout-Daten bzw. das Übersichtsbild genutzt, um den Bereich des interessanten Gewebes zu identifizieren.
Anschließend werden bei einem Schritt 5.III Parameter für mehrere folgende Projektionsaufnahmen berechnet. Beispielsweise wird eine Elektronenstrahlablenkung EA eines Elektronenstrahls einer Röntgenquelle ermittelt, die zur Aufnahme einer Stereoprojektion eingesetzt werden soll. Schließlich erfolgt bei dem Schritt 5.IV eine Ansteuerung der Röntgenquelle sowie eines Röntgendetektors eines Röntgenaufnahmesystems zur Aufnahme von mehreren 2D-Projektionen aus verschieden Richtungen. Dabei erfolgen die Röntgenprojektionsaufnahmen bereits während des Anfahrens einer Aufnahmeposition der Röntgenquelle, also mit bewegter Röntgenquelle. Zur Kompensation einer Bewegung des Röntgenfokus mit der sich bewegenden Röntgenquelle wird nun ein Elektronenstrahl der Röntgenquelle auf Basis der ermittelten Ablenkungsdaten EA des Elektronenstrahls der Röntgenquelle derart abgelenkt, dass die Bewegung der Röntgenquelle kompensiert wird und der Röntgenfokus sich nicht bewegt. Mit dem Röntgenstrahl bzw. dem Röntgenfeld der Röntgenquelle wird bei der Aufnahme der Stereoprojektion nur ein Teil des Brustgewebes abgetastet. D. h., der relevante Bereich ist durch die Größe des Biopsiefensters, also des Arbeitsbereichs des Biopsieaufsatzes eingeschränkt. Insbesondere die Breite des Röntgenfeldes wird durch den Arbeitsbereich bzw. das Biopsiefenster eingeschränkt. Der Arbeitsbereich wiederum wird durch die Anordnung der Kompressionsplatten bzw. der Kompressionsplatte und des Objekttischs beschränkt. Da der Röntgenstrahl flächig ist, wird also immer ein ganzes Volumen durchstrahlt. Die Höhe des zu bestrahlenden Bereichs ist auf Basis der Kompressionsdicke der Brust bekannt. Die z-Koordinate des interessierenden Objektes wird erst durch die Informationen aus den beiden Stereoaufnahmen berechnet.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenquelle
2: Röntgenstrahl
3: Kompressionsplatte
4: Brust
5: Objekttisch
6: Bildsensor/Detektor/Detektorfläche
7: Biopsie-Vorrichtung
7a: Biopsienadel/Hohlnadel
10: Anordnung zur stereotaktischen Biopsie
20: Darstellung
20a: Teilzeichnung
30: Darstellung
30a: Teilzeichnung
40: Steuereinrichtung
41: Scout-Bilddatenauswertungseinheit
42: Röntgenquellen-Steuereinrichtung
43: Gewebepositionsermittlungseinheit
44: Recheneinheit
45: Röntgenquellenansteuerungseinheit
a: Startposition
b: Zielposition
BI: Bildinformation
EA: Elektronenstrahlablenkung
f: Fokus der Röntgenquelle
N: Flächennormale
PD: Positionsdaten
R: Bewegungsrichtung der Röntgenquelle
SD: Steuerdaten

Claims

Verfahren (500) zur dynamischen Erzeugung von Stereoprojektionen von zu untersuchendem Brustgewebe (4) mit Hilfe eines Röntgenprojektionsgeräts (10), aufweisend die Schritte: – Bewegen einer Röntgenquelle (1) des Röntgenprojektionsgeräts an eine Startposition (a), – Starten einer Röntgenprojektionsaufnahme bei der Startposition (a), – Durchführen einer Röntgenprojektionsaufnahme, während sich die Röntgenquelle (1) zu einer Zielposition (b) bewegt, – Nachführen der Position des Röntgenfokus (f) der Röntgenquelle (1) während der Röntgenprojektionsaufnahme derart, dass eine Positionsänderung des Röntgenfokus (f) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird, – Beenden der Röntgenprojektionsaufnahme bei Erreichen der Zielposition (b) der Röntgenquelle (1).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nachführung der Position des Röntgenfokus (f) durch eine Steuerung der Ablenkung des Elektronenstrahls der Röntgenquelle (1) realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ablenkung des Elektronenstrahls in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bewegung der Röntgenquelle (1) und der verstrichenen Röntgenprojektionsaufnahmezeit gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein zweidimensionaler Bilddatensatz auf Basis der Röntgenprojektionsaufnahme rekonstruiert wird.
Verfahren zur Ermittlung einer Position von zu untersuchendem Brustgewebe, aufweisend die Schritte: – Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 von einer ersten Startposition (a) bis zu einer ersten Zielposition (b), – erneutes Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 von einer zweiten Startposition (a) bis zu einer zweiten Zielposition (b), – Ermitteln der Position des zu untersuchenden Gewebes auf Basis der beiden Röntgenprojektionsaufnahmen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Startposition (a) eine vorbestimmte Winkelposition relativ zu der Flächennormalen (N) der Detektionsfläche (6) eines für die Projektionsaufnahmen verwendeten Röntgendetektors aufweist und die zweite Startposition (a) eine Winkelposition mit demselben Betrag, aber umgekehrtem Vorzeichen aufweist und wobei die erste Zielposition (b) eine vorbestimmte Winkelposition relativ zu der Flächennormalen (N) der Detektionsfläche (6) aufweist und die zweite Zielposition (b) eine Winkelposition mit demselben Betrag, aber umgekehrtem Vorzeichen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das zu untersuchende Gewebe Biopsiegewebe umfasst.
Automatisiertes Verfahren zur Biopsieplanung, aufweisend die Schritte: – Durchführen einer Scout-Bildaufnahme, um einen Bereich (B) des Brustgewebes (4) festzulegen, in dem sich Biopsiegewebe befindet, – Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 7, – Ermitteln der exakten Position des Biopsiegewebes auf Basis der erfassten Röntgenprojektionsaufnahmen, – Festlegen einer Position einer Biopsienadel (7a) in dem Brustgewebe (4) auf Basis der ermittelten Position des Biopsiegewebes.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach Durchführung einer Biopsie eine Überprüfung des Erfolgs der Biopsie unter Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7 erfolgt.
Röntgenquellen-Steuereinrichtung (40), aufweisend: – eine Bildinformationsauswertungseinheit (42) zum Auswerten der Bildinformation (BI) eines Scoutbilds, – eine Gewebepositionsermittlungseinheit (43) zum Ermitteln der Position von zu untersuchendem Gewebe, – eine Recheneinheit (44) zur Ermittlung einer Position eines Röntgenfokus (f) einer Röntgenquelle (1) in Abhängigkeit von einer Startposition (a) der Röntgenquelle (1), der Position des zu untersuchenden Gewebes und des Aufnahmezeitpunkts nach Beginn einer Röntgenprojektionsaufnahme.
Automatisiertes stereotaktisches Biopsiegerät (10), aufweisend: – eine Biopsievorrichtung (7) mit einer steuerbaren Biopsienadel (7a), – eine Röntgenprojektionseinrichtung (1, 3, 5, 6) zur Aufnahme von zweidimensionalen Röntgenprojektionen aus mehreren Richtungen, – eine Röntgenquellen-Steuereinrichtung (40) nach Anspruch 10, – eine Biopsiepositionsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Position von zu entnehmendem Gewebe, – eine Ansteuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis der ermittelten Gewebeposition eine Biopsie automatisiert durchzuführen.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinheit einer Steuereinrichtung (40) eines Biopsiegeräts (10) nach Anspruch 11 ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Steuereinrichtung (40) eines automatisierten stereotaktischen Biopsiegeräts (10) nach Anspruch 11 einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Steuereinrichtung (40) ausgeführt werden.