DE102019214932A1

DE102019214932A1 - Tomosyntheseverfahren

Info

Publication number: DE102019214932A1
Application number: DE102019214932.4A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Ritschl
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN112568918A; US11704845B2; US20210097735A1; CN112568918B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (10) zum Ermitteln eines Schichtbildes einer Tomosyntheseaufnahme eines Untersuchungsobjekts aufweisend die Schritte:- Aufnehmen (11) einer Mehrzahl von Projektionsaufnahmen entlang einer linearen Trajektorie, wobei sich eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor parallel gegenüberliegend entlang der linearen Trajektorie bewegen und das Untersuchungsobjekt zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist,- Rekonstruieren (13) eines Tomosynthesedatensatzes, wobei die Tiefeninformation des Untersuchungsobjekts jeweils entlang von einem Röntgenstrahlenbündel aufgespannt durch die Bewegung entlang der lineare Trajektorie und dem Röntgenstrahlenfächer der Röntgenquelle senkrecht zur linearen Trajektorie ermittelt wird, so dass unterschiedliche Tiefenebenen im Objekt parallel zur Detektionsfläche eine unterschiedliche Abtastung aufweisen, und- Ermitteln (15) eines ersten Schichtbildes mit einer ersten Schichtdicke in einer im Wesentlichen zur Detektionsfläche des Röntgendetektors parallelen Tiefenebene basierend auf dem Tomosynthesedatensatz.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines ersten Schichtbildes einer Tomosyntheseaufnahme eines Untersuchungsobjekts und insbesondere das weitere Ermitteln von einem zweiten dickeren Schichtbild, wobei unterschiedliche Tiefenebenen im Objekt parallel zur Detektionsfläche eine unterschiedliche Abtastung aufweisen.
Üblicherweise werden Tomosyntheseverfahren bei der Brustbildgebung verwendet. Die Röntgenquelle kann dabei parallel zur Kompressionsvorrichtung bzw. dem Röntgendetektor linear verschiebbar angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Röntgenstrahler auf einem Kreisbogen verschiebbar angeordnet sein, wobei der Kreisbogen um eine Drehachse definiert ist, welche senkrecht zur Systemachse eines Mammographiesystems ausgerichtet ist. Damit kann eine dreidimensionale Röntgenbildgebung, insbesondere eine Tomosynthese, mittels der Mammographieanlage durchgeführt werden. Im Allgemeinen kann bei einer Tomosynthese ein dreidimensionales Bild aus zweidimensionalen Bildern, welche aus verschiedenen Winkeln der Röntgenquelle relativ zum Röntgendetektor erfasst werden, erzeugt werden. Die zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Bilder können Teil eines Tomosynthese-(Bild-)Datensatzes sein.
Zunehmend werden Tomosyntheseverfahren auch für orthopädische Anwendungen diskutiert. Aus der Veröffentlichung C. Luckner et al, „Parallel-Shift Tomosynthesis for Orthopedic Applications“, SPIE Medical Imaging, Houston, 2018 ist beispielsweise ein Tomosyntheseverfahren für orthopädische Fragestellungen bekannt.
Der Erfinder hat das Problem erkannt, dass es bei Berechnung insbesondere dickerer Schichten einer an die Aufnahmegeometrie angepassten Berücksichtigung der Tiefeninformation bedarf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine Bilderzeugungseinheit, ein medizinisches Röntgensystem, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium anzugeben, welche eine verbesserte Ermittlung von Schichtbildern ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 11, ein medizinisches Röntgensystem nach Anspruch 12, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 und ein computerlesbares Medium nach Anspruch 14.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Schichtbildes einer Tomosyntheseaufnahme eines Untersuchungsobjekts aufweisend die Schritte des Aufnehmens, des Rekonstruierens und des Ermittelns. Im Schritt des Aufnehmens wird eine Mehrzahl von Projektionsaufnahmen entlang einer linearen Trajektorie aufgenommen, wobei sich eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor parallel gegenüberliegend entlang der linearen Trajektorie bewegen und das Untersuchungsobjekt zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist. Im Schritt des Rekonstruierens wird ein Tomosynthesedatensatz rekonstruiert, wobei die Tiefeninformation des Untersuchungsobjekts jeweils entlang von einem Röntgenstrahlenbündel aufgespannt durch die Bewegung entlang der linearen Trajektorie und dem Röntgenstrahlenfächer der Röntgenquelle senkrecht zur linearen Trajektorie ermittelt wird, so dass unterschiedliche Tiefenebenen im Objekt parallel zur Detektionsfläche eine unterschiedliche Abtastung aufweisen. Die unterschiedliche Abtastung ist insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung bzw. der linearen Trajektorie ausgebildet. Das Röntgenstrahlenbündel kann dachförmig ausgebildet sein, wobei dieses durch den Röntgenfächer senkrecht zur Bewegungsrichtung und durch die lineare Bewegung entlang der linearen Trajektorie aufgespannt wird. Im Schritt des Ermittelns wird ein erstes Schichtbild mit einer ersten Schichtdicke in einer im Wesentlichen zur Detektionsfläche des Röntgendetektors parallelen Tiefenebene basierend auf dem Tomosynthesedatensatz ermittelt.
Die Körperlängsachse des Untersuchungsobjekts bzw. eine Längsachse der Untersuchungsregion des Untersuchungsobjekts, beispielsweise eine Extremität, kann insbesondere im Wesentlichen parallel zur linearen Trajektorie ausgerichtet sein.
Das Rekonstruieren des Tomosynthesedatensatzes kann mittels einer Rückprojektion oder Maximum-Likelihood-Methode durchgeführt werden. Durch die Rekonstruktion können ein Schnittbild bzw. eine Tiefeninformation ermittelt werden. Der Tomosynthesedatensatz kann insbesondere ein zumindest teilweiser Volumendatensatz sein.
Die unterschiedlichen Tiefenebenen im Objekt parallel zur Detektionsfläche weisen eine unterschiedliche Abtastung auf. Dabei weist eine Tiefenebene, welche näher an der Röntgenquelle angeordnet ist eine höhere räumliche Abtastung auf als eine davon verschiedene Tiefenebene, welche von der Röntgenquelle weiter entfernt angeordnet ist. Die räumliche Abtastung in x-Richtung bzw. der x-z-Ebene ist damit abhängig von der y-Position der Tiefenebene bzw. eines Datenpunkts des Tomosynthesedatensatzes.
Das erste Schichtbild wird in x-z-Richtung bzw. α-z-Richtung ermittelt. Das erste Schichtbild und das etwaige zweite Schichtbild kann insbesondere mittels Vorwärtsprojektion basierend auf dem Tomosynthesedatensatz ermittelt werden. Die Schichtdicke kann entlang der y-Richtung bestimmt werden. Das Schichtbild, insbesondere die Schichtmitte, ist einem y-Wert zugeordnet.
Die Erfindung betrifft eine Rekonstruktion eines Tomosynthesevolumens und eine anschließende Darstellung des Tomosynthesevolumens. Die Röntgenquelle und der Röntgendetektor werden parallel entlang einer gleichen Richtung bewegt, wobei das Untersuchungsobjekt zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist. Das Untersuchungsobjekt ist im Wesentlichen statisch, d.h. das Untersuchungsobjekt wird relativ zur Röntgenquelle bzw. zum Röntgendetektor nicht bewegt. Während der Bewegung der Röntgenquelle und des Röntgendetektors entlang des Untersuchungsobjekts werden Projektionsdatensätze aufgenommen bzw. akquiriert. Die Projektionsdatensätze sind jeweils unterschiedlich. Die Projektionsdatensätze umfassen unterschiedliche Bereiche des Untersuchungsobjekts, wobei zeitlich und räumlich benachbarte Projektionsdatensätze einen gemeinsamen überlappenden Bereich des Untersuchungsobjekts umfassen, so dass benachbarte Projektionsdatensätze Informationen über das Untersuchungsobjekt aus unterschiedlichen Aufnahmeblickwinkeln umfassen. Dadurch kann eine Tiefeninformation über das Untersuchungsobjekt gewonnen werden. Mittels einer Rekonstruktion kann basierend auf den Projektionsdatensätzen ein Tomosythesevolumendatensatz erzeugt werden, wobei die Tiefeninformation ermittelt wird.
Der Erfinder hat erkannt, dass die Aufnahmegeometrie bedingt, dass die Tiefenauflösung des Tomosynthesevolumens nicht parallel zu einem kartesischen Koordinatensystem ausgerichtet ist. Das Sampling bzw. die Abtastung der Daten kann damit vorteilhaft in einem spezifischen Koordinatensystem erfolgen, um verbesserte Schichtbilddaten zu erreichen.
Im Gegensatz zu Röntgenbildern, die statisch aufgenommen werden und mit einem „pinhole“-Kameramodell beschrieben werden können, sind die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Datensätze mit der Geometrie einer linear ausgedehnten Röntgenquelle vorteilhaft zu beschreiben. Eine verbesserte Bildverarbeitung sowie eine verbesserte Darstellung und eine verbesserte Registrierung zu anders gesampelten bzw. abgetasteten Datensätzen sind durch die Kenntnis und Nutzung des ersten bzw. speziellen Koordinatensystems möglich. Das Registrieren kann auch als Bildregistrieren bezeichnet werden. Der erste Schichtbilddatensatz und der zweite Schichtbilddatensatz können basierend auf bekannten und an die Geometrie hinsichtlich der x-z-Richtung bzw. α-z-Richtung angepassten Methoden der Bildregistrierung erfolgen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Tiefeninformation entlang eines Pfades mit einem Winkel gegenüber einer kartesischen Raumrichtung ermittelt. Der Winkel beträgt α=sin(x/SID), wobei die x-Richtung die kartesische Raumrichtung ist und SID dem Abstand zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor in y-Richtung entspricht. Vorteilhaft kann eine verbesserte Tiefeninformation gegenüber einer einfachen, projektiven Radiographieaufnahme über das Objekt ermittelt werden. Vorteilhaft kann diese winkelabhängige Tiefeninformation bei der Berechnung von Schichtbildern verwendet werden, um insbesondere bei größer werdenden Winkeln eine korrektere Berechnung von insbesondere dicken Schichtbildern zu ermöglichen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des weiteren Ermittelns auf. Im Schritt des weiteren Ermittelns wird ein zweites Schichtbild mit einer von der ersten Schichtdicke unterschiedlichen zweiten Schichtdicke ermittelt. Das zweite Schichtbild wird basierend auf dem Tomosynthesedatensatz ermittelt. Dabei wird insbesondere die Tiefeninformation entlang des Pfades mit einem Winkel gegenüber einer kartesischen Raumrichtung berücksichtigt. Beispielsweise kann die Vorwärtsprojektion entlang des Vektors mit dem Winkel α erfolgen, d.h. anschaulich gesehen wird die Vorwärtsprojektion entlang des Röntgenstrahlen- oder des Fächerstrahlbündels durchgeführt, um aus den Tomosynthesedaten das zweite Schichtbild zu ermitteln. Vorteilhaft kann ein Verschmieren der Objektinformation, insbesondere bei größeren Winkeln, reduziert bzw. vermieden werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die zweite Schichtdicke größer als die erste Schichtdicke. Je größer die Schichtdicke, desto gravierender sind die Auswirkung bzw. die Vorteile der Berücksichtigung der Tiefeninformation entlang des Pfades mit einem Winkel gegenüber der kartesischen Raumrichtung. Besonders vorteilhaft können dickere Schichten ermittelt werden, wobei eine deutliche Reduktion von verschmierten Objektinformationen ermöglicht werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden mehrere räumlich aufeinanderfolgende zweite Schichtbilder ermittelt. Vorteilhaft können nahbeieinander liegende Objektinformationen in separaten Schichten betrachtet werden, so dass Änderungen im Objekt von Schicht zu Schicht betrachtet werden können. Insbesondere kann die (Tiefen-)Position einer Objektinformation, beispielsweise einer anatomischen Eigenschaft oder Besonderheit, genauer lokalisiert werden. Durch die Berücksichtigung der Tiefeninformation entlang des Pfades mit einem Winkel gegenüber der kartesischen Raumrichtung kann eine kontinuierliche Schichtbildfolge erzeugt werden, welche vorteilhaft eine im Wesentlichen gleichbleibende Bildqualität aufweist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfassen räumlich aufeinanderfolgende zweite Schichtbilder überlappende Tiefeninformation, so dass die zweite Schichtdicke ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Schichtdicke beträgt und der Abstand der räumlich aufeinanderfolgenden zweiten Schichtbilder der ersten Schichtdicke entspricht.
Beispielsweise können effektiv dünne Schichten, insbesondere in einem Viewer, mittels Pixelmittelung dicker dargestellt werden, sogenannte sliding thin slabs. Beim Ermitteln kann beispielsweise eine Maximum-Intensitäts-Projektion (MIP) erzeugt werden, wobei die Tiefeninformation entlang eines Pfades mit einem Winkel gegenüber einer kartesischen Raumrichtung berücksichtigt wird. Insbesondere können die Übergänge zwischen den aufeinanderfolgenden zweiten Schichtbildern an die Aufnahmegeomtrie angepasst sein, so dass für Anschlussbereiche bzw. überlappende Bereiche eine kontinuierliche Schichtbildfolge ermöglicht werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das zweite Schichtbild die gesamte Dicke des Untersuchungsobjekts. Bevorzugt kann die Dicke des Objekts in einer von der linearen Trajektorie verschiedenen Raumrichtung bestimmt werden. Die Dicke des Objekts kann insbesondere entlang der y-Richtung bestimmt werden.
Beispielsweise können dicke Schichten, insbesondere ein synthetisches 2D-Bild, welches über das gesamte Objekt gemittelt ist, mit anderen Datensätzen verbessert registriert und visualisiert werden. Eine beispielhafte Ausführungsform ist eine Registrierung von einem Langbeintopogramm und einer Computertomographieaufnahme des Knies. Darüber hinaus kann eine verbesserte Überlagerung von Tomosynthesedaten mit einem Kamerabild ermöglicht werden, wobei das Kamerabild durch Rendering auf eine 3D-Oberfläche in das entsprechende spezielle Koordinatensystem bzw. die entsprechende Aufnahmegeometrie übertragen werden kann. Vorteilhaft kann die in der Tomosyntheseaufnahme bestimmte Tiefeninformation unter Einfluss der erfindungsgemäßen Aufnahmegeometrie mit Bilddaten einer anderen Aufnahmegeometrie durch entsprechende Berücksichtigung der unterschiedlichen Aufnahmegeometrien bzw. unterschiedlichen Tiefeninformation entlang unterschiedlicher Pfade vergleichbar gemacht werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des (Bild-)Registrierens auf. Im Schritt des Registrierens wird das zweite Schichtbild mit einem Bilddatensatz einer anderen Bildgebungsmodalität registriert. Im Schritt des Registrierens kann alternativ oder zusätzlich das erste Schichtbild mit einem Bilddatensatz einer anderen Bildgebungsmodalität registriert werden. Zur (Bild)Registrierung können übliche Methoden verwendet werden, jedoch ist dabei der Wechsel zwischen dem kartesischen Koordinatensystem (x,y,z) und dem speziellen Koordinatensystem (α,y,z) gemäß der erfindungsgemäßen Aufnahmegeometrie zu berücksichtigen. Die (Bild-)Registrierungsmethode kann insbesondere an den Koordinatensystemwechsel angepasst sein. Vorteilhaft können anatomische Regionen in dem ersten und/oder zweiten Schichtbild einer gleichen anatomischen Region in einem Bilddatensatz, insbesondere einer anderen Bildgebungsmodalität oder eine unterschiedlichen Aufnahmegeometrie, zugeordnet werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des Überlagerns auf. Im Schritt des Überlagerns werden das zweite Schichtbild und der Bilddatensatzes, insbesondere der anderen Bildgebungsmodalität, überlagert. Dabei wird der Wechsel zwischen dem kartesischen Koordinatensystem (x,y,z) und dem speziellen Koordinatensystem (α,y,z) gemäß der erfindungsgemäßen Aufnahmegeometrie berücksichtigt, so dass das zweite Schichtbild und der Bilddatensatz, insbesondere der anderen Bildgebungsmodalität oder einer anderen Aufnahmegeometrie, berücksichtigt wird. Vorteilhaft können anatomische Details bzw. Objektinformationen im gleichen Koordinatensystem verglichen werden. Besonders vorteilhaft können Abstandsmessungen zuverlässiger und übereinstimmender basierend auf dem zweiten Schichtbild und dem Bilddatensatz ermöglicht werden. Beispielsweise können das zweite Schichtbild und der Bilddatensatz in unterschiedlichen Farben überlagert werden, so dass beide gleichzeitig angezeigt werden können. Beispielsweise können das zweite Schichtbild und der Bilddatensatz zu einem Bild kombiniert und damit überlagert werden. Bei einem Langbeintopogramm basierend auf dem zweiten Schichtbild kann beispielsweise im Bereich des Knies ein CT-Datensatz als Bilddatensatz einer anderen Bildgebungsmodalität integriert werden bzw. in diesem Bereich angezeigt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des gemeinsamen Darstellens auf. Im Schritt des gemeinsamen Darstellens werden das zweite Schichtbild und der Bilddatensatz, insbesondere der anderen Bildgebungsmodalität, auf einer Anzeigeeinheit gemeinsam dargestellt. Vorteilhaft kann die Diagnose basierend auf dem zweiten Schichtbild und dem Bilddatensatz gleichzeitig ermöglicht werden. Vorteilhaft können besonders hochwertige Informationen jeweils des zweiten Schichtbilds und des Bilddatensatzes zu einer insgesamt optimierten bzw. verbesserten Bildanzeige kombiniert werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Bilderzeugungseinheit zum Ermitteln eines Schichtbildes einer Tomosyntheseaufnahme eines Untersuchungsobjekts. Die Bilderzeugungseinheit umfasst eine Aufnahmeeinheit, eine Rekonstruktionseinheit und eine Ermittlungseinheit. Die Aufnahmeeinheit ist zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Projektionsaufnahmen entlang einer linearen Trajektorie ausgebildet, wobei sich eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor parallel gegenüberliegend entlang der linearen Trajektorie bewegen und das Untersuchungsobjekt zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist. Die Rekonstruktionseinheit ist zum Rekonstruieren eines Tomosynthesedatensatzes ausgebildet, wobei die Tiefeninformation des Untersuchungsobjekts jeweils entlang von einem Röntgenstrahlenbündel aufgespannt durch die Bewegung entlang der lineare Trajektorie und dem Röntgenstrahlenfächer der Röntgenquelle senkrecht zur linearen Trajektorie ermittelt wird, so dass unterschiedliche Tiefenebenen im Objekt parallel zur Detektionsfläche eine unterschiedliche Abtastung aufweisen. Die Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln eines Schichtbildes mit einer ersten Schichtdicke in einer im Wesentlichen zur Detektionsfläche des Röntgendetektors parallelen Tiefenebene basierend auf dem Tomosynthesedatensatz ausgebildet. Die Rekonstruktionseinheit und die Ermittlungseinheit können von einer Recheneinheit des medizinischen Röntgensystems umfasst sein. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden. Die Bilderzeugungseinheit kann ferner eine weitere Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines zweiten Schichtbildes, eine Registrierungseinheit zum Registrieren, eine Überlagerungseinheit zum Überlagern und eine Darstellungseinheit zum Darstellen umfassen. Die weiteren Einheiten können zumindest teilweise von der Recheneinheit umfasst sein. Die Darstellungseinheit kann insbesondere als Anzeigeeinheit, beispielsweise in Form eines Bildschirms, ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein medizinisches Röntgensystem aufweisend eine erfindungsgemäße Bilderzeugungseinheit zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das medizinische Röntgensystem ist bevorzugt ein Radiographiesystem. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens können auf das medizinisches Röntgensystem übertragen werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines Röntgensystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung des Röntgensystems ausgeführt wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Recheneinheit ausgeführt werden. Die Recheneinheit kann bevorzugt von der Bilderzeugungseinheit bzw. einer Prozessoreinheit umfasst sein.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Röntgensystems in einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine schematische Darstellung eines Aufnehmens von Datenpunkten;
4 eine schematische Darstellung des ersten Koordinatensystems relativ zum kartesischen Koordinatensystem; und
5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Röntgensystems in einer zweiten Ausführungsform.

Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Röntgensystems 1 in einer ersten Ausführungsform. Es wird insbesondere die Scan- bzw. Aufnahmegeometrie des Röntgensystems 1 beschrieben. Das Röntgensystem 1 weist eine Röntgenquelle 2 und einen Röntgendetektor 3 auf, welche ein Röntgenquelle-Röntgendetektor-Paar bilden. Das Untersuchungsobjekt (nicht dargestellt) ist zwischen der Röntgenquelle 2 und dem Röntgendetektor 3 angeordnet. Die Röntgenquelle 2 sendet einen Kegelstrahl bzw. ein Röntgenstrahlenbündel aus, welcher auf das Untersuchungsobjekt und den Röntgendetektor 3 einfällt. Der Röntgendetektor 3 weist eine flächige Detektionsfläche bzw. -ebene auf. Die Detektionsebene ist in der x-z-Ebene angeordnet. Die Flächennormale zur Detektionsebene des Röntgendetektors 3 ist parallel zur y-Achse angeordnet. Die Röntgenquelle 2 ist insbesondere an der Flächennormalen in einem vorbestimmten Abstand vom Röntgendetektor 3 angeordnet. Der Röntgendetektor 3 und die Röntgenquelle 2 bewegen sich während der Aufnahme parallel zueinander und gleichzeitig entlang der linearen Trajektorie 4 in die gleiche Richtung, beispielsweise die z-Richtung. Die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 3 werden parallel zur z-Achse verfahren. Die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 3 sind in einer ersten Position P1 und in einer n-ten Position Pn gezeigt. Es spannt sich ein Röntgenstrahlenbündel durch die Bewegung entlang der linearen Trajektorie 4 und dem Röntgenstrahlenfächer der Röntgenquelle 2 senkrecht zur linearen Trajektorie 4 auf.
Die 2 zeigt eine beispielshafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 10. Das erfindungsgemäße Verfahren 10 zum Ermitteln eines Schichtbildes einer Tomosyntheseaufnahme eines Untersuchungsobjekts weist zumindest die Schritte des Aufnehmens 11, des Rekonstruierens 13 und des Ermittelns 15 auf. Im Schritt des Aufnehmens 11 wird eine Mehrzahl von Projektionsaufnahmen entlang einer linearen Trajektorie aufgenommen, wobei sich eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor parallel gegenüberliegend entlang der linearen Trajektorie bewegen und das Untersuchungsobjekt zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist. Im Schritt des Rekonstruierens 13 wird ein Tomosynthesedatensatz rekonstruiert, wobei die Tiefeninformation des Untersuchungsobjekts jeweils entlang von einem Röntgenstrahlenbündel aufgespannt durch die Bewegung entlang der lineare Trajektorie und dem Röntgenstrahlenfächer der Röntgenquelle senkrecht zur linearen Trajektorie ermittelt wird, so dass unterschiedliche Tiefenebenen im Objekt parallel zur Detektionsfläche eine unterschiedliche Abtastung aufweisen. Im Schritt des Ermittelns 15 wird ein erstes Schichtbild mit einer ersten Schichtdicke in einer im Wesentlichen zur Detektionsfläche des Röntgendetektors parallelen Tiefenebene basierend auf dem Tomosynthesedatensatz ermittelt.
Die Tiefeninformation wird entlang eines Pfades mit einem Winkel gegenüber einer kartesischen Raumrichtung ermittelt. Der Winkel beträgt insbesondere α=sin(x/SID), wobei die x-Richtung die kartesische Raumrichtung ist und SID dem Abstand zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor in y-Richtung entspricht.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des weiteren Ermittelns 17 auf. Im Schritt des weiteren Ermittelns 17 wird ein zweites Schichtbild mit einer von der ersten Schichtdicke unterschiedlichen zweiten Schichtdicke ermittelt. Die zweite Schichtdicke ist größer als die erste Schichtdicke.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung werden mehrere räumlich aufeinanderfolgende zweite Schichtbilder ermittelt. Räumlich aufeinanderfolgende zweite Schichtbilder umfassen überlappende Tiefeninformation, so dass die zweite Schichtdicke ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Schichtdicke beträgt und der Abstand der räumlich aufeinanderfolgenden zweiten Schichtbilder der ersten Schichtdicke entspricht.
Beispielsweise können dünne Schichten, insbesondere in einem Viewer, mittels Pixelmittelung dicker dargestellt werden, sogenannte sliding thin slabs.
In einer anderen speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst das zweite Schichtbild die gesamte Dicke des Untersuchungsobjekts. Beispielsweise können dicke Schichten, insbesondere ein synthetisches 2D-Bild, welches über das gesamte Objekt gemittelt ist, mit anderen Datensätzen verbessert registriert und visualisiert werden. Eine beispielhafte Ausführungsform ist eine (Bild-)Registrierung von einem Langbeintopogramm und einer Computertomographieaufnahme des Knies. Darüber hinaus kann eine verbesserte Überlagerung von Tomosynthesedaten mit einem Kamerabild ermöglicht werden, wobei das Kamerabild durch Rendering auf eine 3D-Oberfläche in das entsprechende spezielle Koordinatensystem bzw. die entsprechende Aufnahmegeometrie übertragen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des Registrierens 19 auf. Im Schritt des Registrierens 19 wird das zweite Schichtbild mit einem Bilddatensatz einer anderen Bildgebungsmodalität registriert. Im Schritt des Registrierens 19 kann alternativ oder zusätzlich das erste Schichtbild mit einem Bilddatensatz einer anderen Bildgebungsmodalität registriert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner den Schritt des Überlagerns 21 aufweisen. Im Schritt des Überlagerns 21 werden das zweite Schichtbild und der Bilddatensatz, insbesondere der anderen Bildgebungsmodalität, überlagert. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner den Schritt des gemeinsamen Darstellens 23 aufweisen. Im Schritt des gemeinsamen Darstellens 23 werden das zweite Schichtbild und der Bilddatensatz, insbesondere der anderen Bildgebungsmodalität, auf einer Anzeigeeinheit gemeinsam dargestellt.
Die 3 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Aufnehmens von Datenpunkten D, D' einer Tiefeninformation. Die entstehende bzw. zu ermittelnde Tiefeninformation ist in der x-y-Ebene jeweils entlang des Winkels α orientiert. Es ist jeweils der Winkel α für den äußersten Röntgenstrahl bzw. Pfad eingezeichnet. Für die erste Position P1 werden der erste Wert D(P1) für eine erste Tiefeninformation im Untersuchungsobjekt und der erste Wert D'(P1) für ein zweite Tiefeninformation im Untersuchungsobjekt erfasst. Für die n-te Postion Pn werden der n-te Wert D(Pn) für eine n-te Tiefeninformation im Untersuchungsobjekt und der n-te Wert D'(Pn) für ein n-te Tiefeninformation im Untersuchungsobjekt erfasst in der gleichen Aufnahmegeometrie erfasst, jedoch an einem anderen Ort im Untersuchungsobjekt. An der Position P1 wird die erste Projektion aufgenommen, hier vereinfacht als Fächerstrahl dargestellt. An der Position Pn wird die n-te Projektion aufgenommen. Durch einen Kegelstrahl bzw. das Röntgenstrahlenbündel können die Datenpunkte D(P1) und D'(1) im Objekt auch von anderen Projektionen erfasst werden. Aus einer Mehrzahl von Projektionen lässt sich, beispielsweise mittels Rückprojektion oder Maximum-Likelihood-Methode, eine Tiefeninformation bzw. ein Schwächungswert für ein Voxel berechnen.
Die 4 zeigt eine beispielhafte Ausführung des ersten Koordinatensystems relativ zum kartesischen Koordinatensystem. Das erste Koordinatensystem ist das aus der Aufnahmegeometrie resultierende native Koordinatensystem in der x-y-Ebene. Die Koordinaten eines Punktes zwischen der Röntgenquelle 2 und dem Röntgendetektor 3 werden nun durch die Koordinatentransformation (x,y,z) zu (α,y,z) mit α=sin(x/SID) beschrieben, wobei SID der Abstand zwischen Röntgenquelle 2 und Röntgendetektor 3 entlang der y-Richtung ist.
Die 5 zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Röntgensystems 1 in einer zweiten Ausführungsform. Die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 3 sind über eine Bilderzeugungseinheit 30 miteinander verbunden. Die Bilderzeugungseinheit kann eine Recheneinheit und/oder Steuereinheit bzw. Steuereinrichtung sein bzw. von dieser umfasst sein. Die Bilderzeugungseinheit 30 umfasst die Aufnahmeeinheit 31, die Rekonstruktionseinheit 33 und die Ermittlungseinheit 35. Ferner kann die Bilderzeugungseinheit folgende Einheiten umfassen: eine weitere Ermittlungseinheit 37, eine Registrierungseinheit 39, eine Überlagerungseinheit 41 und eine Darstellungseinheit 43.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert 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.

Claims

Verfahren (10) zum Ermitteln eines Schichtbildes einer Tomosyntheseaufnahme eines Untersuchungsobjekts aufweisend die Schritte: - Aufnehmen (11) einer Mehrzahl von Projektionsaufnahmen entlang einer linearen Trajektorie (4), wobei sich eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor parallel gegenüberliegend entlang der linearen Trajektorie bewegen und das Untersuchungsobjekt zwischen der Röntgenquelle (2) und dem Röntgendetektor (3) angeordnet ist, - Rekonstruieren (13) eines Tomosynthesedatensatzes, wobei die Tiefeninformation des Untersuchungsobjekts jeweils entlang von einem Röntgenstrahlenbündel aufgespannt durch die Bewegung entlang der lineare Trajektorie und dem Röntgenstrahlenfächer der Röntgenquelle senkrecht zur linearen Trajektorie ermittelt wird, so dass unterschiedliche Tiefenebenen im Objekt parallel zur Detektionsfläche eine unterschiedliche Abtastung aufweisen, und - Ermitteln (15) eines ersten Schichtbildes mit einer ersten Schichtdicke in einer im Wesentlichen zur Detektionsfläche des Röntgendetektors parallelen Tiefenebene basierend auf dem Tomosynthesedatensatz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tiefeninformation entlang eines Pfades mit einem Winkel (α) gegenüber einer kartesischen Raumrichtung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt: - weiteres Ermitteln (17) eines zweiten Schichtbildes mit einer von der ersten Schichtdicke unterschiedlichen zweiten Schichtdicke.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zweite Schichtdicke größer als die erste Schichtdicke ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei mehrere räumlich aufeinanderfolgende zweite Schichtbilder ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei räumlich aufeinanderfolgende zweite Schichtbilder überlappende Tiefeninformation umfassen, so dass die zweite Schichtdicke ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Schichtdicke beträgt und der Abstand der räumlich aufeinanderfolgenden zweiten Schichtbilder der ersten Schichtdicke entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zweite Schichtbild die gesamte Dicke des Untersuchungsobjekts umfasst.
Verfahren nach einem der Anspruch 7, ferner aufweisend den Schritt: - Registrieren (19) des zweiten Schichtbilds mit einem Bilddatensatz einer anderen Bildgebungsmodalität.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend den Schritt: - Überlagern (21) des zweiten Schichtbilds und des Bilddatensatzes.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend den Schritt: - gemeinsames Darstellen (23) des zweiten Schichtbilds und des Bilddatensatzes auf einer Anzeigeeinheit.
Bilderzeugungseinheit (30) zum Ermitteln eines Schichtbildes einer Tomosyntheseaufnahme eines Untersuchungsobjekts nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend: - Aufnahmeeinheit (31) zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Projektionsaufnahmen entlang einer linearen Trajektorie, wobei sich eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor parallel gegenüberliegend entlang der linearen Trajektorie bewegen und das Untersuchungsobjekt zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet ist, - Rekonstruktionseinheit (33) zum Rekonstruieren eines Tomosynthesedatensatzes, wobei die Tiefeninformation des Untersuchungsobjekts jeweils entlang von einem Röntgenstrahlenbündel aufgespannt durch die Bewegung entlang der lineare Trajektorie und dem Röntgenstrahlenfächer der Röntgenquelle senkrecht zur linearen Trajektorie ermittelt wird, so dass unterschiedliche Tiefenebenen im Objekt parallel zur Detektionsfläche eine unterschiedliche Abtastung aufweisen, und - Ermittlungseinheit (35) zum Ermitteln eines Schichtbildes mit einer ersten Schichtdicke in einer im Wesentlichen zur Detektionsfläche des Röntgendetektors parallelen Tiefenebene basierend auf dem Tomosynthesedatensatz.
Medizinisches Röntgensystem (1) aufweisend eine Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 11.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines Röntgensystems (1) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung des Röntgensystems (1) ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Recheneinheit ausgeführt werden.