DE10317140A1

DE10317140A1 - Mehrmodalitäts-Röntgen- und kernmedizinisches Mammographieabbildungssystem und Verfahren

Info

Publication number: DE10317140A1
Application number: DE10317140A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Wayne Eberhard; Abdalmajeid Mosa Alyassin; Bernhard Erich Hermann Claus
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2003-11-27
Also published as: US20030194050A1; JP2003325499A

Abstract

Ein Mehrmodalitätsabbildungssystem (1) enthält ein Röntgenabbildungssubsystem (3) und ein kernmedizinisches Abbildungssubsystem (5). Das Röntgenabbildungssubsystem (3) kann ein Tomosynthesesubsystem sein. Das System kann zur Mammographieabbildung verwendet werden, so dass das Röntgenabbildungssubsystem (3) und das kernmedizinische Abbildungssubsystem (5) zur Abbildung einer durch ein Brustkompressionspaddel (41) komprimierten Brust eingerichtet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Abbildungssystem, und insbesondere auf ein Mehrmodalitäts- Röntgen- und kernmedizinisches Mammographieabbildungssystem.

Gegenwärtig werden verschiedene Mehrmodalitäts-Abbildungssensoren entwickelt. Beispielsweise beschreibt ein Artikel von Mark B. Williams et al. "Multimodality Imaging of Small Animals", veröffentlicht im Internet unter http:/ /ej.rsna.org/ej3/0107-99.fin/dual99.htm ein experimentelles Mehrmodalitätssystem zur Abbildung kleiner Tiere, wie Mäuse und Ratten. Dieses System kombiniert ein herkömmliches zweidimensionales Röntgenabbildungssystem mit einem herkömmlichen zweidimensionalen kernmedizinischen Abbildungssystem. Ein anderer Artikel von Mark B. Williams et al. "Integrated CT-SPECT System For Small Animal Imaging", veröffentlicht im Internet unter http:/ / imaging.med.virginia.edu/mbwlab/ct_spect_ms.pdf beschreibt ein experimentelles Mehrmodalitäts- Röntgencomputertomographie-(CT)- und kernmedizinisches Einzelphotonenemissionscomputertomographie-(SPECT)System zur Abbildung kleiner Tiere. Allerdings sind diese Systeme nicht an menschliche Patienten angepasst. Die zweidimensionalen Bilder liefern keine optimale Informationsmenge, während die Tomographiesysteme, die dreidimensionale (3D) Bilder erzeugen können, komplex sind, da sie eine 360°-Abtastung des Tieres erfordern. Des weiteren setzt das CT-Subsystem das Tier einer unerwünscht hohen Dosis von Röntgenstrahlen zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes aus.

Für menschliche Patienten ist die Röntgenmammographie die Modalität der Wahl für ein Brustkrebs-Screening. Allerdings ist die Empfindlichkeit der Mammographie relativ gering (zwischen 70 und 80%) und die Falschpositivrate ist sehr hoch (zwischen 70 und 90% der Biopsien sind normal). Die herkömmliche Brustabbildung beruht auf einer zweidimensionalen (2D) Standardröntgenmammographie für das Screening und anderen Modalitäten (Ultraschall, MRI oder Kernmedizin) für eine Folgediagnose. Die Röntgenmammographie kann auch für eine Folgediagnose verwendet werden. Jede Modalität hat ihre eigenen Stärken und Schwächen. Beispielsweise wird Röntgen typischerweise zur Erfassungscharakterisierung von Mikroverkalkung und Ansammlungen verwendet, während die Kernmedizin möglicherweise eine Unterscheidung zwischen gutartigen und bösartigen Ansammlungen liefern kann. Allerdings ist die Kombinierung (das heißt, Registrierung) der von Röntgen- und kernmedizinischen Mammographiesystemen erhaltenen Bilder sehr schwierig, da die Röntgenuntersuchung mit komprimierter Brust durchgeführt wird, und die kernmedizinische Untersuchung typischerweise durch die Abtastung der nichtkomprimierten Brust durchgeführt wird.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mehrmodalitätsmammographieabbildungssystem ausgebildet, mit einem Brustkompressionspaddel, einem Röntgenmammographieabbildungssubsystem zur Abbildung einer durch das Paddel komprimierten Brust und einem kernmedizinischem Mammographieabbildungssubsystem zur Abbildung der durch das Paddel komprimierten Brust.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mehrmodalitätsabbildungssystem ausgebildet, mit einem Röntgentomosynthesesubsystem und einem kernmedizinischen Abbildungssubsystem.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mehrmodalitätsmammographieabbildungssystem ausgebildet, mit einer ersten Einrichtung zur Kompression einer Patientenbrust, einer zweiten Einrichtung zur Röntgenabbildung der durch die erste Einrichtung komprimierten Brust und einer dritten Einrichtung zur kernmedizinischen Abbildung der durch die erste Einrichtung komprimierten Brust.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein kernmedizinisches Mammographiesystem ausgebildet, mit einem Brustkompressionspaddel und einer ersten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung, die beweglich in oder über dem Brustkompressionspaddel angebracht ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mehrmodalitätsmammographieverfahren ausgebildet, mit der Kompression einer Patientenbrust, der Bestrahlung der komprimierten Brust mit Röntgenstrahlen, der Erfassung der durch die Brust gesendeten Röntgenstrahlen, der Erfassung zumindest eines ersten Datensatzes einer Röntgenmodalität und Ausbildung eines ersten Bildes der Röntgenmodalität. Das Verfahren umfasst auch die Erfassung von Gammastrahlen, die von der komprimierten Brust emittiert werden, die Erfassung zumindest eines zweiten Datensatzes einer kernmedizinischen Modalität, die Ausbildung eines zweiten Bildes der kernmedizinischen Modalität und die gemeinsame Registrierung des ersten und zweiten Bildes.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Subsystems gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Subsystems gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 bis 7 zeigen schematische Darstellungen des Subsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eines Subsystems gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 9 zeigt eine schematische Draufsicht des Subsystems gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 10 zeigt einen schematischen seitlichen Querschnitt einer kernmedizinischen Erfassungseinrichtung, die sich im Brustkompressionspaddel befindet, gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder haben erkannt, dass ein Mehrmodalitätssystem und ein Verfahren für eine Mammographie (das heißt, eine Abbildung der menschlichen Brust) unter Kombination von Röntgen- und Kernmedizin die Stärken von zwei zuvor unterschiedenen Modalitäten kombiniert, um die Einschränkungen der heutigen Brustabbildungstechnologien zu beseitigen. Insbesondere wird im Mehrmodalitätsmammographieabbildungssystem ein Brustkompressionspaddel zum Komprimieren der Brust während der Röntgen- und der kernmedizinischen Untersuchungen verwendet. Somit sind sowohl das Röntgenmammographieabbildungssubsystem als auch das kernmedizinische Mammographieabbildungssubsystem des Systems zur Abbildung einer durch das Paddel komprimierten Brust eingerichtet. Die Brustkompression ist für beide Modalitäten vorzugsweise die gleiche. Allerdings kann die Kompression für die kernmedizinische Abbildung reduziert werden, da diese länger als die Röntgenabbildung dauert. Daher wird die Einfachheit der Registrierung der aus Röntgen- und kernmedizinischen Mammographiesubsystemen erhaltenen Bilder verbessert, da sowohl die Röntgen- als auch die kernmedizinische Untersuchung mit an der gleichen Position komprimierter Brust durchgeführt werden. Die registrierten Bilder können zur Anzeige eines kombinierten zwei- oder dreidimensionalen Bildes der Brust verschmolzen werden.
Die Abbildung einer komprimierten Brust liefert bei der Mammographie erhebliche Vorteile sowohl bei der Röntgen- als auch der kernmedizinischen Abbildung. Die Kompression der Brust verbreitert und trennt komplexe Strukturen in der Brust und verringert die Gesamtröntgenabsorption, wodurch die für die Abbildung erforderliche Röntgendosis verringert wird. Scintimammographiebilder werden auch mit komprimierter Patientenbrust aufgenommen, um das Signal-zu- Rausch-Verhältnis in den Aktivitätsrekonstruktionen (aufgrund geringerer Gammadämpfung im intervenierenden Brustgewebe) zu verbessern, und die Ortsauflösung zu verbessern, da der Collimator in der komprimierten Konfiguration näher an der Brust liegt. Die Verwendung der Brustkompression für beide Modalitäten ist ferner von Vorteil, da der Patient wie bei der herkömmlichen Röntgenmammographie festgestellt und positioniert wird.
Fig. 1 zeigt schematisch das Mehrmodalitätsabbildungssystem 1. Das System 1 enthält ein Röntgenmammographieabbildungssubsystem 3 und ein kernmedizinisches Mammographieabbildungssubsystem 5. Diese Systeme können optional direkt elektrisch verbunden sein, um Informationen gemeinsam zu nutzen, wie es durch die gestrichelte Linie gezeigt ist. Das System 1 enthält auch eine Bildverschmelzungs- und Visualisierungsworkstation 7. Diese Workstation 7 kann einen Universal- oder Spezialcomputer oder einen beliebigen anderen Bildprozessortyp umfassen. Die Workstation 7 empfängt durch die Subsysteme 3 und 5 erfasste Daten zur Bildung des Bildes. Vorzugsweise enthält die Workstation 7 einen Prozessor, der ein Röntgenbild mit einem kernmedizinischen Bild registriert, und eine Anzeigeeinrichtung, die ein verschmolzenes Röntgen- und kernmedizinisches Bild anzeigt.
Das Röntgenmammographieabbildungssubsystem 3 kann ein Röntgenabbildungssystem umfassen, einschließlich eines 2D-Röntgenmammographiesystems, das eine digitale Erfassungseinrichtung verwendet, eines 3D-Röntgentomosynthesesystems, bei dem die Röntgenröhre abgetastet wird und eine Vielzahl von Projektionsradiographien aus verschiedenen Winkeln hinsichtlich einer stationären Brust erfasst werden, oder eines 3D-Röntgen-CT-Systems, bei dem die Röntgenröhre über 360° abgetastet wird. Gleichermaßen kann das kernmedizinische Mammographieabbildungssubsystem 3 ein beliebiges kernmedizinisches Abbildungssystem umfassen, einschließlich eines 2D-Scintimammographiesystems, 3D-Scintimammo-Tomosynthesesystems, 3D-Positronenemissionsmammographie- oder kernmedizinischen 3D-Tomographiesystems, bei dem eine Abtastung über 360° verwendet wird, wie eines SPECT-Systems oder PET-("Positron Emission Tomographie")-Systems. Das Mehrmodalitätssystem 1 kann eine beliebige Kombination der vorstehend angeführten Subsysteme umfassen, einschließlich eines 3D-Röntgensystems mit einem kernmedizinischen 3D-System, eines 3D-Röntgensystems mit einem zweidimensionalen kernmedizinischen System, eines 2D-Röntgensystems mit einem dreidimensionalen kernmedizinischen System, und eines 2D-Röntgensystems mit einem zweidimensionalen kernmedizinischem System.
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Röntgenmammographieabbildungssubsystem ein Röntgentomosynthesesubsystem. Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das kernmedizinische Abbildungssubsystem 5 ein Scintimammo- Tomosynthesesubsystem. Gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen beide Subsysteme 3 und 5 Tomosynthesesubsysteme, die dreidimensionale Röntgen- und kernmedizinische Bilder erzeugen. Diese Systeme werden nachstehend näher beschrieben.

Erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Fig. 2 zeigt eine Darstellung der bevorzugten Komponenten des Röntgenmammographietomosynthesesubsystems 3 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Das Subsystem 3 kann zusätzliche Komponenten aufweisen oder es können nachstehend beschriebene Komponenten fehlen. Das Subsystem beinhaltet eine Röntgenquelle 11, wie eine Röntgenröhre und einen Generator, und eine Erfassungseinrichtung 13, vorzugsweise eine stationäre digitale Erfassungseinrichtung. Ein Positionierersubsystem 15, wie eine Motorsteuereinrichtung, wird zur Positionierung der Röntgenröhre, des Collimators und optional der kernmedizinischen Erfassungseinrichtung verwendet, was nachstehend näher beschrieben wird.
Das Röntgensubsystem 3 enthält auch verschiedene elektronische Komponenten. Diese Komponenten können einen einzelnen Spezial- oder Universalcomputer oder einen Mikroprozessorchip, wie einen ASIC-Chip umfassen. Alternativ dazu können diese elektronischen Komponenten mehrere verbundene Computer, Prozessoren oder Workstations umfassen. Fig. 2 zeigt, wie all diese Komponenten verschaltet sind. Die elektronischen Komponenten enthalten die Röntgensubsystemsteuereinrichtung 17, die die anderen elektronischen Komponenten, das Positionierersubsystem 15 und die Röntgenquelle 11 steuert. Das Subsystem 3 enthält auch eine Benutzerschnittstelle 19 und einen Bildrekonstruktionsabschnitt 21, der ein dreidimensionales Bild aus zweidimensionalen Projektionsradiographien rekonstruiert. Ein Erfassungseinrichtungsvorverarbeitungs- und Vorfilterungsabschnitt 23, wie ein PC- Datenerfassungssubsystem, ist mit der Erfassungseinrichtung 13 verbunden. Dieser Abschnitt 23 entfernt Artefakte, stellt eine Dickenkompensation und eine Datensegmentierung für das Röntgensubsystem 3 bereit. Bevorzugte Rekonstruktions- und Vorverarbeitungsabschnitte und Verfahren sind in der verwandten US-Patentanmeldung Nr. 10/ (Aktenzeichen des Anwalts 040849/0186) von Jeffrey Eberhard und Bernhard Claus mit dem Titel "Generalized Filtered Back-Projection Reconstruction In Digital Tomosynthesis" offenbart, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde, und hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.
Das Röntgensubsystem 3 enthält auch eine optionale Überprüfungsworkstationschnittstelle 25. Diese Schnittstelle 25 wird dazu verwendet, einem Kliniker gewisse quantitative Metriken zu präsentieren, die aus dem Bild extrahiert sind. Der Kliniker wählt eine oder mehrere Metriken aus einem Satz von Metriken zur Berechnung und Anzeige auf einer Workstationanzeigeeinrichtung oder einem Bildschirm aus, wodurch die Metriken zusammen mit einem Mammographiebild angezeigt werden. Beispielsweise kann die Schnittstelle 25 dazu verwendet werden, dem Kliniker Zugang zu 1) der gesamten prozentualen Glandularzusammensetzung oder 2) der prozentualen Glandularverteilung zu geben. Des weiteren kann sie nach einer Skizzierung der Befunde (beispielsweise Mikroverkalkungen, Ansammlungen, oder Gefäße) entweder über computergestützte Diagnose- (CAD)Algorithmen oder durch manuelle Markierung eine Zusammenfassung der quantitativen Messungen der Befunde liefern. Eine derartige bevorzugte Schnittstelle ist in der verwandten US-Patentanmeldung Nr. 10/____ (Aktenzeichen des Anwalts 040849/0184) von John Kaufhold, Bernhard Claus und Jeffrey Eberhard mit dem Titel "Method And Apparatus For Providing Mammographie Image Metrics To A Clinician" offenbart, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde, und hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.
Das Röntgentomosynthesesubsystem 3 kann ein beliebiges gewünschtes physikalisches Layout haben. Das Tomosynthesesubsystem enthält die Röntgenquelle 11, die zur Bewegung auf einer vordefinierten Trajektorie eingerichtet ist, wie auf einem bogenförmigen Weg, eine Erfassungseinrichtung 13, wie eine stationäre digitale Röntgenerfassungseinrichtung, und eine mechanische Antriebseinrichtung, die zur Bewegung der Röntgenquelle entlang einer vordefinierten Trajektorie eingerichtet ist, wie dem bogenförmigen Weg. Da die digitale Erfassungseinrichtung stationär sein kann, während sich die Röntgenquelle entlang der vordefinierten Trajektorie bewegt, liefert das Tomosynthesesystem eine Vielzahl von Projektionsradiographien der abgebildeten Brust aus einem einzigen Durchlauf der Röntgenquelle durch die vordefinierte Trajektorie, aus dem eine 3D-Darstellung der abgebildeten Brust im Bildrekonstruktionsabschnitt 21 rekonstruiert wird. Dagegen bewegt sich bei einem CT-System die Erfassungseinrichtung zusammen mit der Röntgenquelle, und viele Röntgenaufnahmen werden an einem feinen Winkelabstand aufgenommen, wenn sich die Röntgenquelle um 360° um das abgebildete Objekt dreht. Somit dauert eine CT- Abtastung länger als eine Tomosyntheseabtastung und setzt den Patienten einer höheren Röntgendosis als eine Tomosyntheseabtastung aus. Das Tomosynthesesystem ist dahingehend von Vorteil, dass es eine Gesamtröntgendosis zur Ausbildung eines dreidimensionalen Bildes verwendet, die ungefähr gleich der Dosis ist, die zur Ausbildung eines einzigen Röntgenprojektionsbildes erforderlich ist. Die zur Ausbildung eines dreidimensionalen Bildes bei einem Röntgentomosynthesesystem erforderliche geringe Röntgendosis ist insbesondere dort von Vorteil, wo sie in Kombination mit der kernmedizinischen Erfassungseinrichtung verwendet wird. Bei der Kernmedizin wird dem Patienten radioaktives Material verabreicht. Somit ist es erwünscht, die Röntgendosis so stark wie möglich zu verringern, wenn dem Patienten radioaktives Material verabreicht wird.
Fig. 3 zeigt einen Aufbau des Röntgentomosynthesesubsystems 3 mit einer Spur zur Bewegung der Röntgenquelle gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Dieses System ist detailliert in der verwandten US-Patentanmeldung mit der Nr. 10/____, (Aktenzeichen des Anwalts 040849/0187), von Yu Wang, Reinhold Wirth und James Alexander mit dem Titel "Tomosynthesis X-Ray Mammogram System And Method With Automatic Drive System" offenbart, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde, und durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.
Die Röntgenquelle 11 ist an einem oberen oder ersten Abschnitt des ersten Arms 27 befestigt. Der erste Arm 27 kann eine beliebige gewünschte Form haben, wie eine Röhren- oder Plattenform. Ein unterer oder zweiter Abschnitt des ersten Arms 27 entfernt vom ersten Abschnitt ist an einer linearen Bewegungsspur 29 befestigt.
Die mechanische Ansteuereinrichtung, wie eine Kugelumlaufspindel, die durch einen Motor angetrieben wird (die in der Figur nicht gezeigt ist, da sich die Kugelumlaufspindel in der Spur befindet), ist zur Bewegung des unteren Abschnitts des ersten Arms 27 entlang der Spur 29 zur Bewegung der Röntgenquelle 11 auf dem bogenförmigen Weg eingerichtet. Der Motor kann auch nach Wunsch auf der Spur befestigt sein. Ein seitlicher Stift 31 ist zur Erzeugung eines stabilen Antriebs im gesamten Bereich positioniert, wodurch der Spur 29 die Rotation hinsichtlich eines festen Punkts ermöglicht wird.
Die Erfassungseinrichtung 13 ist an einem zweiten Träger oder Arm 33 befestigt. Die typische Größe der Erfassungseinrichtung für eine Röntgenerfassung beträgt 24 cm × 30 cm oder 18 cm × 24 cm. Allerdings sind andere geeignete Dimensionen verwendbar. Der zweite Arm 33 kann eine beliebige gewünschte Form haben, wie eine Röhren- oder Plattenform. Eine Welle 35 verbindet die mittleren Abschnitte des ersten Arms 27 und des zweiten Arms 33, so dass die Arme 27, 33 relativ zueinander um die Welle 35 in einer Scherenbewegung rotieren können. Vorzugsweise ist der zweite Arm 33 stationär, während sich der erste Arm 27 dreht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels ist eine Schwenkpunktplatte 37 am zweiten Arm 33 befestigt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Schwenkpunktplatte 37 ist an der linearen Bewegungsspur 29 durch den seitlichen Stift 31 drehbar befestigt. Die Schwenkplatte 37 und die Spur 29 haben optional Löcher, die das Gewicht der Platte und der Spur verringern. Während der die Erfassungseinrichtung 13 und die Schwenkplatte 37 tragende Arm 33 stationär bleibt, dreht sich der erste Arm 27, und die Spur 29 bewegt sich in einer vertikalen Ebene bezüglich des zweiten Arms 33 um den seitlichen Stift 31. Die kombinierte Bewegung des ersten Arms 27 und der Spur 29 ermöglichen es dem ersten Arm, sich entlang einer linearen Bewegungsspur 29 zu bewegen, während sich die Röntgenquelle 11 auf einem bogenförmigen Weg bewegt.
Das Röntgentomosynthesesubsystem 3 ist an einem Fasslager oder einer Basis 39 befestigt. Die Erfassungseinrichtung 11 ist über dem Fasslager 39 an einer Position befestigt, die es einer Patientin erlaubt, ihre Brust auf der Erfassungseinrichtung zu platzieren. Das Subsystem 3 kann in der vertikalen Richtung relativ zum Boden einstellbar sein, um verschieden großen Patienten die Verwendung des Systems ohne Streckung oder Beugung zu ermöglichen. Das Kompressionspaddel 41 ist gleichermaßen in der Höhe verstellbar. Die bevorzugte elektronische Erfassungseinrichtung 13 beinhaltet ein Photoerfassungsarray 43 aus amorphem Silizium, das auf einem Glassubstrat 45 ausgebildet ist. Das Array 43 beinhaltet metallische Kontaktfinger 47 und metallische Kontaktleitungen 49. Ein hinsichtlich Röntgenstrahlen empfindliches Scintilatormaterial 51, wie Cäsiumiodid, ist über dem Array 43 gebildet. Das Scintilatormaterial 51 emittiert Strahlung mit einer Wellenlänge, die von den Siliziumbildelementen im Array 43 im Ansprechen auf das Empfangen eines Röngtenstrahls erfassbar ist. Allerdings können stattdessen verschiedene andere Festkörper- und digitale Vakuumröntgenerfassungseinrichtungen verwendet werden. Die Größe der Strahlung ist eine Funktion der Dämpfung der Röntgenstrahlung durch das abgebildete Objekt. Die Bildelemente des Arrays 43 wandeln die empfangene Strahlung in ein elektrisches Signal einer vorbestimmten Größe um, das der Vorverarbeitungseinrichtung 23 zugeführt und dann in ein Bild umgesetzt wird.
Allerdings wird bei alternativen bevorzugten Ausgestaltungen des Röntgentomosynthesesubsystems 3 eine bogenförmige Spur anstelle einer linearen Bewegungsspur verwendet. Beispielsweise wird bei einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung eine bogenförmige Spur 49 anstelle einer linearen Bewegungsspur 29 verwendet, wie es schematisch in Fig. 4 gezeigt ist. Der untere Abschnitt des ersten Arms 27 bewegt sich durch einen Motor 53 entlang der Spur 59. Dies bewirkt, dass sich die durch den oberen Abschnitt des ersten Arms 27 getragene Röntgenquelle 11 auf einem bogenförmigen Weg bewegt.
Das Subsystem 3 der dritten bevorzugten Ausgestaltung ist schematisch in Fig. 5 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Röntgenquelle 11 direkt an der bogenförmigen Spur 49 befestigt. Der Motor 53 ist an der Röntgenquelle 11 befestigt und ist zur Bewegung der Röntgenquelle entlang der bogenförmigen Spur 59 eingerichtet. Der Motor 53 ist vorzugsweise auch an der Spur 59 befestigt. Die digitale Erfassungseinrichtung 13 ist gegenüber der Röntgenquelle 11 angeordnet, so dass ein Abbindungsbereich über der Erfassungseinrichtung gebildet wird. In diesem Ausführungsbeispiel kann der erste Arm 27 weggelassen werden.
Das Subsystem 3 der vierten bevorzugten Ausgestaltung ist schematisch in Fig. 6 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Röntgenquelle 11 auch an der bogenförmigen Spur 59 befestigt. Allerdings wird der erste Arm 27 zur Bewegung der Röntgenquelle 11 auf dem bogenförmigen Weg verwendet. Vorzugsweise ist der erste Arm 27 relativ dünn und leicht ausgebildet, um seine Masse zu minimieren, hat aber eine ausreichende Festigkeit zur Bewegung der Röntgenquelle 11 entlang der Spur 59. Der erste Arm 27 verbindet die Röntgenquelle 11 mit der Welle 35. Die Welle 35 verbindet den ersten Arm 27 mit dem die Erfassungseinrichtung 13 tragenden zweiten Arm 33. Die Welle 35 wird von einem Motor oder einer anderen Einrichtung zur Beaufschlagung einer Rotation (nicht gezeigt) gedreht. Die Schrittbewegung der Röntgenquelle 11 wird aus der Wellenverdrehungskraft über den ersten Arm 27 erzeugt. Da eine Spur zur Bewegung der Röntgenquelle 11 in den vier zuvor beschrieben Ausgestaltungen verwendet wird, wird die Bewegung der Röntgenquelle 11 präzise durch die Spur gesteuert. Dies reduziert die Systemvibration und verbessert die Bildqualität.
Das Subsystem 3 der fünften bevorzugten Ausgestaltung ist schematisch in Fig. 7 gezeigt. Dieses Subsystem 3 aus Fig. 7 ist im US-Patent Nr. 5 872 828 beschrieben, das hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird. Die Erfassungseinrichtung 13 ist an einem stationären Abschnitt des Fasslagers 39 befestigt. Die Röntgenquelle 11 ist an einem oberen Abschnitt eines beweglichen Arms 27 befestigt. Das untere Ende des Arms 27 ist schwenkbar am Fasslager 39 angebracht. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, kippt die Röntgenquelle 11 vom Arm 27 um einen Punkt 35 (wie einer Welle) über der Erfassungseinrichtung 13. Die Röntgenquelle ist während der Belichtung stationär, und bewegt sich dann vor dem Erhalten des nächsten Bildes an die nächste Position auf ihrem bogenförmigen Weg. Ein Stellglied oder eine Steuereinrichtung 53 wird zum Drehen des Arms 27 um einen beliebigen Winkel bis zu +/-27° aus einer Richtung senkrecht zur Erfassungseinrichtung 13 verwendet.
Das Röntgentomosyntheseverfahren beinhaltet die Bestrahlung der komprimierten Brust mit Röntgenstrahlen. Vorzugsweise wird die Röntgenquelle mechanisch unter Verwendung einer Spur in einer Schrittbewegung auf dem bogenförmigen Weg um die komprimierte Brust bewegt. Die komprimierte Brust wird mit einer Röntgendosis von der Röntgenquelle bestrahlt, die sich an einer Vielzahl von Schritten entlang des bogenförmigen Wegs befindet. Die durch die Brust fallenden Röntgenstrahlen werden mit einer stationären digitalen Röntgenerfassungseinrichtung erfasst. Ein dreidimensionales Bild der Röntgenmodalität wird aus einer einzelnen Ausgabe durch die digitale Röntgenerfassungseinrichtung konstruiert.
Das Mehrmodalitätsabbildungssystem 1, das das Röntgentomosynthesesubsystem 3 wie vorstehend beschrieben enthält, das in Kombination mit einem beliebigen kernmedizinischem Abbildungssystem 5 verwendet wird, wird vorzugsweise für eine Mammographie verwendet. Allerdings kann ein Mehrmodalitätsabbildungssystem 1, das das Röntgentomosynthesesubsystem 3 und das kernmedizinische Abbildungssubsystem 5 verwendet, zur Abbildung eines anderen Teils des menschlichen Körpers neben der Brust sowie auf Wunsch zur Abbildung von Tieren verwendet werden. Des weiteren ist das Mehrmodalitätsabbildungssystem 1 nicht nur auf zwei Modalitäten beschränkt. Beispielsweise kann auf Wunsch eine dritte Modalität, wie eine Ultraschallmodalität zum System 1 hinzugefügt werden. Somit kann ein Ultraschallabbildungssubsystem zum System 1 hinzugefügt werden. Ein Abbildungssystem, das ein Röntgentomosynthesesubsystem und ein Ultraschallsubsystem enthält, ist in einer gemeinsam übertragenen ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 10/____ (Aktenzeichen des Anwalts RD 29,241) mit dem Titel "Methods, System and Apparatus For Digital Imaging" von Ajay Kapur et al. beschrieben, die am ersten Februar 2002 eingereicht wurde, und hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.

Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Fig. 8 zeigt bevorzugte Komponenten des Scintimammo- Tomosynthesesubsystems 5 des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Das Subsystem 5 kann zusätzliche Komponenten aufweisen, oder es können nachstehend beschriebene Komponenten fehlen.
Das kernmedizinische Subsystem 5 enthält ein kernmedizinisches Erfassungssubsystem 63. Das Erfassungssubsystem 63 kann eine oder mehrere kernmedizinische Erfassungseinrichtungen umfassen. Eine kernmedizinische Erfassungseinrichtung enthält vorzugsweise einen bezüglich Gammastrahlen empfindlichen Scintillator oder Phosphor und eine hinsichtlich einer Position empfindliche Strahlungserfassungseinrichtung. Die Strahlungserfassungseinrichtung kann eine beliebige Erfassungseinrichtung sein, die die durch einen Scintillator- oder Phosphorbildelement im Ansprechen auf einen dieses Bildelement treffenden Gammastrahl emittierte Strahlung erfasst. Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung ein Festkörpererfassungsarray umfassen, wie eine Halbleiterphotodiode oder ein Ladungskopplungsarray oder eine positionsempfindliche Vakuumstrahlungserfassungseinrichtung, wie eine positionsempfindliche Photomultipliziererröhre.
Das kernmedizinische Subsystem 5 enthält auch ein Positionierersubsystem 65, wie eine Motorsteuereinrichtung. Das Positioniersubsystem 65 wird zur Positionierung eines oder mehrerer kernmagnetischer Erfassungseinrichtungen 63 durch Rotation und/oder Translation der Erfassungseinrichtungen 63 verwendet, wie es nachstehend näher beschrieben ist. Das Positionierersubsystem 65 kann das gleiche oder ein anderes Subsystem wie das Röntgenpositionierersubsystem 15 sein.
Das kernmedizinische Subsystem 5 enthält verschiedene elektronische Komponenten. Diese Komponenten können einen einzelnen Spezial- oder Universalcomputer oder einen Mikroprozessorchip, wie einen ASIC-Chip umfassen. Alternativ dazu können diese elektronischen Komponenten mehrere verbundene Computer, Prozessoren oder Workstations umfassen. Die elektronischen Komponenten des kernmedizinischen Subsystems 5 können die gleichen Komponenten wie bei dem Röntgensubsystem 3 sein (das heißt, die Elektronik kann von dem Röntgen- und dem kernmedizinischen Subsystem gemeinsam verwendet werden), oder einige oder alle der elektronischen Komponenten können vom Röntgensubsystem 3 verschiedene Komponenten umfassen (das heißt, die elektronischen Komponenten werden von den Subsystemen 3 und 5 nicht gemeinsam verwendet). Fig. 8 zeigt, wie all diese Komponenten verschaltet sind.
Die elektronischen Komponenten beinhalten eine Steuereinrichtung 67 für das kernmedizinische Subsystem, die die anderen elektronischen Komponenten und das Positionierersubsystem 65 steuert. Das Subsystem 5 enthält auch einen Bildrekonstruktionsabschnitt 71, der ein dreidimensionales Bild aus zweidimensionalen Bildern rekonstruiert. Das kernmedizinische Subsystem 5 enthält auch eine optionale Überprüfungsworkstationschnittstelle 75. Diese Schnittstelle 75 wird zur Anzeige des kernmedizinischen Bildes und zur optionalen Präsentation gewisser quantitativer Metriken für einen Kliniker verwendet, die aus dem Bild extrahiert sind. Der Kliniker wählt eine oder mehrere Metriken aus einem Satz von Metriken zur Berechnung und Anzeige auf einer Workstationanzeigeeinrichtung oder einem Bildschirm aus, wodurch die Metriken zusammen mit einem Mammographiebild angezeigt werden.
Die kernmedizinische Erfassungseinrichtung bzw. die kernmedizinischen Erfassungseinrichtungen können in einem beliebigen gewünschten Aufbau angeordnet sein, der für ein bestimmtes kernmedizinisches Subsystem 5 geeignet ist. Vorzugsweise sind die kernmedizinischen Erfassungseinrichtungen 63 für eine Teilrotation um die Brust in einem kernmedizinischen Scintimammo- Tomosynthesesubsystem 5 angeordnet, das auf dem Einzelphotonenemissionsprinzip beruht. Alternativ dazu können zumindest zwei gegenüber positionierte Erfassungseinrichtungen für ein kernmedizinisches Positronenemissionsmammographiesubsystem oder für ein kernmedizinisches PET-Subsystem verwendet werden. Des weiteren kann eine stationäre oder rotierende Ringerfassungseinrichtung für ein kernmedizinisches PET- oder SPECT-Subsystem verwendet werden.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht der bevorzugten Anordnung kernmedizinischer Erfassungseinrichtungen im System 1 zur Verwendung mit einem kernmedizinischen Scintimammographietomosynthesesubsystem 5. Vorzugsweise ist eine erste kernmedizinische Erfassungseinrichtung 81 beweglich und entfernbar in oder über dem Brustkompressionspaddel 41 des Systems 1 angebracht. Vorzugsweise ist die Erfassungseinrichtung 81 beweglich über dem Paddel 41 angebracht, wobei der hinsichtlich Gammastrahlen empfindliche Scintillator (oder Phosphor) dem Paddel gegenüber liegt. "Über dem Paddel" ist ein relativer Ausdruck, der bedeutet, dass sich die Erfassungseinrichtung auf der entgegengesetzten Seite des Paddels von der Brust in Konfigurationen befindet, in denen das Subsystem 5 nicht vertikal positioniert ist, oder wenn das Paddel 41 die Brust von unten oder von der Seite komprimiert. Alternativ dazu kann die kernmedizinische Erfassungseinrichtung 81 im Kompressionspaddel 41 platziert sein, um sicherzustellen, dass es so nahe an der Brust als möglich ist. Der Ausdruck "in" beinhaltet die Konfiguration, in der die Erfassungseinrichtung 81 selbst als Kompressionspaddel 41 zur Kompression der Brust verwendet wird.
Fig. 10 zeigt einen Seitenquerschnitt eines bevorzugten Aufbaus des Paddels 41, bei dem die erste kernmedizinische Erfassungseinrichtung 81 sich im Paddel 41 befindet. Das Paddel 41 enthält eine Brustkompressionsoberfläche 91. Bei einem horizontal positionierten Paddel ist die Oberfläche 91 vorzugsweise die untere Oberfläche des Paddels. Das Paddel enthält vorzugsweise auch eine oder mehrere Seitenoberflächen 93, die dem Paddel eine strukturelle Festigkeit geben. Bei einem horizontal positionierten Paddel erstrecken sich die Oberflächen 93 vorzugsweise von der unteren Oberfläche 91 des Paddels nach oben. Die Seitenoberflächen 93 beschreiben eine Öffnung 95 über der Brustkompressionsoberfläche 91. Die erste kernmedizinische Erfassungseinrichtung 81 ist in der Öffnung 95 zwischen den Seitenoberflächen 93 auf der Brustkompressionsoberfläche 91 entfernbar positioniert, so dass sich die Brustkompressionsoberfläche 93 zwischen der Brust und der Erfassungseinrichtung 81 befindet. Nach Wunsch können andere Paddelkonfigurationen verwendet werden.
Diese bevorzugte Geometrie verbessert die Ortsauflösung des kernmedizinischen Abbildungssubsystems 5. Das Paddel 41 ist aus einem Material hergestellt, das ein Hindurchtreten von Gammastrahlen erlaubt, wie auf Kunststoff oder einem Polymermaterial (das heißt, Polycarbonat, Polysterin, PMMA, Epoxidharz, usw.). Allerdings können nach Wunsch auch andere Paddelmaterialen verwendet werden.
Das Positionierersubsystem oder die Anordnung 65 wird für eine Längsbewegung (das heißt, die Bewegung der Erfassungseinrichtung 81 in einer Ebene im wesentlichen parallel zum Paddel) und Rotieren der ersten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung 81 relativ zum Brustkompressionspaddel 41 verwendet. Das Positionierersubsystem 65 kann einen oder mehrere Motoren, wie Gleichstrommotoren, Schrittmotoren, usw. umfassen, die die Erfassungseinrichtung 81 mit X- und Y-Wagen über oder im Paddel 41 bewegen. Andere geeignete Positioniererkonfigurationen können nach Wunsch verwendet werden. Die Wagen können auf einem Gestell, wie einem U-förmigen Gestell zum Tragen befestigt sein. Das kernmedizinische Mammographiesystem und das Verfahren mit einem Brustkompressionspaddel und einer kernmedizinischen Erfassungseinrichtung in oder über dem Paddel kann alleine ohne Röntgenabbildungssystem oder in Kombination mit anderen Modalitäten wie Ultraschall verwendet werden.
Vorzugsweise enthält das kernmedizinische Subsystem 5 auch eine Entkopplungsanordnung (in Fig. 9 aus Klarheitsgründen nicht gezeigt). Die Entkopplungsanordnung ermöglicht die Entfernung der ersten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung 81 von oberhalb des Paddels 41 oder aus dem Inneren des Paddels 41. Beispielsweise kann die Entkopplungsanordnung einen Gleitadapter mit Schienen oder Wagen umfassen. Diese Anordnung ermöglicht es der ersten Erfassungseinrichtung 81 alleine oder zusammen mit dem Positionierersubsystem 65 sich während des Röntgenmammographieschritts weg vom Paddel 41 zu bewegen, so dass die Erfassungseinrichtung 81 nicht mit den durch die Röntgenquelle 11 emittierten Röntgenstrahlen interferiert. Alternativ kann die Entkopplungsanordnung einen anderen Aufbau haben, wie einen beweglichen Arm, der die Erfassungseinrichtung 81 und/oder das Positionierersubsystem 65 trägt, und während der Röntgenmammographie aus dem Weg geschwenkt werden kann. Die Erfassungseinrichtung 81 und/oder das Positionierersubsystem 50 können entweder manuell oder mechanisch unter Verwendung der Entkopplungsanordnung weg vom Paddel bewegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels enthält das Subsystem 5 zumindest eine zusätzliche kernmedizinische Erfassungseinrichtung in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Kompressionspaddels 41. Beispielsweise kann es zwei kernmedizinische Erfassungseinrichtung 82 und 83 auf gegenüberliegenden Seiten des Erfassungsvolumens unter dem Brustkompressionspaddel 41 wie in Fig. 9 gezeigt geben. Das Erfassungsvolumen befindet sich direkt unter dem Paddel 41, wo sich die Patientenbrust befindet. Nach Wunsch kann es eine optionale dritte kernmedizinische Erfassungseinrichtung 84 geben. Die Erfassungseinrichtung 84 befindet sich in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Kompressionspaddels 41 und auf einer gegenüberliegenden Seite des Abbildungsvolumens von der Position der Patientenbrustwand 85 aus. Diese dritte Erfassungseinrichtung 84 kann sich neben der Trägersäule 86 oder dem Fasslager des Systems 1 befinden. Eine Ebene "im wesentlichen senkrecht" zum Paddel 41 beinhaltet vertikale Ebenen und Ebenen, die um 15° oder weniger von der vertikalen Richtung abweichen, wenn das Paddel 41 in einer horizontalen Ebene positioniert ist. Allerdings wären diese Ebenen anders, wenn das Paddel 41 in keiner horizontalen Ebene positioniert wäre.
Zusätzliche Erfassungseinrichtungen 82, 83, 84, die sich auf den Seiten der Brust (das heißt, auf den Seiten des Erfassungsvolumens) befinden, liefern nützliche Tiefeninformationen. Nach Wunsch können diese Erfassungseinrichtungen kleinere Collimatorapperturen zur Bewältigung eines Auflösungsverlusts aufgrund ihrer größeren Entfernung von den Aktivitätskonzentrationen haben. Der Effekt dieser kleineren Apperturen auf den Signalpegel und somit auf das Signal-zu-Rausch-Verhältnis wird durch die Tatsache kompensiert, dass diese Erfassungseinrichtungen bei allen Positionen der Winkelabtastung der ersten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung 81 über dem oder im Kompressionspaddel aktiv sein können. Daher kann die Datenerfassungszeit wesentlich länger dauern. Außerdem steigert die Verwendung mehrere Erfassungseinrichtungen 82, 83, 84 (eine Erfassungseinrichtung auf jeder der drei "nicht-Brustwand"-Seiten der Brust) die Gesamtzahl an Zählwerten und somit den Signalpegel und das Signal-zu- Rausch-Verhältnis. Eine nicht abtastende kernmedizinische Erfassungskonfiguration beruht auf einer Erfassungseinrichtung 81 über dem Kompressionspaddel und einer oder mehrerer Erfassungseinrichtungen 82, 83 und/oder 84 auf den "nicht-Brustwand"-Seiten der Brust, wie vorstehend beschrieben.
Bei einer kernmedizinischen Brustabbildung können verschiedene Größen der kernmedizinischen Erfassungseinrichtungen verwendet werden, wie 5 cm × 5 cm, 10 cm × 10 cm, 15 cm × 20 cm, oder eine andere beliebige gewünschte Dimension. Kleinere kernmedizinische Erfassungseinrichtungen sind von Vorteil, da sie für einen großen Bereich von Abtastwinkeln näher am Kompressionspaddel 41 positioniert werden können, allerdings begrenzen sie das Ansichtsfeld der Abdeckung. Außerdem können für die Brustabbildung Isotope mit Gammastrahlung niedrigerer Energie verwendet werden, da die Geometrie bevorzugt wird.
Das kernmedizinische Abbildungsverfahren beinhaltet die Erfassung von von der komprimierten Brust emittierten Gammastrahlen. Vorzugsweise werden Gammastrahlen mit einer kernmedizinischen Erfassungseinrichtung erfasst, die durch ein Brustkompressionspaddel fallen. Dann wird ein kernmedizinisches Modalitätsbild gebildet. Vorzugsweise wird ein dreidimensionales Bild der Brust aus einem von der kernmedizinischen Erfassungseinrichtung ausgegebenen Signal gebildet.
Da die kernmedizinische Erfassungseinrichtung 81 entfernbar ist, wird vorzugsweise zuerst die Röntgenabbildung durchgeführt, bevor die Erfassungseinrichtung 81 an ihren Platz kommt. Die kernmedizinische Erfassungseinrichtung 81 wird dann über einer interessierende Region positioniert und über eine Vielzahl von Winkeln zur Erfassung von Daten an verschiedenen Winkelpositionen relativ zur Brust rotiert. Die vorhergehende Röntgenerfassung wird optional zur geeigneten Positionierung der Erfassungseinrichtung 81 über dem interessierenden Ansichtfeld verwendet, wenn keine kernmedizinische Vollfelderfassungseinrichtung verwendet wird. Wie bei der Röntgentomosynthese ermöglicht diese Erfassung bei einer Vielzahl von Winkeln eine Tiefenauflösung in der z-Richtung. Der Winkelabtastbereich kann in Abhängigkeit von der Position der interessierenden Region modifiziert werden. Beispielsweise kann bei einer Läsion nahe dem Rand der Brust die Läsion bei grob der Hälfte der normalen Abtastwinkel außerhalb des Ansichtsfeldes liegen. Diese Ansichten können daher beseitigt werden, und mehr Zeit kann für Ansichten aufgebracht werden, die nützliche Informationen bereitstellen.
Herkömmliche kernmedizinische Rekonstruktionsalgorithmen können verwendet werden, die für eine unvollständige Datenerfassung geeignet modifiziert sind. Alternativ dazu können Tomosyntheserekonstruktionsalgorithmen mit einer Korrektur der Dämpfung in dazwischenliegendem Brustgewebe verwendet werden. Dämpfungswerte können direkt aus den Tomosynthesebildern hergeleitet werden. Dieser Algorithmustyp hat den Vorteil, dass eine Artefaktreduktion aufgrund einer begrenzten Winkelerfassung direkt bei der Rekonstruktion enthalten ist.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird eine Positronenemissionsmammographieabbildung durchgeführt. Bei dieser Ausgestaltung werden Erfassungseinrichtungen auf beiden Seiten der Brust für eine übereinstimmende Erfassung verwendet. Dies ist bei einer Vergrößerungsgeometrie möglich, bei der die Brust auf einem "Vergrößerungsständer" über der Bildempfangseinrichtung komprimiert wird.
Allerdings liefert die Scintimammographie eine reduzierte Systemkomplexität und reduziert die Kosten verglichen mit einer Positronenemissionsabbildung (eine Erfassungseinrichtung anstatt von zwei, keine komplexe Übereinstimmungsschaltung, einfache Positionierung, usw.).

Drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird ein bevorzugtes Mehrmodalitätsmammographieverfahren beschrieben, das das Röntgen- und kernmedizinische System 1 verwendet. Das Verfahren enthält im allgemeinen die Kompression einer Patientenbrust, wie mit dem Paddel 41, die Bestrahlung der komprimierten Brust mit Röntgenstrahlen, wie von der Röntgenquelle 11, die Erfassung der durch die Brust übertragenen Röntgenstrahlen, wie mit der Erfassungseinrichtung 13, die Erfassung zumindest eines ersten Datensatzes der Röntgenmodalität und die Ausbildung eines ersten Bildes der Röntgenmodalität unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Elektronik. Das Verfahren enthält auch die Erfassung von von der komprimierten Brust emittierten Gammastrahlen, wie mit der einen oder den mehreren kernmedizinischen Erfassungseinrichtungen 81 bis 84, die Erfassung zumindest eines zweiten Datensatzes einer kernmedizinischen Modalität und die Ausbildung eines zweiten Bildes der kernmedizinischen Modalität unter Verwendung der in Fig. 8 veranschaulichten Elektronik. Vorzugsweise umfasst zumindest einer oder vorzugsweise beide der ersten und zweiten Datensätze einen dreidimensionalen Datensatz. Vorzugsweise umfasst zumindest eines und vorzugsweise beide der ersten und zweiten Bilder ein dreidimensionales Bild.
Das erste und zweite Bild werden dann durch die in den Fig. 2 und 8 gezeigte Elektronik gemeinsam registriert. Vorzugsweise werden das erste Bild und das zweite Bild zur Bildung eines zusammengesetzten dreidimensionalen Bildes verschmolzen und das verschmolzene Bild wird unter Verwendung der in den Fig. 2 und 8 veranschaulichten Elektronik angezeigt. Allerdings können die gemeinsam registrierten Bilder auf Wunsch Seite an Seite anstelle verschmolzen angezeigt werden. Des weiteren können das Bild/die Bilder anstatt der Anzeige gespeichert oder an einen entfernten Ort übertragen werden.
Somit werden die Datensätze aus einer Vielzahl von Abbildungsmodalitäten erfasst, Bilder von jeder Modalität werden rekonstruiert und angezeigt, und die Mehrmodalitätsbilder können gemeinsam visualisiert werden. Datensätze aus zwei oder mehr Modalitäten können verschmolzen werden. Informationen von einer Modalität können zur Verbesserung der Erfassung, Bildrekonstruktion oder Anzeige der anderen verwendet werden. Die Verschmelzung beruht auf einer mechanisch gemeinsam registrierten Erfassung, einer gemeinsam registrierten Erfassung ergänzt durch eine Abbildungsphysik (das heißt, das Wissen um Energieausbreitungswege für verschiedene Modalitäten), auf einer Registrierung beruhend auf gegenseitigen Informationen oder anderen Registrierverfahren.
Das bevorzugte Bildverarbeitungsverfahren beinhaltet die folgenden Schritte. Datensätze der ersten Modalität werden erfasst. Dies beinhaltet einen oder mehrere Datensätze an verschiedenen Orientierungen des Sensors und/oder der Strahlungsquelle hinsichtlich der Brust. Dann werden Bilder der ersten Modalität gebildet. Optional werden zusätzliche Informationen von anderen Modalitäten zur Optimierung der Bildqualität verwendet. Diese Bilder der ersten Modalität werden angezeigt und visualisiert. Diese Schritte werden dann für die zweite Modalität wiederholt. Sind zusätzliche Modalitäten vorhanden, wird der Prozess für diese zusätzlichen Modalitäten wiederholt. Diesem folgt eine gemeinsame Registrierung, Verschmelzung und eine gemeinsam registrierte Anzeige der Mehrmodalitätsbilder. Vorzugsweise wird die kernmedizinische Erfassungseinrichtung 81 vor dem Schritt der Bestrahlung der komprimierten Brust mit Röntgenstrahlen weg vom Brustkompressionspaddel 41 bewegt. Dann wird die kernmedizinische Erfassungseinrichtung 81 vor dem Schritt der Erfassung von Gammastrahlen zurück in oder über das Brustkompressionspaddel 41 bewegt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Röntgen-/Scintimammographieverschmelzung besteht das bevorzugte Verfahren in der Erfassung von Röntgendaten für die Tomosynthese, der Erzeugung eines 3D-Bildes der Röntgendämpfung unter Verwendung eines Rekonstruktionsalgorithmus und dann der Visualisierung der 3D-Bilder unter Verwendung einer Volumenrendering- oder Filmmodusanzeige. Dann werden Scintimammographiedaten über einen ähnlichen Winkelbereich (mit einer ähnlichen oder verschiedenen Anzahl an Erfassungspositionen in Abhängigkeit von den Erfassungszeitanforderungen) erfasst. Ein 3D-Bild einer radioaktiven pharmazeutischen Aufnahmeaktivität wird unter Verwendung eines Rekonstruktionsalgorithmus erzeugt, und die 3D-Bilder werden unter Verwendung einer Volumenrendering- oder Filmmodusanzeige visualisiert. Die aus den zwei Modalitäten erfassten Datensätze werden geometrisch gemeinsam registriert, wobei die relative Größe und Orientierung der Datensätze anhand der Position der Erfassungssensoren bekannt sind. Die Physik der Abbildungskonfiguration kann zum Verbessern der Registrierung und zur Korrektur bekannter Ausbreitungseffekte verwendet werden. Schließlich können gegenseitige Informationsregistrierverfahren zur Verbesserung der Informationsverschmelzung verwendet werden.
Die Erfassungseinrichtungen übertragen Daten hinsichtlich Projektionsradiographien, die ein Projektionsbild oder eine "Ansicht" bilden. Dann wird eine Sammlung oder eine Vielzahl von Ansichten (ein Projektionsdatensatz) zur Rekonstruktion von Bild-"Schnitten" verwendet (rekonstruierter Querschnittsbilder, die die Strukturen im abgebildeten Objekt an einer festen Höhe in einer Ebene parallel zur Erfassungsoberfläche darstellen) oder Rekonstruktionsebenen verwendet (rekonstruierte Querschnittbilder, die die Strukturen im abgebildeten Objekt an einer festen Höhe in einer Ebene nicht parallel zur Erfassungsoberfläche darstellen). Dann wird eine Sammlung oder eine Vielzahl von Schnitten und/oder Rekonstruktionsebenen für alle Höhen (ein dreidimensionaler Datensatz, der das abgebildete Objekt darstellt) zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes verwendet.
Ein computergestütztes Erfassungsverfahren kann zur Erfassung einer betroffenen Region in einem durch eine erste Modalität erzeugten Bild der Brust und/oder einem durch eine zweite Modalität erzeugten zweiten Bild der Brust verwendet werden. Die erfasste betroffene Region wird klassifiziert, mit einer entsprechenden Region in dem anderen des ersten und zweiten Bildes korreliert, und die Klassifizierung wird mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet, der dem Grad der Korrelation entspricht. Dieses Verfahren ist näher in der verwandten US-Patentanmeldung Nr. 10/____, (Aktenzeichen des Anwalts 040849/0181) mit dem Titel "Computer Aided Detection (CAD) For 3D Digital Mammographie", von Jeffrey Eberhard, Abdalmajeid Alyassin und Ajay Kapur beschrieben, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung angemeldet wurde, und hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.
Ein typischer Winkelabtastbereich beträgt +/-45°, vorzugsweise +/-25° um die Achse senkrecht zur Erfassungseinrichtungsoberfläche. Diese Konfiguration ermöglicht die Verwendung der Standardbrustkompressionsgeometrie, die die Patientenpositionierung vereinfacht und mit deren Bildformat der Radiologe vertraut ist. Allerdings sind andere Bereiche möglich, alle Möglichkeiten von einer Einzelansichterfassung für jede Modalität (Verschmelzung einer zweidimensionalen Röntgenmammographie und Scintimammographie) bis zu einer vollen 360°- Winkelabtastung (wie eine Computertomographie- (CT)Geometrie für ein Röntgensystem und SPECT- oder PET- Geometrie für ein kernmedizinisches System). Somit sind vier allgemeine Kategorien der Verschmelzung möglich: 3D-Röntgen mit 3D-Nuklearmedizin, 3D-Röntgen mit 2D-Nuklearmedizin, 2D-Röntgen mit 3D-Nuklearmedizin und 2D-Röntgen mit 2D-Nuklearmedizin. Das Verfahren kann auf eine gemeinsam registrierte Erfassung anderer Brustabbildungsmodalitäten verallgemeinert werden, die eine Verschmelzung von mehr als 2 Modalitäten (wie Röntgen, Kernmedizin und Ultraschall) beinhaltet, wenn klinische Anforderungen dies beanspruchen.
Da die Röntgen- und kernmedizinischen Daten in der gleichen physikalischen Konfiguration der Brust erfasst werden, können die Bilder direkt aus den maschinellen Registrierinformationen registriert werden. Alternativ dazu kann die Physik der individuellen Abbildungsmodalitäten zur Verbesserung der Registrierung der zwei Bilder verwendet werden. Unterschiede in der Ortsauflösung bei den zwei Modalitäten und in den Ausbreitungseigenschaften können zum Identifizieren kleiner Positionierungsunterschiede in den zwei Bildern berücksichtigt werden. Die Registrierung beruht dann auf korrigierten Positionen in den 3D- Datensätzen, wobei die Korrekturen auf der Abbildungsphysik der zwei Modalitäten beruhen (wie des Wissens um Energieausbreitungswege für die verschiedenen Modalitäten). Außerdem kann die merkmalsbasierte Registrierung zum Identifizieren von Strukturen in einem Bild und Auffinden entsprechender Strukturen im anderen Modalitätsbild verwendet werden. Die Datensätze können zum Einfangen der entsprechenden Informationen aus beiden Bildern gleichzeitig zur Auswertung durch den Radiologen registriert und angezeigt werden.
Das Ausmaß der Brustkompression für die Röntgen- und kernmedizinische Modalität kann etwas geringer als bei der herkömmlichen Röntgenmammographie sein, wenn eine dreidimensionale (3D-)Tomosyntheseabbildung verwendet wird, da die Effekte von überlagertem Gewebe in verdächtigen Regionen in der Brust reduziert sind. Die verringerte Kompression bei der Tomosynthese resultiert in einem erhöhten Patientenkomfort, der von Vorteil ist, da die Scintimammographieabtastung viele Minuten dauern kann.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele wurden zum Zweck der Veranschaulichung beschrieben. Allerdings soll diese Beschreibung den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken. Demnach erkennt der Fachmann verschiedene Modifikationen, Adaptionen und Alternativen, ohne vom Schutzbereich der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
Ein Multimodalitätsabbildungssystem (1) enthält ein Röntgenabbildungssubsystem (3) und ein kernmedizinisches Abbildungssubsystem (5). Das Röntgenabbildungssubsystem (3) kann ein Tomosynthesesubsystem sein. Das System kann zur Mammographieabbildung verwendet werden, so dass das Röntgenabbildungssubsystem (3) und das kernmedizinische Abbildungssubsystem (5) zur Abbildung einer durch ein Brustkompressionspaddel (41) komprimierten Brust eingerichtet sind.

Claims

1. Mehrmodalitätsmammographieabbildungssystem (1) mit:
einem Brustkompressionspaddel (41),
einem Röntgenmammographieabbildungssubsystem (3) zur Abbildung einer durch das Paddel komprimierten Brust, und
einem kernmedizinischem Mammographieabbildungssubsystem (5) zur Abbildung der durch das Paddel komprimierten Brust.

2. System nach Anspruch 1, wobei
das Röntgenmammographieabbildungssubsystem (3) ein Röntgenmammographietomosynthesesubsystem umfasst, und
das kernmedizinische Mammographieabbildungssystem (5) ein Scintimammotomosynthesesubsystem umfasst.

3. System nach Anspruch 2, ferner mit
einem Prozessor (7), der ein Röntgenbild mit einem kernmedizinischem Bild registriert, und
einer Anzeigeeinrichtung (7), die ein verschmolzenes Röntgen- und kernmedizinisches Bild anzeigt.

4. System nach Anspruch 2, wobei das Röntgenmammographietomosynthesesubsystem umfasst
eine Röntgenquelle (11) zur Bewegung auf einem bogenförmigen Weg,
eine stationäre digitale Röntgenerfassungseinrichtung (13), und
eine mechanische Antriebseinrichtung (27, 35, 53) zur Bewegung der Röntgenquelle (11) auf dem bogenförmigen Weg.

5. System nach Anspruch 4, wobei das Röntgenmammographietomosynthesesubsystem ferner eine Spur (59) umfasst, die zur Bewegung der Röntgenquelle auf dem bogenförmigen Weg verwendet wird.

6. System nach Anspruch 2, wobei das Scintimammotomosynthesesubsystem eine erste kernmedizinische Erfassungseinrichtung (81) umfasst, die sich in oder über dem Kompressionspaddel (41) befindet.

7. System nach Anspruch 6, ferner mit zumindest einer zweiten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (82, 83, 84) die sich in einer Ebene im wesentlich senkrecht zur Ebene des Kompressionspaddels befindet.

8. System nach Anspruch 6, wobei die erste kernmedizinische Erfassungseinrichtung (81) entfernbar und in oder über dem Brustkompressionspaddel (41) rotierbar befestigt ist.

9. Mehrmodalitätsabbildungssystem mit
einem Röntgentomosynthesesubsystem (3), und
einem kernmedizinischen Abbildungssubsystem (5).

10. System nach Anspruch 9, wobei
das Röntgentomosynthesesubsystem (3) ein Röntgenmammographietomosynthesesubsystem umfasst, und
das kernmedizinische Abbildungssubsystem (5) ein Scintimammotomosynthese-, ein Positronenemissionsmammographie-, SPECT- oder PET-Subsystem umfasst.

11. System nach Anspruch 10, ferner mit
einem Brustkompressionspaddel (41),
einem Prozessor (7), der ein Röntgenbild mit einem kernmedizinischen Bild registriert, und
einer Anzeigeeinrichtung (7), die ein verschmolzenes Röntgen- und kernmedizinisches Bild anzeigt.

12. System nach Anspruch 11, wobei das Röntgenmammographietomosynthesesubsystem (3) umfasst
eine Röntgenquelle (11) zur Bewegung auf einem bogenförmigen Weg,
eine stationäre digitale Röntgenerfassungseinrichtung (13), und
eine mechanische Antriebseinrichtung (27, 35, 53) zur Bewegung der Röntgenquelle auf dem bogenförmigen Weg.

13. System nach Anspruch 12, wobei das Röntgenmammographietomosynthesesubsystem ferner eine Spur (59) umfasst, die zur Bewegung der Röntgenquelle (11) auf dem bogenförmigen Weg verwendet wird.

14. System nach Anspruch 11, wobei das kernmedizinische Abbildungssystem (15) ein Scintimammotomosynthesesubsystem mit einer ersten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (81) umfasst, die sich im oder über dem Brustkompressionspaddel (41) befindet.

15. System nach Anspruch 14, ferner mit zumindest einer zweiten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (82, 83, 84), die sich in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Kompressionspaddels befindet.

16. System nach Anspruch 15, wobei die erste kernmedizinische Erfassungseinrichtung (81) entfernbar und im oder über dem Brustkompressionspaddel (41) rotierbar befestigt ist.

17. System nach Anspruch 9, ferner mit einem integrierten Ultraschallabbildungssubsystem.

18. Mehrmodalitätsmammographieabbildungssystem mit
einer ersten Einrichtung (41) zur Kompression einer Patientenbrust,
einer zweiten Einrichtung (3) zur Röntgenabbildung der durch die erste Einrichtung komprimierten Brust, und
einer dritten Einrichtung (5) zur kernmedizinischen Abbildung der durch die erste Einrichtung komprimierten Brust.

19. System nach Anspruch 18, ferner mit
einer dritten Einrichtung (7) zur Registrierung eines dreidimensionalen Röntgenbildes mit einem dreidimensionalen kernmedizinischen Bild, und
einer vierten Einrichtung (7) zur Anzeige eines dreidimensionalen verschmolzenen Röntgen- und kernmedizinischen Bildes.

20. System nach Anspruch 19, wobei die zweite Einrichtung umfasst
eine fünfte Einrichtung (11) zum Bestrahlen der Brust mit einer Röntgendosis an einer Vielzahl von Schritten entlang des bogenförmigen Weges,
eine sechste Einrichtung (27, 35, 53) zur mechanischen Bewegung der fünften Einrichtung schrittweise auf dem bogenförmigen Weg um die Brust, und
eine siebte Einrichtung (13) zur Erfassung der durch die Brust gesendeten Röntgenstrahlen.

21. System nach Anspruch 19, wobei die dritte Einrichtung eine achte Einrichtung (81) zur Erfassung von Gammastrahlen umfasst, die sich in oder über der ersten Einrichtung befindet.

22. System nach Anspruch 21, ferner mit zumindest einer neunten Einrichtung (82, 83, 84) zur Erfassung von Gammastrahlen, die sich in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Kompressionspaddels befindet.

23. Kernmedizinisches Mammographiesystem (5) mit
einem Brustkompressionspaddel (41), und
einer ersten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (81), die beweglich in oder über dem Brustkompressionspaddel angebracht ist.

24. System nach Anspruch 23, wobei die erste kernmedizinische Erfassungseinrichtung (81) sich im Brustkompressionspaddel (41) befindet.

25. System nach Anspruch 23, ferner mit
einer Positioniereranordnung (65) zum linearen Bewegen und Rotieren der ersten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (81) relativ zum Brustkompressionspaddel, und
einer Entkopplungseinrichtung, die das Entfernen der ersten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung von oberhalb oder aus dem Inneren des Brustkompressionspaddels ermöglicht.

26. System nach Anspruch 25, wobei
das kernmedizinische Mammographiesystem (5) ein Scintimammographietomosynthesesystem umfasst, und
die erste kernmedizinische Erfassungseinrichtung (81) einen gammastrahlenempfindlichen Scintillator umfasst, der optisch mit einer Festkörperphotoerfassungseinrichtung oder mit einer Photomultipliziererröhre verbunden ist.

27. System nach Anspruch 26, ferner mit einem Prozessor (71) zur Erzeugung eines dreidimensionalen kernmedizinischen Bildes der Brust.

28. System nach Anspruch 23, ferner mit zumindest einer zweiten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (82, 83, 84), die sich in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Kompressionspaddels befindet.

29. System nach Anspruch 28, wobei die zumindest eine zweite kernmedizinische Erfassungseinrichtung zwei kernmedizinische Erfassungseinrichtungen (82, 83) umfasst, die sich auf entgegengesetzten Seiten eines Erfassungsvolumens unter dem Brustkompressionspaddel befinden.

30. System nach Anspruch 29, ferner mit einer dritten kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (84), die sich in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Kompressionspaddels und auf einer entgegengesetzten Seite des Abbildungsvolumens von einer Patientenposition aus befindet.

31. System nach Anspruch 23, ferner mit
einer Röntgenquelle (11), und
einer Röntgenerfassungseinrichtung (3).

32. System nach Anspruch 31, wobei
die Röntgenquelle (11) und die Röntgenerfassungseinrichtung (13) ein Röntgenmammographietomosynthesesubsystem (15) umfassen,
die Röntgenquelle zur Bewegung auf einem bogenförmigen Weg um das Brustkompressionspaddel (41) durch eine mechanische Antriebseinrichtung (27, 35, 53) eingerichtet ist, und
die Röntgenerfassungseinrichtung (13) eine stationäre digitale Röntgenerfassungseinrichtung ist, die sich um das Abbildungsvolumen vom Brustkompressionspaddel (41) aus befindet.

33. Mehrmodalitätsmammographieverfahren mit den Schritten
Komprimieren einer Patientenbrust,
Bestrahlen der komprimierten Brust mit Röntgenstrahlen,
Erfassen der durch die Brust geschickten Röntgenstrahlen,
Erfassen zumindest eines ersten Datensatzes einer Röntgenmodalität,
Ausbilden eines ersten Bildes der Röntgenmodalität,
Erfassen von von der komprimierten Brust emittierten Gammastrahlen,
Erfassen zumindest eines zweiten Datensatzes einer kernmedizinischen Modalität,
Ausbilden eines zweiten Bildes der kernmedizinischen Modalität, und
gemeinsames Registrieren des ersten und zweiten Bildes.

34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei
der erste und/oder der zweite Datensatz einen dreidimensionalen Datensatz umfasst, und
das erste und/oder das zweite Bild ein dreidimensionales Bild umfasst.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei
der erste und zweite Datensatz dreidimensionale Datensätze umfassen, und
das erste und das zweite Bild ein dreidimensionales Bild umfassen.

36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei
eine Vielzahl von ersten Datensätzen an einer Vielzahl von Orientierungen einer Röntgenquelle (11) und/oder einer Röntgenerfassungseinrichtung (13) erfasst wird, und
eine Vielzahl von zweiten Datensätzen an einer Vielzahl von Orientierungen einer kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (81) erfasst wird.

37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei
der Schritt der Bestrahlung der komprimierten Brust mit Röntgenstrahlen eine mechanische Bewegung einer Röntgenquelle (11) unter Verwendung einer Spur (59) schrittweise auf einem bogenförmigen Weg um die komprimierte Brust und eine Bestrahlung der komprimierten Brust mit einer Röntgendosis von der Röntgenquelle umfasst, die sich an einer Vielzahl von Schritten entlang des bogenförmigen Wegs befindet,
der Schritt der Erfassung der durch die Brust geschickten Röntgenstrahlen eine Erfassung der durch die Brust geschickten Röntgenstrahlen mit einer stationären digitalen Röntgenerfassungseinrichtung (13) umfasst,
der Schritt der Ausbildung eines ersten Bildes der Röntgenmodalität eine Konstruktion eines dreidimensionalen Bildes der Brust aus einem von der digitalen Röntgenerfassungseinrichtung (13) ausgegebenen Signal umfasst,
der Schritt der Erfassung von von der komprimierten Brust emittierten Gammastrahlen eine Erfassung von Gammastrahlen mittels einer kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (81) umfasst, die durch ein Brustkompressionspaddel (41) fallen, und
der Schritt der Ausbildung eines zweiten Bildes der kernmedizinischen Modalität eine Konstruktion eines dreidimensionalen Bildes der Brust aus einem von der kernmedizinischen Erfassungseinrichtung ausgegebenen Signal umfasst.

38. Verfahren nach Anspruch 37, ferner mit den Schritten
Bewegen der kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (81) weg vom Brustkompressionspaddel (41) vor dem Schritt der Bestrahlung der komprimierten Brust mit Röntgenstrahlen, und
Bewegen der kernmedizinischen Erfassungseinrichtung (81) in oder über das Brustkompressionspaddel (41) vor dem Schritt der Erfassung von Gammastrahlen.

39. Verfahren nach Anspruch 33, ferner mit den Schritten
Verschmelzen des ersten Bildes und des zweiten Bildes zur Ausbildung eines zusammengesetzten dreidimensionalen Bildes, und
Anzeigen des verschmolzenen Bildes.

40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Verschmelzung des ersten und zweiten Bildes auf einer maschinell gemeinsam registrierten Erfassung, gemeinsam registrierte Erfassung ergänzt durch eine Abbildungsphysik oder einer auf gegenseitigen Informationen beruhenden Registrierung beruht.

41. Verfahren nach Anspruch 33, ferner mit der Verwendung von Informationen aus dem ersten Datensatz zur Erfassung des zweiten Datensatzes.

42. Verfahren nach Anspruch 33, ferner mit der Verwendung von Informationen aus dem ersten Datensatz zur Optimierung der Qualität des zweiten Bildes.

43. Verfahren nach Anspruch 33, wobei
das erste Bild ein CT-Bild und/oder ein Röntgentomosynthesebild und/oder ein zweidimensionales Röntgenmammographiebild umfasst, und
das zweite Bild ein SPECT-Bild und/oder ein PET-Bild und/oder ein Positronenemissionsmammographiebild und/oder ein Scintimammographietomosynthesebild und/oder ein zweidimensionales Scintimammographiebild umfasst.

44. Verfahren nach Anspruch 33, ferner mit der Erfassung zumindest eines dritten Datensatzes einer Ultraschallmodalität.