DE10247535A1

DE10247535A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines Abbildungssystems

Info

Publication number: DE10247535A1
Application number: DE10247535A
Authority: DE
Inventors: John Patrick Kaufhold; John Eric Tkaczyk; Dinko E Gonzalez Trotter; Jeffrey Wayne Eberhard; Jerry A Thomas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2003-06-05
Also published as: US20030072417A1; JP2003175026A; US6632020B2; FR2830741A1; JP4293303B2

Abstract

Vorstehend ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Abbildungssystems beschrieben, das eine Strahlungsquelle und eine digitale Erfassungseinrichtung enthält. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung eines Kalibrierungsphantomsystems mit einem ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, wobei der erste Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein erstes Material mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten aufweist. Die Bereitstellung eines Kalibrierungsphantomsystems enthält auch die Bereitstellung eines zweiten Phantomelementmaterialblocks mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten Höhe verschieden ist, wobei der zweite Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten enthält, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung angeordnet sind. Das Verfahren enthält auch die Abbildung des Kalibrierungsphantomsystems zum Erhalten von Phatombildern, die Verarbeitung der Phantombilder und die Extraktion einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern.

Description

Die Regierung kann Rechte an dieser Erfindung aufgrund des Regierungsvertrags 22287 unter MDA 905-00-1-0041 haben.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Abbildungssystem und insbesondere die Kalibrierung eines medizinischen Abbildungssystems.

Zumindest bei einigen bekannten Abbildungssystemen projiziert eine Strahlungsquelle einen kegelförmigen Strahl, der durch das abgebildete Objekt fällt, wie einen Patienten, und auf ein rechteckiges Array von Strahlungserfassungseinrichtungen trifft. Bei einigen bekannten Tomosynthesesystemen dreht sich die Strahlungsquelle mit einem Fasslager um einen Drehpunkt, und es werden Ansichten des Objekts für verschiedene Projektionswinkel erfasst. Hier bezeichnet "Ansicht" ein einzelnes Projektionsbild oder genauer gesagt eine einzelne Projektionsradiographie, die ein Projektionsbild bildet. Ferner wird hier ein einzelnes rekonstruiertes (Querschnitts-Bild), das die Struktur in dem abgebildeten Objekt an einer festen Höhe über der Erfassungseinrichtung darstellt, als "Schnitt" bezeichnet. Und eine Sammlung (oder eine Vielzahl) von Ansichten wird als "Projektionsdatensatz" bezeichnet. Eine Sammlung (oder eine Vielzahl) von Schnitten für alle Höhen wird als "dreidimensionaler Datensatz" bezeichnet, der das Bildobjekt darstellt.

Ein bekanntes Verfahren zur Rekonstruktion eines das abgebildete Objekt darstellenden dreidimensionalen Datensatzes ist in der Technik als einfache Rückprojektion oder Verschiebung-und-Addition bekannt. Bei der einfachen Rückprojektion wird jede Ansicht über das abgebildete Volumen rückprojiziert und die rückprojizierten Ansichten werden gemittelt. Ein "Schnitt" des rekonstruierten Datensatzes enthält den Durchschnitt der projizierten Bilder an einer in Betracht gezogenen Höhe über der Erfassungseinrichtung. Jeder Schnitt stellt die Strukturen des abgebildeten Objekts an der betrachteten Höhe dar, und die Sammlung dieser Schnitte für verschiedene Höhen bildet einen dreidimensionalen Datensatz, der das abgebildete Objekt darstellt. Alternativ dazu wird bei einer zweidimensionalen Abtastung, wie beispielsweise einer craniocaudalen Abtastung (CC-Abtastung) oder einer mediolateralen schrägen Abtastung (MLO) lediglich ein einzelner Schnitt erfasst, der einen zweidimensionalen Datensatz bildet, der das abgebildete Objekt darstellt.

Die Gleichmäßigkeit zwischen individuellen Erfassungselementen ist zum Sicherstellen einer guten Bildqualität von Mammographiebildern wichtig. Ansonsten können Anomalien in den erfassten Daten auftreten. Eine Folge von Datenanomalien sind Bildverzerrungen, die allgemein als Artefakte bezeichnet werden. Die Erfassungseinrichtungsgleichmäßigkeit kann durch viele Faktoren beeinträchtigt werden, die Strahlungsschäden, Feuchtigkeitsschäden, elektromagnetische Felder und Empfindlichkeiten der Scintillatormaterialien beinhalten. Zum Korrigieren bezüglich dieser Gleichmäßigkeit sind periodische Kalibrierungen der Erfassungseinrichtung erforderlich.

Bei zumindest einem bekannten Kalibrierungsverfahren ist ein Referenzsatz von Messungen bekannter Glandular- und Fettgewebezusammensetzungen erforderlich. Die Sammlung dieses Referenzmessungssatzes kann mehrfache Abtastungen des abgebildeten Objekts erfordern.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Kalibrierungsphantomsystem zur Verwendung mit einem Abbildungssystem vorgesehen. Das Kalibrierungsphantomsystem beinhaltet einen ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, wobei der erste Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein erstes Material mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten enthält. Das Kalibrierungsphantomsystem enthält auch einen zweiten Phantomelementmaterialblock mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten verschieden ist, wobei der zweite Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten enthält, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung angeordnet sind.

Es ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Abbildungssystems mit einer Strahlungsquelle und einer digitalen Erfassungseinrichtung vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung eines Kalibrierungsphantomsystems mit einem ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, wobei der erste Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein erstes Material mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten enthält. Die Bereitstellung eines Kalibrierungsphantomsystems beinhaltet auch die Bereitstellung eines zweiten Phantomelementmaterialblocks mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten Höhe verschieden ist, wobei der zweite Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten enthält, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung positioniert sind. Das Verfahren beinhaltet auch die Abbildung des Kalibrierungsphantomsystems zum Erhalten von Phantombildern, die Verarbeitung der Phantombilder und die Extraktion einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern.

Es ist ein computerlesbarer Träger bereitgestellt, der mit einem Programm kodiert ist, das von einem Computer zur Kalibrierung eines Abbildungssystems mit einer Strahlungsquelle und einer digitalen Erfassungseinrichtung ausführbar ist. Das Programm ist zum Anweisen des Computers zur Abbildung des Kalibrierungsphantomsystems konfiguriert, wobei das Kalibrierungsphantomsystem einen ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe enthält, wobei der erste Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein erstes Material mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten enthält. Das Kalibrierungsphantomsystem beinhaltet auch einen zweiten Phantomelementmaterialblock mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten Höhe verschieden ist, wobei der zweite Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten enthält, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf der Erfassungseinrichtung positioniert sind. Das Programm ist auch zum Anweisen des Computers zum Erhalten von Phantombildern, zur Verarbeitung der Phantombilder und zum Extrahieren einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern konfiguriert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt ein bildliche Darstellung eines Tomographieabbildungssystems.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsphantomsystems.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Phantomelements des in Fig. 2 gezeigten Phantomsystems.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsphantomsystems.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, das die Abbildung eines Kalibrierungsphantomsystems beinhaltet.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Teils des in Fig. 5 gezeigten Verfahrens mit der Vorverarbeitung des Phantomelements.
Fig. 7 zeigt eine grafische Darstellung einer EM- Streukernparameterschätzung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß Fig. 1 und gemäß einem Ausführungsbeispiel erzeugt ein digitales Abbildungssystem 10 einen dreidimensionalen Datensatz, der ein abgebildetes Objekt 12 darstellt, wie eine Patientenbrust 12 bei einer Mammographietomosynthese. Das System 10 beinhaltet eine Strahlungsquelle 14, wie eine Röntgenquelle 14, und zumindest ein Erfassungsarray 16 zur Erfassung von Ansichten von einer Vielzahl von Projektionswinkeln 18. Insbesondere enthält das System 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Strahlungsquelle 14, die einen kegelförmigen Strahl aus Röntgenstrahlen projiziert, der durch das Objekt 12 fällt und auf das Erfassungsarray 16 trifft. Die bei einem Winkel 18 erhaltenen Ansichten können zur Rekonstruktion einer Vielzahl von Schnitten verwendet werden, d. h. von Bildern, die Strukturen in Ebenen 20 parallel zur Erfassungseinrichtung 16 darstellen. Das Erfassungsarray 16 ist als Feldaufbau mit einer Vielzahl von Bildelementen (nicht gezeigt) in Reihen und Spalten hergestellt, sodass ein Bild für ein vollständiges interessierendes Objekt, wie der Brust 12, erzeugt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Erfassungsarray 16 ein Herzerfassungsarray 16 und das Objekt 12 ist ein Herz 12. Jedes Bildelement enthält einen Fotosensor, wie eine Fotodiode, die über einen Schalttransistor mit zwei separaten Adressleitungen, einer Abtastleitung und einer Datenleitung verbunden ist. Die auf ein Scintillatormaterial und die Bildelementfotosensoren einfallende Strahlung misst mittels einer Änderung der Ladung über die Diode die durch die Röntgeninteraktion mit dem Scintillator erzeugte Lichtmenge. Infolgedessen erzeugt jedes Bildelement ein elektronisches Signal, das die Intensität eines auf das Erfassungsarray 16 treffenden Röntgenstrahls nach der Dämpfung durch das Objekt 12 darstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Erfassungsarray 16 eine Größe von ungefähr 20 cm mal 20 cm und ist zur Erzeugung von Ansichten für ein gesamtes interessierendes Objekt konfiguriert, beispielsweise der Brust 12. Alternativ dazu hat das Erfassungsarray 16 eine variable Größe in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung. Außerdem können die individuellen Bildelemente auf dem Erfassungsarray 16 auch eine beliebige Größe in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung haben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der rekonstruierte dreidimensionale Datensatz nicht in Schnitten, die Ebenen parallel zur Erfassungseinrichtung 16 entsprechen, sondern auf allgemeinere Weise angeordnet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel besteht der rekonstruierte Datensatz lediglich aus einem einzelnen zweidimensionalen Bild oder einer eindimensionalen Funktion. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel hat die Erfassungseinrichtung 16 keine planare Form.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Strahlungsquelle 14 und das Erfassungsarray 16 relativ zum Objekt 12 und gegeneinander bewegbar. Insbesondere sind die Strahlungsquelle 14 und das Erfassungsarray 16 derart beweglich, dass der Projektionswinkel 18 des abgebildeten Volumens geändert wird. Die Strahlungsquelle 14 und das Erfassungsarray 16 sind derart beweglich, dass der Projektionswinkel 18 ein beliebiger spitzer oder schiefer Projektionswinkel sein kann.
Der Betrieb der Strahlungsquelle 14 wird durch eine Steuereinrichtung 28 des Abbildungssystems 10 gesteuert. Die Steuereinrichtung 28 enthält eine Strahlungssteuereinrichtung 30, die die Strahlungsquelle 14 mit Energie und Zeitsignalen versorgt, und eine Motorsteuereinrichtung 32, die die jeweilige Bewegungsgeschwindigkeit und Position der Strahlungsquelle 14 und des Erfassungsarrays 16 steuert. Ein Datenerfassungssystem (DAS) 34 in der Steuereinrichtung 28 tastet digitale Daten von der Erfassungseinrichtung 16 zur nachfolgenden Verarbeitung ab. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 36 empfängt den abgetasteten und digitalisierten Projektionsdatensatz vom DAS 34 und führt eine Hochgeschwindigkeitsbildrekonstruktion wie hier beschrieben durch. Der rekonstruierte dreidimensionale Datensatz, der das abgebildete Objekt 12 darstellt, wird einem Computer 38 als Eingangssignal zugeführt, der den dreidimensionalen Datensatz in einer Massenspeichereinrichtung 40 speichert. Die Bildrekonstruktionseinrichtung 36 ist zur Durchführung von hier beschriebenen Funktionen programmiert, und der hier verwendete Ausdruck Bildrekonstruktionseinrichtung bezieht sich auf Computer, Prozessoren, Mikrocontroller, Mikrocomputer, programmierbare Logikcontroller, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen und andere programmierbare Schaltungen.
Der Computer 38 empfängt auch Befehle und Abtastparameter von einem Bediener über eine Konsole 42, die eine Eingabeeinrichtung aufweist. Eine Anzeigeeinrichtung 44, wie ein Kathodenstrahlröhre und eine Flüssigkristallanzeige (LCD), ermöglicht dem Bediener die Beobachtung des rekonstruierten dreidimensionalen Datensatzes und anderer Daten vom Computer 38. Die vom Bediener zugeführten Befehle und Parameter werden vom Computer 38 zur Bereitstellung von Steuersignalen und Informationen für das DAS 34, die Motorsteuereinrichtung 32 und die Strahlungssteuereinrichtung 30 verwendet.
Im Betrieb ist ein Patient derart positioniert, dass sich das interessierende Objekt 12 im Ansichtfeld des Systems 10 befindet, d. h., die Brust 12 ist im abgebildeten Volumen positioniert, das sich zwischen der Strahlungsquelle 14 und dem Erfassungsarray 16 erstreckt. Dann werden Ansichten der Brust 12 aus zumindest zwei Projektionswinkeln 18 zur Erzeugung eines Projektionsdatensatzes des interessierenden Volumens erfasst. Die Vielzahl der Ansichten stellt den Tomosyntheseprojektionsdatensatz dar. Der erfasste Projektionsdatensatz wird dann zur Erzeugung eines zweidimensionalen Datensatzes verwendet, d. h., einer Vielzahl von Schnitten für die abgetastete Brust 12, die die dreidimensionale Radiographiedarstellung der abgebildeten Brust 12 ist. Nach der Freigabe der Strahlungsquelle 14, sodass die Strahlung an einem ersten Projektionswinkel 46 emittiert wird, wird eine Ansicht unter Verwendung des Erfassungsarrays 16 erfasst. Der Projektionswinkel 18 des Systems 10 wird dann durch Bewegen der Position der Quelle 14 derart geändert, dass die Mittelachse 48 der Strahlung auf einen zweiten Projektionswinkel 49 geändert wird, und die Position des Erfassungsarrays 16 wird derart geändert, dass die Brust 12 im Ansichtfeld des Systems 10 bleibt. Die Strahlungsquelle 14 wird wieder freigegeben und eine Ansicht wird für den zweiten Projektionswinkel 49 erfasst. Der gleiche Vorgang wird dann für eine Vielzahl nachfolgender Projektionswinkel 18 wiederholt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsphantomsystems 50, das nicht unitär ist und eine Vielzahl von Phantomelementen 52 mit zumindest einem ersten Phantomelementmaterialblock 54 und zumindest einem zweiten Phantomelementmaterialblock 56 enthält, die zusammen auf der Erfassungseinrichtung 16 positioniert sind. Der erste Phantomelementmaterialblock 54 hat eine erste Oberfläche 58 an einer ersten Höhe 60 und enthält zumindest teilweise ein erstes Material 62, wie ein Material 62, das der Brust äquivalent ist. Der erste Phantomelementmaterialblock 54 weist auch einen ersten Dämpfungskoeffizienten auf. Der zweite Phantomelementmaterialblock 56 hat eine zweite Oberfläche 64 an einer zweiten Höhe 66, die von der ersten Höhe 60 verschieden ist, und enthält zumindest teilweise ein zweites Material 68, wie ein Material 68, das ein zweites Äquivalent der Brust darstellt. Der zweite Phantomelementmaterialblock 56 weist auch einen zweiten Dämpfungskoeffizienten auf, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist.
Im Gebrauch enthält das Kalibrierungsphantomsystem 50 eine Vielzahl von Phantomelementen 52, die in einer Vielzahl angrenzender Reihen 70 und angrenzender Spalten 72 angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel sind ein erster Phantomelementmaterialblock 54 und ein zweiter Phantomelementmaterialblock 56 in absteigender Reihenfolge des Dämpfungskoeffizienten positioniert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind der erste Phantomelementmaterialblock 54 und der zweite Phantomelementmaterialblock 56 in absteigender Reihenfolge der Höhe angeordnet. Alternativ dazu kann eine Vielzahl von Phantomelementen 52, die in einer anderen Konfiguration angeordnet sind, verwendet werden, da das Profil der Dämpfungskoeffizienten über das Kalibrierungsphantomsystem 50 eine Wahl des Entwurfs ist und nicht dem in Fig. 2 gezeigten entsprechen muss. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Phantomelemente 52 gemeinsam auf der Erfassungseinrichtung 16 positioniert, sodass die Phantomelemente 52 sich im Ansichtfeld der Röntgenquelle 14 befinden. Bei einem Ausführungsbeispiel entspricht das am wenigsten dämpfende Material dem Fettäquivalenten Gewebe, von dem erwartet wird, das es die geringste Röntgendämpfung in der realen menschlichen Brust hat. Das am stärksten dämpfende Material entspricht dem Gewebe, das äquivalent dem Glandular-/Brustmassengewebe ist, von dem erwartet wird, dass es die größte Röntgendämpfung von normal auftretendem nicht verkalktem Gewebe in einer menschlichen Brust hat. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können auch Materialien mit größerem Dämpfungskoeffizienten verwendet werden, wie Gewebeäquivalente von Kalziumphosphat oder Kalziumoxalat.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Phantomelements 52 gemäß Fig. 2, das eine Strahlungsabschirmplatte 80 und einen Elementmaterialblock 82 enthält. Die Strahlungsabschirmplatte 80 erleichtert die Verringerung von Strahlung, die den Elementmaterialblock 82 berührt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel enthält das Phantomelement 52 keine Strahlungsabschirmplatte 80.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsabschirmplatte 80 im Wesentlichen rechteckig. Alternativ dazu ist die Strahlungsabschirmplatte 80 im Wesentlichen quadratisch, oval oder kreisförmig. Die Strahlungsabschirmplatte 80 ist solide bzw. gleichmäßig und hat eine Öffnung 84 mit einer Breite 86. Die Strahlungsabschirmplatte 80 hat auch eine Länge 88, eine erste Oberfläche 90, eine zweite Oberfläche 92 und eine Dicke 94, die zwischen der ersten Oberfläche 90 und der zweiten Oberfläche 92 gemessen wird. Die Breite 86, Länge 88 und die Dicke 94 werden in Abhängigkeit von der gedachten Verwendung der Strahlungsabschirmplatte 80 variabel gewählt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die erste Oberfläche 90 und die zweite Oberfläche 92 im Wesentlichen parallel und die Öffnung 84 erstreckt sich von der ersten Oberfläche 90 durch die Strahlungsabschirmplatte 80 zur zweiten Oberfläche 92. Alternativ dazu ist die Strahlungsabschirmplatte 80 im Wesentlichen stabil oder gleichförmig ohne beabsichtigte Öffnungen, innere Hohlräume oder innere Durchgänge. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 84 im Wesentlichen kreisförmig und hat einen Durchmesser, der zwischen 0,5 mm und 5 mm liegt, obwohl ein beliebiger Durchmesser verwendet werden kann, der für das Kalibrierungsphantomelement, die vorliegende Kalibrierungsaufgabe und den gewünschten Streuausschluss geeignet ist. Alternativ dazu wird die Öffnung 84 in Abhängigkeit von der gedachten Verwendung der Strahlungsabschirmplatte 80 variabel gewählt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel enthält die Strahlungsabschirmplatte 80 eine Vielzahl von Schlitzen (nicht gezeigt). Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Strahlungsabschirmplatte 80 ein metallisches Material 96, wie Leitungsmaterial, Wolfram und Aluminium, ist aber nicht darauf beschränkt. Das metallische Material 96 wird zur Erleichterung einer Erhöhung oder Verringerung der Röntgendämpfung ausgewählt. Bei einem Ausführungsbeispiel bedeckt die Strahlungsabschirmplatte 80 im Wesentlichen den Elementmaterialblock 82. Alternativ dazu bedeckt die Strahlungsabschirmplatte 80 einen Teil des Elementmaterialblocks 82. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel bedeckt die Strahlungsabschirmplatte 80 nichts vom Elementmaterialblock 82.
Der Elementmaterialblock 82 ist im Wesentlichen solide oder gleichmäßig ohne beabsichtigte innere Hohlräume oder innere Passagen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Elementmaterialblock 82 im Wesentlichen rechteckig. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Elementmaterialblock 82 im Wesentlichen quadratisch, sphärisch oder hat eine Form mit einem ovalen Querschnitt. Der Elementmaterialblock 82 hat eine Breite 100, eine Länge 102, eine erste Oberfläche 104, eine zweite Oberfläche 106 und eine Höhe 108, die zwischen der ersten Oberfläche 104 und der zweiten Oberfläche 106 gemessen wird. Die Höhe 108 wird in Abhängigkeit von der gedachten Verwendung variabel ausgewählt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die erste Oberfläche 104 und die zweite Oberfläche 106 im Wesentlichen parallel. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Elementmaterialblock 82 ein brustäquivalentes Material 108, ist aber nicht darauf beschränkt. Alternativ dazu enthält der Elementmaterialblock 82 echtes Gewebe (nicht gezeigt). Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsabschirmplatte 80 mit dem Elementmaterialblock 82 in Reibung, um die Entfernung der Strahlungsabschirmplatte 80 während der Kalibrierung zu erleichtern.
Der Elementmaterialblock 82 beinhaltet ein Dämpfungsspektrum µ_i(E), d. h., der Dämpfungskoeffizient ist eine Funktion der Photonenenergie E über seine Höhe 108, wobei E eine Röntgenphotonenenergie und µ_i ein Dämpfungskoeffizient eines einzelnen Röntgenstrahls im Spektrum ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Breite 100 und die Länge 102 zur Erleichterung der Kalibrierung variabel gewählt. Beispielsweise können Phantomelemente 52 mit den geringsten Höhen 108 aufgrund von Streukerneffekten derart eingerichtet sein, dass sie den kleinsten Fußabdruck haben, d. h., die kleinste Elementregion auf der Erfassungseinrichtung. Alternativ dazu können die Phantomelemente 52 nicht rechteckig sein, d. h., "gerichtet" sein, um zu erleichtern, dass das Phantomelement 52 auf einen Quellenbrennpunkt zeigt, um die Änderung einer spezifischen Geometrie des Phantomelements 52 zu erleichtern. Eine Phantom-"Verdrillung" (Scherung) anhand des gezeigten Entwurfs ist möglich und kann für Kalibrierungsaufgaben mit bekannten Geometrien nützlich sein.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Kalibrierungsphantomsystems 110. Das Kalibrierungsphantomsystem 110 ist unitär und enthält eine Vielzahl von Phantomprojektionen 112, wobei jede Phantomprojektion eine erste Oberfläche 114 an einer ersten Höhe 116 und eine zweite Oberfläche 118 an einer zweiten Höhe 120 enthält, die von der ersten Höhe 116 verschieden ist. Das Kalibrierungsphantomsystem 110 ist unter Verwendung eines sich örtlich verändernden Gradienten von Materialien 122 hergestellt, wie brustäquivalente Materialien 122. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kalibrierungsphantomsystem 110 im Spritzguss hergestellt, d. h., eine Mischung konstituierender Polymerkonzentrationen wird während des Einspritzens gesteuert, sodass die Materialzusammensetzung örtlich variiert, obwohl andere Ansätze ähnliche Eigenschaften bei Kalibrierungsphantomen liefern können.
Im Gebrauch werden die Höhen 116 und 120 derart gewählt, dass sie näherungsweise mit den erwarteten Brustdickenveränderungen übereinstimmen, die in einer medizinischen Klinik gesehen werden. Beispielsweise wird die kleinste Höhe zu näherungsweise 3 cm gewählt, und die größte kann näherungsweise 7 cm sein. Alternativ dazu kann eine willkürliche Abtastung der Höhenverteilungen verwendet werden, was vom Zweck der Kalibrierung abhängt.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 130 mit der Bereitstellung 132 eines Kalibrierungsphantomsystems, der Abb. 134 des Kalibrierungsphantomsystems mit dem medizinischen Abbildungssystem 10 (siehe Fig. 1) zur Erzeugung zumindest eines Phantombildes, der Verarbeitung 136 zumindest eines Phantombildes und der Extraktion 138 einer Vielzahl von Kalibrierungswerten von zumindest einem verarbeiteten 136 Phantombild zur Erzeugung einer Kalibrierungskurve.
Die Bereitstellung 132 eines Kalibrierungsphantomsystems beinhaltet die Bereitstellung eines Kalibrierungsphantomsystems 50 (siehe Fig. 2) und eines Kalibrierungsphantomsystems 110 (siehe Fig. 4). Alternativ dazu kann eine Vielzahl alternativer Ausführungsbeispiele von Kalibrierungsphantomsystemen 50 vorgesehen werden.
Die Abb. 134 des Kalibrierungsphantomsystems 50 mit dem medizinischen Abbildungssystem 10 (siehe Fig. 1) zur Erzeugung zumindest eines Phantombildes beinhaltet die Positionierung 140 des Kalibrierungsphantomsystems 50 zwischen der Strahlungsquelle 14 (siehe Fig. 1) und dem Erfassungsarray 16 (siehe Fig. 1), die Einstellung 142 von Bilderfassungsparametern für zumindest ein Phantombild und die Erfassung 144 zumindest eines digitalen Bildes und zumindest eines Filmschablonenbildes. Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Positionierung 140 des Kalibrierungsphantomsystems 50 eine Transaktion, Rotation und Kippung des Kalibrierungsphantomsystems 50 derart, dass sich das Kalibrierungsphantomsystem 50 zwischen der Strahlungsquelle 14 und dem Erfassungsarray 16 befindet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kalibrierungsphantomsystem 50 mit einem bekannten Antistreuungsgitter (nicht gezeigt) in Kontakt. Alternativ dazu wird das Antistreuungsgitter nicht verwendet und das Kalibrierungsphantomsystem 50 ist auf dem Erfassungsarray 18 positioniert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Kalibrierungsphantomsystem 50 an einem Punkt zwischen der Strahlungsquelle 14 und dem Erfassungsarray 16 aufgehängt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Kompressionspaddel (nicht gezeigt) oder eine andere Einrichtung zur Positionierung des Kalibrierungsphantomsystems 50 zwischen der Strahlungsquelle 14 und dem Erfassungsarray 16 verwendet. Die Einstellung 142 der Bilderfassungsparameter hängt vom verwendeten bestimmten Röntgenverfahren ab, wobei die Parameter 1) das Anodenmaterial, 2) das Filtermaterial, 3) die kVp (erzeugte Spitzen-Kiloelektronen-Volt- Photonenenergie) und die mAs, was ein Maß der Ladung ist, enthalten. Eine typische Auswahl von Anodenmaterialien sind: a) Molybdän, b) Rhodium oder c) Wolfram. Das Filter kann aus einem beliebigen Material sein. Typischerweise ist das Filter aus a) Molybdän oder b) Rhodium. Allerdings beinhalten die Auswahlmöglichkeiten für das Filtermaterial im Mammographieenergiebereich Cu, Al, W und Lucit. Die kVp für Mammographieenergien liegt typischerweise zwischen 15 keV und 49 keV. Die mAs liegen typischerweise zwischen 4 mAs und 250 mAs. Eine Auswahl für jede dieser vier Variablen, das Filter, die Anode, die kVp und die mAs bilden einen "Erfassungsparametersatz", der eine Komponente davon beschreibt, was in der Praxis " Röntgentechnik" genannt wird. Beispielsweise kann ein Bediener unter Verwendung von Rh/Rh-, Mo/Rh- oder Mo/Mo- (3 Filter/Anodenkombinationen) Verfahren mit kVps zwischen 20 und 40 (21 Optionen) und entweder 50, 60, 70, 80, 90 oder 100 mAs (6 Werte) zwischen möglichen 3 × 21 × 6 = 378 verschiedenen Röntgentechniken auswählen. Zumindest eine Technik ist zur Erfassung zumindest eines Phantombildes erforderlich. Zumindest ein Phantombild wird nach der Positionierung des Kalibrierungsphantomsystems 50 erfasst. Die Erfassung 144 eines digitalen und eines Filmschablonenbildes beinhaltet die Erfassung einer Vielzahl von Bildern mit einer Vielzahl von Energien, wie bei einer Dualenergiemammographie, und eine Vielzahl von Filter- und Anodenkombinationen. Beispielsweise kann unter Verwendung des Kalibrierungsphantomsystems 50 ein Kalibrierungsvorgang die Erfassung bei 20 Kiloelektronenvolt (keV) bis 40 keV bei einer Anzahl verschiedener Filter-/Anodenkombinationen beinhalten. Die Verarbeitung 136 zumindest eines Phantombildes für jedes Kalibrierungsphantomsystem 50 kann auf spezifische Phantomelementanordnungen und die Konfiguration bei dem hier beschriebenen Bilderfassungsvorgang zugeschnitten werden. Alternativ dazu kann das Kalibrierungsphantomsystem 110 für alle hier beschriebenen Abbildungsverfahren verwendet werden.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Teils des (in Fig. 5 gezeigten) Verfahrens 130 mit der Verarbeitung 136 zumindest eines Phantombildes. Die Verarbeitung 136 zumindest eines Phantombildes enthält eine Vorverarbeitung 150 zumindest eines Phantombildes, die Schätzung 152 eines Streukerns zumindest eines vorverarbeiteten Bildes, die Korrektur 154 der Streuung unter Verwendung zumindest einer Streukernschätzung und die Schätzung 156 von Röntgenbildelementrauschen unter Verwendung zumindest eines streuungskorrigierten Bildes.
Die Vorverarbeitung 150 zumindest eines Phantombildes kann eine Dunkelrahmenkorrektur enthalten, d. h., indem eine Röntgenabtastung ohne Röntgenstrahlung vor der Phantombilderfassung erfasst wird. Das "Dunkelrahmenbild" kann vom Phantombild subtrahiert werden.
Alternativ dazu kann das Bild bezüglich der Verstärkung korrigiert oder unabhängig hinsichtlich des Winkels von Röntgeneinfalleffekten auf dem Erfassungsarray 16 korrigiert werden, d. h. durch den Bediener korrigiert werden. Die Verstärkungskorrektur bzw. Ausbeutekorrektur und unabhängige Korrektur werden verwendet, um einen variablen Fluss der Strahlungsquelle 14 über das Erfassungsarray 16 zu berücksichtigen. Während der Verwendung kann ein effektiver Fluss an einem individuellen Bildelement (nicht gezeigt) unter Verwendung einer Funktion bezüglich des Kosinus des Winkels von der Anode zu dem spezifischen digitalen Erfassungseinrichtungsbildelement oder im Fall einer Filmschablone zu dem spezifischen Ort des Films berechnet werden.
Die Schätzung 152 eines Streukerns unter Verwendung zumindest eines vorverarbeiteten Bildes beinhaltet die Verwendung der Strahlungsabschirmplatte 80 (siehe Fig. 3) und einer Vielzahl von Kalibrierungsphantomsystemen, wie dem Kalibrierungsphantomsystem 50 und dem Kalibrierungsphantomsystem 110. Alternativ dazu kann die Schätzung 152 eines Streukerns unter Verwendung zumindest eines vorverarbeiteten Bildes ohne die Verwendung der Strahlungsabschirmplatte 80 bewirkt werden. Insbesondere können Streukernschätzungen zum Kompensieren der Streumenge und der primären Röntgenereignisreduktion in verschiedenen Abbildungssystemanordnungen eingerichtet werden, wie einem Abbildungssystem mit einem Antistreugitter und einem Abbildungssystem, das kein Antistreugitter enthält. Ferner können Streukernschätzungen entsprechend der Streumenge und primären Röntgenereignisreduktion in verschiedenen Phantomelementanordnungen eingerichtet werden, wie bei Bildern, die direkt auf der Erfassungseinrichtung 16 mit entferntem Antistreugitter erfasst werden, und Bildern, die nahe der Strahlungsquelle 14 erfasst werden. Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Schätzung 152 eines Streukerns unter Verwendung zumindest eines vorverarbeiteten Bildes die Erfassung von Phantombildern mit einer Strahlungsabschirmplatte 80, die sich über eine Oberfläche des Elementmaterialblocks 82 erstreckt und eine Öffnung 86 beinhaltet.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Schätzung 152 eines Streukerns unter Verwendung zumindest eines vorverarbeiteten Bildes auch die Lokalisierung von Spitzen, die Primärereignissen unter der Öffnung 84 entsprechen, die Schätzung eines Streukernträgers, d. h., die Kernorte mit Werten größer als eine kleine Konstante, und die Verwendung von a priori Informationen über die Phantomelemente 52, d. h. die Materialblockhöhe, den Öffnungsdurchmesser, die Phantomelementanordnung, den Phantomelementaufbau, d. h., Streugitter oder kein Streugitter, aufgehängt über der Erfassungseinrichtung 16 oder direkt auf der Erfassungseinrichtung 16 und andere geometrische Auswirkungen. Die Schätzung 152 eines Streukerns enthält auch die Schätzung einer Streukernform, Amplitude und Amplitude primärer Röntgenereignisse unter Verwendung einer Vielzahl von Entfaltungsverfahren, wie im Fourier- und Ortsbereich bei einer beliebigen Untergruppe der Phantomelementerfassungseinrichtungsabdrücke. Ein gestreutes Röntgenereignis bedeutet, dass ein an der Anode in Richtung der Erfassungseinrichtung 16 emittiertes Photon während der Röntgentrajektorie durch ein Material von einem Atomkern im Materialblock derart abgelenkt wird, dass die Röntgentrajektorie wesentlich von einer geraden Linie abweicht. Alle anderen Photonen, die von der Anode emittiert werden und auf der Erfassungseinrichtung auftreffen werden hier als Primärereignisse bezeichnet.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Schätzung 152 eines Streukerns unter Verwendung zumindest eines vorverarbeiteten Bildes durch Erfassung einer Vielzahl von Phantombildern unter Verwendung einer Strahlungsabschirmplatte 80 bewirkt, die sich über einen Teil des Elementmaterialblocks 82 erstreckt und eine Öffnung 82 enthält. Die Schätzung 152 eines Streukerns zumindest eines vorverarbeiteten Bildes beinhaltet auch die Schätzung des Orts der Streuung oder von Streu- und Primärereigniskanten unter Verwendung von a priori Informationen beruhend auf der Phantomelementanordnung und Konfiguration, die Schätzung einer Kantenspreizfunktion unter Verwendung der Primärereigniskantenorte und die Schätzung eines Streukerns unter Verwendung von a priori Informationen des Streukerns oder der Physik, die die Streukerneigenschaften definiert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Schätzen 152 eines Streukerns unter Verwendung zumindest eines vorverarbeiteten Bildes die Erfassung einer Vielzahl von Phantombildern ohne die Verwendung einer Strahlungsabschirmplatte 80. Die Schätzung 152 eines Streukerns unter Verwendung zumindest eines vorverarbeiteten Bildes beinhaltet auch die Schätzung von Kantenorten zwischen Ereignissen, die reine Streuung sind, und Ereignissen, die aufgrund von Kombinationen gestreuter und primärer Röntgenphotonen geschehen, die Schätzung von Kantenorten zwischen einer Vielzahl von brustäquivalenten Materialien 62, 68 und die Schätzung von Kantenorten zwischen einer Vielzahl von brustäquivalenten Materialphantomelementhöhen 66, 60. Die Kanteninformationen können a priori aus einer Phantompositionsmessung verfügbar sein. Die Streukernschätzung beinhaltet auch die Schätzung eines Streukernträgers unter Verwendung einer Vielzahl von Kantenorten, die Schätzung einer Vielzahl von sich örtlich verändernden primären und gestreuten Röntgenereignisbeiträgen unter Verwendung der Kernträgerschätzungen und die Lösung dieses inversen Problems der primären Schätzung anhand von Beobachtungen gestreuter und primärer Strahlung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung des Kalibrierungsphantomsystems 50 mit der Strahlungsabschirmplatte 80 beinhaltet die Schätzung 152 eines Streukerns unter Verwendung zumindest eines vorverarbeiteten Bildes die Bestimmung der Bildelementorte der primären Röntgenereignisse am Kalibrierungsphantomsystem 50, die Verwendung einer Kombination einer ortsabhängigen Kantenerfassung, Schwellenwertbildung und morphologischer Operatoren zur Erzeugung primärer Röntgenabdrücke.
Unter Verwendung der primären Röntgenabdrücke und unter der Annahme, dass der Streukern kreissymmetrisch ist, kann der nützliche Bereich von r_T (wobei r die Polarversion der kartesischen Koordinaten ist,

für den Kernschätzungsvorgang bestimmt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig. 3 ein Bereich r_T für das Phantomelement 52 geringer als die Breite 100 geteilt durch zwei oder die Länge 102 geteilt durch zwei. Im Gebrauch ist r_T auch größer als der Stiftlochdurchmesser 86 geteilt durch zwei (der hier r_P genannt wird). Alternativ dazu kann r_T in Abhängigkeit von der spezifischen Kalibrierungsaufgabe variabel gewählt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird der nützliche Bereich von r_T unter Verwendung von r bestimmt, wobei der Durchschnittssignalpegel y(rθ) gemittelt über θ auf R% seines Durchschnittswerts in r = r_P fällt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der nützliche Bereich von r zur Schätzung der Streukernparameter r < r_P und y(r,θ) ist größer als β für r < r_P. Beispielsweise kann eine Wahl für den nützlichen Signalpegel für die Streukernschätzung der Radius sein, wo der Durchschnittssignalpegel unter R = 5% des Durchschnittssignalspegels von y(r,θ) in r = r_P fällt.
Des Weiteren wird ein Parametermodell für den Streukern unter Verwendung des nützlichen Bereichs von rT bestimmt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Parametermodell für den Streukern Folgendes:

K_g(r) = a₁g(r,µ,σ₁)+α₂g(r,µ,σ₂)+. .+a_ng(r,m,σ_n) Gleichung 1

wobei K_g(r) das Parametermodell für den Streukern in Polarkoordinaten und g(r,µ,σ) eine zweidimensionale kreissymmetrische Gaussfunktion in r mit dem Mittelwert µ und der Standardabweichung a ist. In dem hier beschriebenen Parametermodell ist das beobachtete Mittelwertsignal eine Summe eines konstanten Terms im Inneren des r = r_P-Kreises radial symmetrischer Gaussfunktionen mit unterschiedlichen Amplituden a_k und Varianzen σ_k, die alle am Ursprung zentriert sind.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein Parametermodell für einen Streukern Folgendes:

wobei K_e(r) ein Parametermodell des Streukerns in Polarkoordinaten und a_e die Amplitude einer radial symmetrischen abfallenden Exponentialfunktion mit der Orts- Zeit-Konstante λ ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind K_e und K_g lediglich zwei Möglichkeiten für die Parametrisierung des Streukerns. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine beliebige Parametrisierung verwendet werden, die die sich örtlich verändernden Eigenschaften des Streukerns wiedergibt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Streumodell unter Verwendung eines hier beschriebenen Streukerns Folgendes:

y_c = P+P.K+η Gleichung 3

wobei y_c ein betrachtetes Bild, P eine deterministische Komponente eines Photonenzähldatums aufgrund primärer, d. h. nicht gestreuter Röntgenstrahlen und P gefaltet mit K die deterministische aber unbekannte gestreute Photonenzähldatenkomponente und η das Rauschen (Quantumrauschen und elektronisches Rauschen) im System ist. Im Gebrauch kann dieser Schätzansatz für allgemeine Streukerne K verwendet werden, und kann somit für K_e oder K_g in den Gleichungen 1 und 2 oder bei einer beliebigen anderen Kerndarstellung angewendet werden. Ein Modell für P in Polarkoordinaten ist P = β für r < rp und P = 0 für r > rp.
Fig. 7 zeigt eine grafische Darstellung einer EM- Streukernparameterschätzung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Maximum Likelihood (ML) Schätzansatz zur Identifikation der Streukernparameter verwendet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die ML- Schätzung der primären und gestreuten Ereignisse unter Verwendung eines Erwartungsmaximierungs-(EM-)Algorithmus bewirkt. Der EM-Algorithmus erfordert die Definition eines E-Schritts, eines M-Schritts und einer Initialisierung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der EM- Algorithmus durch die Berechnung der Erwartung (E-Schritt) der vollständigen Daten in der Wiederholung, in der j-ten Wiederholung

bestimmt werden, wobei β^j der Schätzwert des konstanten Signalpegels innerhalb r_p ist, was den Primärstrahlen aus dem E-Schritt entspricht. β ist der Schätzwert des beobachteten Signals lediglich aufgrund der Primärstrahlen. Beispielsweise ist mit K = K_g in Gleichung 1 der E-Schritt

und alternativ mit K = K_e in Gleichung 2 ist der E-Schritt

Mit gegebenem β^j wird die Wahrscheinlichkeit (M-Schritt) der Streukernparameter mit dem erwarteten Wert der Streuung

maximiert. Im Allgemeinen entspricht der E-Schritt der Schätzung der primären Röntgenereignisse mit gegebenem Streukern. Der M-Schritt entspricht der Schätzung der Streukerneigenschaften unter der Annahme, dass die primären Ereignisse bekannt sind. Dieses Konzept ist in Fig. 7 veranschaulicht.
Ein Anfangsschätzwert der primären Ereignisse wird zum Initialisieren der gesamten EMs bestimmt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ergibt sich die Initialisierung zu:

wobei β₀ dem Durchschnittsphotonenzählwert in einer Apertur entspricht. Alternativ dazu kann eine beliebige Initialisierung verwendet werden, die eine Konvergenz der ML-Schätzung des Streukerns ermöglicht.
Der EM-Algorithmus kann zur Aktualisierung der Kernparameter des Streukernmodells in der j-ten Iteration des EM-Algorithmus unter Verwendung von a priori Informationen verwendet werden, die aus den Phantomelementparametern verfügbar sind. A priori Informationen beinhalten Informationen wie solche, ob das Stiftloch-Abdeckloch ein Kreis mit dem Radius d mm ist, mit r_p = 5d unter der Annahme einer Punktquelle, die sich direkt über dem Mittelpunkt des Stiftlochs befindet, und mit einem Bildelementabstand bzw. einer Bildelementganghöhe gleich 100 Mikrometer. Für alternierende Bildelementganghöhengrößen kann die gleiche Analyse angewendet werden, mit 2p Bildelementen, wobei d und p der Stiftlochdurchmesser und die Bildelementganghöhe in mm sind. Bei Strahlen, bei denen die Stiftlochmittelpunkt- Punktquellengerade nicht senkrecht zur Erfassungseinrichtung ist, kann eine geeignete Geometrietransformation bei dem primären und gestreuten Röntgenabdruck angewendet werden. Im Gebrauch wickelt die Transformation den im Erfassungseinrichtungsraum beobachteten Abdruck in den Abdruck, der im Erfassungseinrichtungsraum für eine Punktquelle erwartet wird, die sich direkt über dem Stiftlochmittelpunkt befindet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann in Abhängigkeit von der gewünschten Wiedergabetreue für eine erste Näherung die geometrische Transformation auch weggelassen werden, und β^j kann folgendermaßen geschätzt werden:

wobei p_a(r) ein Rechteckimpuls der Breite a von r = 0 bis r = a ist, und K der Streukern ist, wobei K_e, K_g oder ein anderer Streukernschätzwert aus der j-ten Iteration für K verwendet werden kann. Ist beispielsweise K(r) = K_g(r,a_i,σ_i), sind a_i und σ_i Schätzwerte der Amplituden und Standardabweichungen der Gauss'schen Komponenten des Streukerns, der in der vorhergehenden Iteration des EM- Algorithmus geschätzt wurde. Ist alternativ dazu K(r) = K_e(r), sind a_e und λ die Amplituden- und Lambdaschätzwerte aus der vorhergehenden Iteration.
Der M-Schritt erfordert eine Definition der unvollständigen Daten g, die durch die Schätzung der Primärstrahlung durch die Apertur "vervollständigt" werden, der bei der Parameterschätzung aus dem E-Schritt berechnet wird. Der M-Schritt ergibt sich zu:
Wie es gezeigt ist, sind die unvollständigen Daten eine Beobachtung minus einer Erwartung einer Primärstrahlungskomponente in einer Apertur bei einer vorhergehenden Iteration. Dann wird ein ML-Ansatz für die Schätzung der Streukernparameter verwendet. Dies kann in einem Transformationsraum genähert werden, wie dem Fourier- Raum oder Wavelet-Raum, oder kann im Ortsbereich selbst genähert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht ein Ansatz darin, zuerst einen Schätzwert des Streukerns unter Verwendung einer regulären Fourieranalyse zu erzeugen. Ist beispielsweise G(ω) eine Ortsfrequenzdarstellung von g^j(r), und ist Φ(ω) eine Ortsfrequenzschätzung der Primärstrahlung durch eine Apertur P, ergibt sich eine theoretische Streukernfrequenzbereichdarstellung zu:

wobei τ^-1 die inverse Fouriertransformation darstellt. In der Praxis ist die Streukernschätzung durch Nullwerte in der Frequenzbereichdarstellung Φ(ω) der Primärstrahlung kompliziert. Bekannte Regulierungsansätze können zur Milderung dieser Schwierigkeit angewendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht ein Ansatz im Setzen eines unteren Werts für die Fourierkoeffizienten von Φ(ω). Fallen die Fourierkoeffizienten in Φ(ω) unter diese Grenze, wird der entsprechende Koeffizient im Verhältnis auf null gesetzt. Auf diese Weise wird die Schätzung von K(r) unempfindlich bezüglich spezieller Formen von d~(ω) gemacht. Mit gegebenem Schätzwert von K(r) kann eine Vielzahl von Parameteranpassungsroutinen bei den Kernparametern angewendet werden, d. h., K wird tatsächlich parametrisiert, wie für K_e und K_g. Alternativ dazu kann der regulierte Schätzwert von K(r) für die nächste Iteration verwendet werden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von ML- Gauss-Mischanpassungsroutinen zum Schätzen der Parameter für den Streukern in Gleichung 1 verwendet werden, wie ein EM-Ansatz für die Parameterschätzung im M-Schritt. Der beschriebene EM-Ansatz ist daher ein verschachtelter EM- Ansatz.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Ansatz durch zusätzliche Bedingungen verfeinert werden.
Beispielsweise verfeinert die Bedingung a_k > 0 und das Setzen von Streukernmittelwerten auf null den Parametersuchraum nach den interessierenden Kernen. Auf diese Weise kann der Satz von a_k und σ_k geschätzt werden. Alternative Ansätze für den M-Schritt enthalten eine lockerere Fourieranalyse, Energieminimierungsansätze und iterierte konditionelle Erwartungsansätze. Alternativ dazu kann ein beliebiger Ansatz verwendet werden, der eine ML- Schätzung der Kernparameter liefert. Der EM- Streukernparameterschätzvorgang ist schematisch in Fig. 7 gezeigt.
Die Schätzung 154 der primären Ereignisse auf der Erfassungseinrichtung unter Verwendung der Streukernschätzungen beinhaltet die Verwendung der hier zuvor bestimmten Streukernschätzung und der Vorabinformationen über die Phantomelementanordnung. Die Primärereignisse können in einer Vielzahl von Verfahren geschätzt werden. Ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Streuungsschätzung nicht erforderlich, da die Kollimation der Aperturen in den Strahlungsabschirmplattenabschirmungen den Streuungsbeitrag in der Apertur erheblich verringert, kann die Primärschätzung durch die mittleren Zähldaten im Inneren des Röntgenaperturabdrucks oder der Erfassungseinrichtung genähert werden. Ist alternativ dazu der Streuungsbeitrag bekannt, aber eine Streukernschätzung P nicht speziell erforderlich, kann ein Bruchteil der mittleren Zählwertdaten im Inneren der Röntgenapertur zum Schätzen des primären Strahlungsbeitrags verwendet werden. Alternativ dazu kann ein beliebiges Ausführungsbeispiel des E-Schritts aus dem EM-Ansatz zum Schätzen von Primärstrahlen in der Streukernschätzung verwendet werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Streuung vernachlässigt werden, und sie muss weder geschätzt noch von den gemessenen Zählwerten subtrahiert werden.
Die Schätzung 156 von Röntgenbildelementrauschen unter Verwendung zumindest eines bezüglich Streuung korrigierten Bildes beinhaltet die Schätzung der Rauschbeiträge von den primären und gestreuten Strahlungsbeiträgen zur Berechnung des Rauschens auf den Primärstrahlen mit den Schätzungen der primären und gestreuten Strahlungsbeiträge. Alternativ dazu kann das erwartete Rauschen in der Streukernregion durch Modellierung unter Verwendung einer Poisson-Verteilung der Röntgenereignisse anstelle der Schätzung solcher Rauschparameter direkt aus der Abbildung bestimmt werden. Eine andere Alternative der Rauschschätzung ist die Beseitigung der Strahlungsabschirmplatte 80 und die Erfassung eines weiteren Röntgenbildes und die Schätzung von Rauschen unter Verwendung dieses Bildes. Eine alternative Rauschschätzung besteht im Modellieren des Rauschens als Funktion der Materialblockzusammensetzung und die Verwendung dieser Schätzungen zur Berechnung von Fehlerbalken in Gewebezusammensetzungsschätzwerten. In der Praxis kann beim Schätzen von Rauschen aus den Bildern selbst oder als theoretische Werte beruhend auf einer Materialblockzusammensetzung eine Vielzahl von Metriken zum Quantifizieren der Variabilität verwendet werden, die eine Standardabweichung, Varianz, robuste Statistiken und Hausdorff-Metriken bei Subregionen von Photonenzählwerten einschließt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Rauschvarianz verwendet. Unter Verwendung einer Subregion eines bestimmten Bildes und unter Verwendung einer bekannten Kalibrierungsphantomgeometrie, d. h., eines Röntgenaperturabdrucks, kann das Rauschen unter Verwendung eines einfachen Modells der Streu- und primären Rauschbeiträge geschätzt werden. Beispielsweise kann das Photonenzählwertrauschen unter Verwendung der Abdeckplatte 80 anhand Gleichung 8 geschätzt werden:

wobei die Variable r_T zum Beschreiben des verwendbaren Radius für die Rauschleistungsschätzung verwendet wird.
Die Extraktion 138 einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus zumindest einem verarbeiteten Phantombild zur Erzeugung einer Kalibrierungskurve beinhaltet die Verwendung der Primärereignisse und Rauschschätzungen zur Erzeugung einer Kalibrierungskurve. In der Praxis werden die primären Röntgenereignisse (Photonenzählwerte) an der Erfassungseinrichtung aufgrund jedes Phantomelements berechnet. Der Dämpfungskoeffizient für den i-ten Materialblock kann unter Verwendung der folgenden Beziehung geschätzt werden:

wobei β_i(T) die Photonenzählwertdaten als Funktion der Dicke für eine spezifische Materialblockzusammensetzung sind. Beispielsweise können die Dämpfungskoeffizienten sowohl für Fett- als auch Glandulargewebe unter Verwendung von Gleichung 9 geschätzt werden. In der Praxis kann die Funktion mit einer Polynom-, Spline- oder anderen Kurve angepasst werden, die für die Berechnung der Ableitung in Gleichung 9 geeignet ist, da die kontinuierliche Version von β(T) eventuell nicht bekannt ist, oder nur für eine ausgewählte Anzahl von Dicken T bekannt ist.
Obwohl die Erfindung hinsichtlich verschiedener spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, dass die Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der Patentansprüche modifiziert werden kann.
Vorstehend ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Abbildungssystems beschrieben, das eine Strahlungsquelle und eine digitale Erfassungseinrichtung enthält. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung eines Kalibrierungsphantomsystems mit einem ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, wobei der erste Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein erstes Material mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten aufweist. Die Bereitstellung eines Kalibrierungsphantomsystems enthält auch die Bereitstellung eines zweiten Phantomelementmaterialblocks mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten Höhe verschieden ist, wobei der zweite Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten enthält, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung angeordnet sind. Das Verfahren enthält auch die Abbildung des Kalibrierungsphantomsystems zum Erhalten von Phantombildern, die Verarbeitung der Phantombilder und die Extraktion einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern.

Claims

1. Kalibrierungsphantomsystem zur Verwendung mit einem Abbildungssystem, mit
einem ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, der zumindest teilweise ein erstes Material mit einem erstem Dämpfungskoeffizienten umfasst, und
einem zweiten Phantomelementmaterialblock mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten Höhe verschieden ist, der zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten umfasst, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock auf einer Erfassungseinrichtung zusammen angeordnet sind.

2. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 1, ferner mit einer ersten Strahlungsabschirmplatte, die auf dem ersten Phantomelementmaterialblock positioniert ist, und einer zweiten Strahlungsabschirmplatte, die auf dem zweiten Phantomelementmaterialblock positioniert ist.

3. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Phantomelementmaterialblock im Wesentlichen rechteckig ist.

4. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 2, wobei die erste Strahlungsabschirmplatte im Wesentlichen rechteckig ist.

5. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 1, wobei der Elementmaterialblock ein Material umfasst, das dem einer Brust äquivalent ist.

6. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 1, wobei das erste Phantomelement und das zweite Phantomelement in absteigender Größe der Dämpfungskoeffizienten zusammen positioniert sind.

7. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 2, wobei die Strahlungsabschirmplatte sich über eine Oberfläche des Elementmaterialblocks erstreckt.

8. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 2, wobei die Strahlungsabschirmplatte eine Öffnung umfasst.

9. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 2, wobei die Strahlungsabschirmplatte ein metallisches Material umfasst.

10. Kalibrierungsphantomsystem nach Anspruch 9, wobei die Strahlungsabschirmplatte zumindest teilweise Leitungsmaterial und/oder Wolfram und/oder Aluminium umfasst.

11. Kalibrierungsphantomsystem zur Verwendung mit einem Abbildungssystem, mit
einem ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, wobei der erste Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein erstes Material mit einer ersten Dämpfung umfasst,
einer Strahlungsabschirmplatte, die auf dem ersten Phantomelementmaterialblock positioniert ist, und einem zweiten Phantomelementmaterialblock mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten Höhe verschieden ist, wobei der zweite Phantomelementmaterialblock zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten umfasst, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung positioniert sind.

12. Verfahren zur Kalibrierung eines Abbildungssystems, das eine Strahlungsquelle und eine digitale Erfassungseinrichtung enthält, mit den Schritten
Bereitstellen eines Kalibrierungsphantomsystems mit einem ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, der zumindest teilweise ein erstes Material mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten umfasst, und einem zweiten Phantomelementmaterialblock mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten Höhe verschieden ist, der zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten umfasst, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung positioniert sind,
Abbilden des Kalibrierungsphantomsystems zum Erhalten von Phantombildern,
Verarbeiten der Phantombilder und
Extrahieren einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern.

13. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abbildung des Kalibrierungsphantomsystems die Schritte umfasst
Positionieren des Kalibrierungsphantomsystems auf der digitalen Erfassungseinrichtung,
Einstellen von Bilderfassungsparametern für zumindest ein Bild, und
Erfassen zumindest eines digitalen Bildes und zumindest eines Filmschablonenbildes.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verarbeitung des Phantombildes die Schritte umfasst
Vorverarbeiten zumindest eines Phantombildes,
Schätzen eines Streukerns zumindest eines vorarbeiteten Bildes,
Schätzen der primären Röntgenereignisse auf der Erfassungseinrichtung unter Verwendung der Streukernschätzungen und
Schätzen eines Strahlungsbildelementrauschens unter Verwendung der primären Röntgenereignisse.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Extraktion einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern die Extraktion von Kalibrierungswerten aus dem verarbeiteten Bild zur Berechnung einer Kalibrierungskurve umfasst.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Schätzung eines Streukerns die Schätzung eines Streukerns unter Verwendung einer Strahlungsabschirmplatte umfasst.

17. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Verwendung einer Strahlungsabschirmplatte die Verwendung einer Strahlungsabschirmplatte umfasst, die sich über eine Oberfläche eines Elementmaterialblocks erstreckt.

18. Verfahren zur Kalibrierung eines Abbildungssystems, das eine Strahlungsquelle und eine digitale Erfassungseinrichtung enthält, mit den Schritten
Bereitstellen eines Kalibrierungsphantomsystems mit einem ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, der zumindest teilweise ein erstes Material mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten umfasst, und einem zweiten Phantomelementmaterialblock mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe, die von der ersten Höhe verschieden ist, der zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten umfasst, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung positioniert sind,
Abbilden des Kalibrierungsphantomsystems zum Erhalten von Phantombildern, wobei die Abbildung die Positionierung des Kalibrierungsphantomsystems auf der digitalen Erfassungseinrichtung, das Einstellen von Bilderfassungsparametern für zumindest ein Bild und die Erfassen zumindest eines digitalen Bildes und zumindest eines Filmschablonenbildes umfasst,
Verarbeiten der Phantombilder, wobei die Verarbeitung eine Vorverarbeitung zumindest eines Phantombildes, eine Schätzung eines Streukerns zumindest eines vorverarbeiteten Bildes, eine Schätzung der primären Röntgenereignisse auf der Erfassungseinrichtung unter Verwendung der Streukernschätzungen und eine Schätzung eines Strahlungsbildelementrauschens unter Verwendung der primären Röntgenereignisse umfasst, und
Extrahieren einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern.

19. Computerlesbarer Träger, der mit einem Programm kodiert ist, das von einem Computer zur Kalibrierung eines Abbildungssystems ausführbar ist, das eine Strahlungsquelle und eine digitale Erfassungseinrichtung enthält, wobei das Programm zum Anweisen des Computers konfiguriert ist, um
das Kalibrierungsphantomsystem zum Erhalten von Phantombildern abzubilden, wobei das Kalibrierungsphantomsystem einen ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, der zumindest teilweise ein erstes Material in einem ersten Dämpfungskoeffizienten umfasst, und einen zweiten Phantomelementmaterialblock mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe enthält, die von der ersten Höhe verschieden ist, der zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten umfasst, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung positioniert sind,
die Phantombilder zu verarbeiten und
eine Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern zu extrahieren.

20. Computerlesbarer Träger nach Anspruch 20, wobei das Programm zur Abbildung des Kalibrierungsphantomsystems ferner dazu eingerichtet ist,
das Kalibrierungsphantomsystem auf der digitalen Erfassungseinrichtung zu positionieren,
Bilderfassungsparameter für zumindest ein Bild einzustellen, und
zumindest ein digitales Bild und zumindest ein Filmschablonenbild zu erfassen.

21. Computerlesbarer Träger nach Anspruch 20, wobei das Programm zur Verarbeitung der Phantombilder ferner dazu eingerichtet ist,
zumindest ein Phantombild vorzuverarbeiten,
einen Streukern zumindest eines vorverarbeiteten Bildes zu schätzen,
die primären Röntgenereignisse auf der Erfassungseinrichtung unter Verwendung der Streukernschätzungen zu schätzen, und
ein Strahlungsbildelementrauschen unter Verwendung der primären Röntgenereignisse zu schätzen.

22. Computerlesbarer Träger nach Anspruch 20, wobei das Programm zum Extrahieren einer Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern ferner zum Extrahieren von Kalibrierungswerten aus dem verarbeiteten Bild zur Berechnung einer Kalibrierungskurve eingerichtet ist.

23. Computerlesbarer Träger nach Anspruch 22, wobei das Programm zur Schätzung eines Streukerns ferner zum Schätzen eines Streukerns unter Verwendung einer Strahlungsabschirmplatte eingerichtet ist.

24. Computerlesbarer Träger, der mit einem Programm kodiert ist, das von einem Computer zur Kalibrierung eines Abbildungssystems ausführbar ist, das eine Strahlungsquelle und eine digitale Erfassungseinrichtung enthält, wobei das Programm zum Anweisen des Computers konfiguriert ist, um
ein Kalibrierungsphantomsystem bereitzustellen, das einen ersten Phantomelementmaterialblock mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Höhe, der zumindest teilweise ein erstes Material mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten umfasst, und einen zweiten Phantomelementmaterialblock mit einer zweiten Oberfläche an einer zweiten Höhe enthält, die von der ersten Höhe verschieden ist, der zumindest teilweise ein zweites Material mit einem zweiten Dämpfungskoeffizienten umfasst, der vom ersten Dämpfungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Phantomelementmaterialblock und der zweite Phantomelementmaterialblock zusammen auf einer Erfassungseinrichtung positioniert sind,
das Kalibrierungsphantomsystem zum Erhalten von Phantombildern abzubilden, wobei die Abbildung eine Positionierung des Kalibrierungsphantomsystems auf der digitalen Erfassungseinrichtung, die Einstellung von Bilderfassungsparametern für zumindest ein Bild und die Erfassung zumindest eines digitalen Bildes und zumindest eines Filmschablonenbildes umfasst,
die Phantombilder zu verarbeiten, wobei die Verarbeitung eine Vorverarbeitung zumindest eines Phantombildes, eine Schätzung eines Streukerns zumindest eines vorverarbeiteten Bildes, eine Schätzung der primären Röntgenereignisse auf der Erfassungseinrichtung unter Verwendung der Streukernschätzwerte und eine Schätzung eines Strahlungsbildelementrauschens unter Verwendung der primären Röntgenereignisse umfasst, und
eine Vielzahl von Kalibrierungswerten aus den verarbeiteten Phantombildern zu extrahieren.

25. Computerlesbarer Träger nach Anspruch 22, wobei das Programm zur Schätzung eines Streukerns ferner zum Schätzen eines Streukerns unter Verwendung einer Strahlungsabschirmplatte eingerichtet ist, die sich über eine Oberfläche eines Elementmaterialblocks erstreckt.