DE112019006010T5

DE112019006010T5 - Kompakte röntgenvorrichtungen, systeme, und verfahren fürtomosynthese, fluoroskopie und stereotaktische bildgebung

Info

Publication number: DE112019006010T5
Application number: DE112019006010.4T
Authority: DE
Inventors: Otto Z. Zhou; Jianping Lu; Yueh Zenas Lee; Christina Inscoe; Alex Billingsley
Original assignee: University of North Carolina at Chapel Hill
Current assignee: University of North Carolina at Chapel Hill
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-08-19
Also published as: CN113597285A; US20210353238A1; JP2022510786A; JP7294592B2; WO2020117734A1; US11950944B2

Abstract

Kompakte Röntgenvorrichtungen, Systeme, und Verfahren zur Erfassung in Tomosynthese-, zweidimensionaler Radiographie-, Fluoroskopie-, und stereotaktischen Bildgebungsmoden. Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das kompakte Röntgenbildgebungssystem eine Röntgenquellenanordnung umfassend räumlich verteilte Röntgenbrennflecke, und einen digitalen Flächenröntgendetektor. Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Bildgebungssystem eine elektronische Schaltvorrichtung, die dafür eingerichtet ist, den Bildgebungsmodus des Systems zu wechseln. Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Bildgebungssystem eine mechanische Trägereinrichtung, die dafür eingerichtet ist, eine Einstellung einer Position und Orientierung der Röntgenquellenanordnung und des digitalen Flächenröntgendetektors derart, dass sowohl obere als auch untere Extremitäten eines Patienten unter Verwendung verschiedener Bildgebungsmoden abgebildet werden können, während eine Position der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke in Bezug auf den digitalen Flächenröntgendetektor unverändert bleibt, zu ermöglichen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 62/774,649 , eingereicht am 3. Dezember 2019, deren gesamte Offenbarung durch Verweis hierin mit einbezogen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Der hierin offenbarte Gegenstand bezieht sich auf Röntgenbildgebung. Insbesondere bezieht sich der hierin offenbarte Gegenstand auf ein kompaktes Röntgenbildgebungssystem, das vielfache Funktionen einschließlich digitaler Tomosynthese, Fluoroskopie, und stereotaktischer Bildgebung erfüllen kann.
HINTERGRUND
Verletzungen der Extremitäten wie etwa des Handgelenks, des Fußknöchels oder einer Gliedmaße sind sehr verbreitet und betreffen alle Bevölkerungsgruppen. Sie stellen ein signifikantes Problem der öffentlichen Gesundheit dar. Standard-Radiographie ist nach wie vor das grundlegende bildgebende Werkzeug. Jedoch fehlt es ihr, als einer 2-dimensionalen (2D) Art und Weise einer Bildgebung, an Empfindlichkeit und Spezifität. Es ist bekannt, dass die Fehldiagnoseraten hoch sind, besonders bei nichtverschobenen Frakturen des Kahnbeins und des Sprungbeins sowie bei Verschleiß aufgrund von rheumatoider Arthritis.
Fehldiagnosen führen zu Übertherapie und unnötigem Verlust an Produktivität und Lebensqualität, einschließlich 6-12 Wochen in einem Gips. Übersehene Frakturen können in einer chronischen, nicht heilenden Fraktur resultieren, die einer Operation bedürfen kann, und/oder in frühzeitiger Arthritis des Gelenks.
Eine radiographisch okkulte Fraktur hat ihre Ursache oft in einer Verschleierung durch angrenzende Anatomie. Die Verschleierung kann mit dreidimensionalen (3D) Arten der Bildgebung vermindert werden. Computertomographie (CT), Magnetresonanzbildgebung (MRI), SPECT/CT und Knochenszintigraphie sind dafür bekannt, dass sie bessere Spezifität und Sensitivität im Vergleich mit der Radiographie haben, aber diese Verfahren sind teurer und oft nicht verfügbar. Nur 14% der Bereitschaftsversorgungszentren (im Englischen „urgent care centers“) bieten CT-Abtastung, 80% der Bereitschaftsversorgungszentren (im Englischen „urgent care centers“) bieten jedoch die Versorgung von Frakturen an. Ein CT-Scan setzt den Patienten ferner einer signifikant höheren Strahlungsdosis aus als eine 2D-Radiographie. Knochenszintigraphie erhöht die Strahlendosis durch die Radionuklidinjektion und kann erst > 72 Stunden nach einer Fraktur durchgeführt werden.
Arthritis ist eine Krankheit mit einer hohen Morbidität und hohen wirtschaftlichen Kosten für die Gesellschaft. Rheumatoide Arthritis (RA), eine Autoimmunerkrankung, betrifft bis zu 1.0% der globalen Bevölkerung, wobei Frauen häufiger als Männer betroffen sind. Sie ist gekennzeichnet durch eine proliferative, hypervaskularisierte Synovitis, die in Knochenverschleiß, Knorpelschädigung, Gelenkzerstörung und langfristiger Behinderung resultiert. Arthrose (Osteoarthritis, OA), eine chronische, lähmende Gelenkerkrankung, die durch degenerative Veränderungen an den Knochen, Knorpeln, Menisken, Bändern und dem Synovialgewebe gekennzeichnet ist, ist die vierthäufigste Quelle nicht-tödlicher Gesundheitsbeeinträchtigung, die 3% der gesamten mit einer Behinderung verbrachten Lebensjahre ausmacht.
Radiographie wird traditionell zur Diagnose, Einstufung und Nachsorge von Patienten mit Arthritis und für die Beurteilung der Effektivität der Behandlung bei einzelnen Patienten verwendet. Die Hauptvorteile der Radiographie sind eine kurze Untersuchungszeit, geringe Kosten und leichter Zugang. Jedoch gibt es auch erhebliche Nachteile, wie etwa niedrige Empfindlichkeit für die Detektion von Knochenverschleiß, besonders bei Patienten mit früher Arthritis. Die Detektierbarkeit pathologischer Befunde wird durch Strukturüberlappung begrenzt, weil eine dreidimensionale (3D) Struktur bei der Radiographie auf ein 2D-Bild projiziert wird.
Tomosynthese ist eine Quasi-3D-Bildgebungsart, welche eine Folge von Projektionsbildern aus begrenztem Winkel benutzt, um eine 3D-Darstellung des Objekts, das abgetastet wurde, zu erzeugen. Sie stellt Tiefeninformation bereit und entfernt strukturelle Überlappungen bei signifikant reduzierten Strahlungsdosen und kostet etwa das gleiche wie CT. Sie wird derzeit klinisch zur Detektion von Brustkrebs mit signifikant höherer Empfindlichkeit und Genauigkeit im Vergleich mit digitaler Mammographie verbreitet benutzt.
Mehrere jüngere wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass Tomosynthese für die orthopädische Bildgebung der Röntgen-Radiographie überlegen ist. In einer klinischen Studie von 30 Patienten mit RA wurde herausgefunden, dass die Empfindlichkeit in der Detektion von Knochenverschleiß in der Hand und dem Handgelenk im Vergleich mit Radiographie um ungefähr 20% stieg, wenn Tomosynthese verwendet wurde, bei nur einer ziemlich kleinen Steigerung in der Strahlungsdosis, im Vergleich mit Radiographie. Bei Patienten mit früher RA war der Median-Verschleißkennwert mit Tomosynthese signifikant höher als mit einer Radiographie der Hand und des Handgelenks. In einer separaten klinischen Studie von 100 Patienten mit akuter Handgelenksverletzung wurde herausgefunden, dass der „diagnostische Wert der Tomosynthese besser als jener der Standard-Radiographie ist“ („diagnostic value of tomosynthesis is superior to that of standard radiography“) (Hervorhebung hinzugefügt). M. Ottenin, A. Jacquot, O. Grospretre, et al. „Evaluation of the diagnostic performance of tomosynthesis in fractures of the wrist" (übersetzt: „Bewertung der diagnostischen Leistung der Tomosynthese bei Frakturen des Handgelenks"), American Journal of Roentgenology, 198: 180-186 (2012).
Die Studie kam ferner zu dem Schluss, dass aufgrund ihrer geringen Kosten, sehr geringen erforderlichen Strahlungswerte, ihrer Geschwindigkeit und effizienten Integration in den Arbeitsablauf Tomosynthese bei der Diagnose von Frakturen des Handgelenks, zusammen mit Standard-Radiographie, eine Funktion hat. Insbesondere in Bezug auf Kahnbeinbrüche bietet sie verlässlichere Diagnosen und reduziert die Notwendigkeit anderer teurer Bildgebungsverfahren.
1 illustriert einen Tomosynthesescanner 100, der kommerziell erhältlich ist. Der beispielhafte Tomosynthesescanner 100 erfasst die Projektionsbilder, die zur Rekonstruktion benötigt werden, indem er eine große Einzelstrahl-Röntgenröhre 110, die an einem motorisierten Arm 120 befestigt ist, über eine lange Strecke mechanisch bewegt, während er die Röntgenaufnahmen aufnimmt. Wegen der Röhrenbewegung erhält der gegenwärtig erhältliche Tomosynthesescanner 100 Bilder mit unscharfer räumlicher Auflösung, und die Detektionsempfindlichkeit ist niedriger als die Herangehensweise eigentlich bereitstellen kann. Ferner ist der Tomosynthesescanner 100 groß und erfordert einen eigens bestimmten Bildgebungsraum. Ein Beispiel eines Im-Raum-Tomosynthesescanners (im Englischen „in-room tomosynthesis scanner“) ist der VolumeRAD Scanner, der kommerziell von General Electric (GE) erhältlich ist. Die Vorrichtung verwendet eine Röntgenröhre 110 mit Drehanode, die an einem motorisierten Arm 120 befestigt ist, um über eine Winkelspanne von etwa 40 Grad hinweg zu scannen, währenddessen in etwa 60 Projektionsbilder aufgenommen werden. Ein Flächendetektor, wie zum Beispiel ein flacher Plattendetektor, ist hinter dem Patienten angeordnet. Die typische Entfernung von Quelle zu Bildwandler liegt zwischen, und einschließlich, etwa 100cm bis 180cm.
C-Arm- und Mini-C-Arm-2D-Fluoroskopievorrichtungen werden während orthopädischer Operationen zur Orientierung mittels Bild verwendet. Eine Fluoroskopievorrichtung benutzt die Röntgenstrahlung von einem einzigen Brennfleck, um ein 2D-Bild zu bilden. Sie wird entweder in einem kontinuierlichen oder gepulsten Modus betrieben. In dem kontinuierlichen Fluoroskopiemodus ist die Röntgenstrahlung immer eingeschaltet und die Bilder werden typischerweise mit 30 Einzelbildern pro Sekunde darstellt. In dem gepulsten Fluoroskopiemodus wird die Röntgenstrahlung gepulst und die Bilder werden typischerweise mit 15 Einzelbildern pro Sekunde dargestellt. Eine Mini-C-Arm-Vorrichtung, wie zum Beispiel in 2 gezeigt, hat eine geringeren Abstand von Quelle zu Bildwandler, typischerweise in der Größenordnung von etwa 40cm, im Vergleich mit etwa 100cm-180cm für einen normalen C-Arm.
Ein Beispiel einer kommerziell erhältlichen Mini-C-Arm-Fluoroskopievorrichtung ist das Fluoroscan InSight Mini-C-Arm Extremitäten-Bildgebungssystem. Der Mini-C-Arm ist für klinische Anwendungen aus vielerlei Gründen attraktiv. Er nimmt weniger Raum ein, der in überfüllten Operationssälen wertvoll ist. Er ist mobil und kann einfach bewegt werden. Ferner zeigt sich, dass die kürzere Entfernung von Quelle zu Bildwandler die zur Bedienerperson gestreute Strahlung vermindert.
Um die Auflösung mit der verminderten Entfernung von Quelle zu Bildwandler zu erreichen, verwendet eine Mini-C-Arm-Vorrichtung typischerweise eine Mikrofokus-Röntgenröhre, die mit einem niedrigen Röhrenstrom arbeitet. Beispielsweise benutzt das Fluoroscan InSight Mini-C-Arm-System eine Röntgenröhre mit einer Brennfleckgröße von etwa 0,045mm, einem Bereich der Röhrenspitzen-Kilovoltspannung von zwischen, und einschließlich, etwa 40kVp und 75kVp, und einem Röhrenstrom von zwischen, und einschließlich, etwa 0,02mA bis 0,1mA. Sie hat eine maximale Ausgangsleistung von etwa 0,1mA bei 75kVp. Die Pixelgröße des Detektors ist etwa 0,075mm x 0,075mm.
Jedoch gibt es heute keine Mini-C-Arm-Bildgebungsvorrichtung, die sowohl Fluoroskopie-Bildgebung als auch Tomosynthese-Bildgebung durchführen kann. Obwohl dies im Prinzip dadurch erreicht werden kann, dass die Röntgenröhre oder das Paar aus Röntgenröhre und Detektor mechanisch entlang des C-Arms rotiert werden, gibt es mehrere technische Einschränkungen, aufgrund derer sich diese Herangehensweise verbietet. Insbesondere wird, um den Tomosynthese-Scan in einer klinisch akzeptablen Zeitspanne abzuschließen und eine vernünftige Winkelabtastung abzudecken, die Verwischung des Röntgen-Brennflecks durch die Bewegung eine Größenordnung größer sein als die intrinsische Brennfleckgröße der Mikrofokus-Röntgenröhre, was die Bildgebungsqualität stark verschlechtert.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung offenbart eine kompakte Röntgenvorrichtung, welche Tomosynthese-Bildgebung, Fluoroskopie-Bildgebung und stereotaktische Bildgebung mit hoher Auflösung patientennah in orthopädischen und radiologischen Kliniken durchführen kann. Einige der angestrebten Anwendungen der hierin nachstehend offenbarten Vorrichtungen beinhalten, als ein nicht einschränkendes Beispiel, Bildgebung von menschlichen Extremitäten für Diagnostik und Eingriff in orthopädischen und radiologischen Kliniken. Es ist auch daran gedacht, dass die hierin offenbarten Vorrichtungen für andere Bildgebungsanwendungen, einschließlich Bildgebung bei Tieren, verwendet werden können.
In Übereinstimmung mit dieser Offenbarung werden Systeme und Verfahren für kompakte Röntgenbildgebung bereitgestellt. Gemäß einem Aspekt wird ein kompaktes Röntgenbildgebungssystem bereitgestellt. In einigen Ausführungsbeispielen weist das kompakte Röntgenbildgebungssystem eine Röntgenquellenanordnung aufweisend eine Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke und einen digitalen Flächenröntgendetektor; eine mit einem Austrittsfenster der Röntgenquellenanordnung verbundene Kollimationsbaugruppe, die dafür eingerichtet ist, von jedem der mehreren räumlich verteilten Röntgenbrennflecke erzeugte Röntgenstrahlung auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors im Wesentlichen zu kollimieren; eine elektronische Schaltvorrichtung aufweisend: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung; eine Stromquelle; einen Schalter, der dafür eingerichtet ist, die Stromquelle sequenziell mit einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der kompakten Röntgenbildgebungsvorrichtung, mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, zu verbinden, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Röntgenquellenanordnung noch des digitalen Flächenröntgendetektors, zu erzeugen; und einen Auslöser aufweisend einen oder mehr erste Prozessoren und/oder Schaltkreise, der/die eingerichtet ist/sind, eine Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke zu synchronisieren; und eine mechanische Trägereinrichtung, die dafür eingerichtet ist, zu ermöglichen, dass eine Position und Ausrichtung der Röntgenquellenanordnung und des digitalen Flächenröntgendetektors derart eingestellt werden können, dass sowohl obere als auch untere Extremitäten eines Patienten mittels Tomosynthese in entweder nicht-lasttragenden oder lasttragenden Positionen abgebildet werden können, auf; wobei das kompakte Röntgenbildgebungssystem dafür eingerichtet ist, in einer Mehrzahl von Bildgebungsmoden zu arbeiten.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das kompakte Röntgenbildgebungssystem dafür ausgebildet, entweder in einem Tomosynthese-Bildgebungsmodus oder einem gepulsten Fluoroskopie-Modus betrieben zu werden.
In einigen Ausführungsbeispielen ist das kompakte Röntgenbildgebungssystem derart eingerichtet, dass, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung in dem Tomosynthese-Bildgebungsmodus betrieben wird, ein abtastender Röntgenstrahl durch sequenzielles, elektronisches Aktivieren von Röntgenstrahlen von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke, wobei weder die Röntgenquellenanordnung, der digitale Flächenröntgendetektor noch der Patient bewegt wird, erzeugt wird, um ein oder mehr benötigte Projektionsbilder für die Tomosynthese-Rekonstruktion zu erfassen; und derart eingerichtet, dass, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung in dem gepulsten Fluoroskopie-Bildgebungsmodus betrieben wird, von einem zentralen Brennfleck aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke erzeugte Röntgenstrahlung von etwa 5 bis 30 Pulsen je Sekunde gepulst wird, und für jeden Röntgenpuls ein Bild eines Objekts, das gescannt wird, gebildet und angezeigt wird, um einen Röntgenfilm des Objekts zu erzeugen.
In einigen Ausführungsbeispielen ist das kompakte Röntgenbildgebungssystem dafür eingerichtet, in einem stereotaktischen Modus betrieben zu werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das kompakte Röntgenbildgebungssystem derart ausgebildet, dass, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung in dem stereotaktischen Modus betrieben wird, zwei diskrete Brennflecke aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke aktiviert werden, um Röntgenstrahlung auszusenden, wodurch bewirkt wird, dass zwei Projektionsbilder aus zwei verschiedenen Winkeln gebildet und angezeigt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren der Röntgenbildgebung mittels einer kompakten Röntgenbildgebungsvorrichtung bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren auf: Bereitstellen einer Röntgenquellenanordnung mit einer Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke, und eines digitalen Flächenröntgendetektors; im Wesentlichen Kollimieren von Röntgenstrahlung, die von jedem der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke erzeugt wird, auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors unter Verwendung einer Kollimationsbaugruppe, die mit einem Austrittsfenster der Röntgenquellenanordnung verbunden ist; Bereitstellen einer elektronischen Schaltvorrichtung aufweisend: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung; eine Stromquelle; einen Schalter; und einen Auslöser aufweisend einen oder mehr erste Prozessoren und/oder Schaltkreise; Positionieren und Ausrichten der Röntgenquellenanordnung und des digitalen Flächenröntgendetektors, um diese derart einzustellen, dass sowohl obere als auch untere Extremitäten eines Patienten unter Verwendung von Tomosynthese in entweder nicht-lasttragenden oder lasttragenden Positionen abgebildet werden können, während eine Position der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke in Bezug auf den digitalen Flächenröntgendetektor unverändert bleibt; sequenzielles Verbinden der Stromquelle mit einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der kompakten Röntgenbildgebungsvorrichtung, mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Röntgenquellenanordnung noch des digitalen Flächenröntgendetektors zu erzeugen; und Synchronisieren einer Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke; wobei das kompakte Röntgenbildgebungssystem dafür eingerichtet ist, in einer Mehrzahl von Bildgebungsmoden zu arbeiten.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungssystem bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungssystem eine Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren aufweisend eine Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke, und einen digitalen Flächenröntgendetektor, montiert an einem Mini-C-Arm; eine Kollimationsbaugruppe, die mit einem Austrittsfenster der Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung verbunden ist und eingerichtet ist, die von jedem der Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke erzeugte Röntgenstrahlung im Wesentlichen auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors zu kollimieren; und eine elektronische Schaltvorrichtung aufweisend: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung; eine Stromquelle; einen Schalter, der dafür eingerichtet ist, die Stromquelle nacheinander mit einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung, mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, zu verbinden, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung noch des digitalen Flächenröntgendetektors zu erzeugen; und einen Auslöser aufweisend einen oder mehrere Prozessoren und/oder Schaltkreise, eingerichtet, um eine Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke zu synchronisieren, auf; wobei die Mini-C-Arm-Röntgenvorrichtung dafür ausgebildet ist, in entweder einem dreidimensionalen Tomosynthese-Bildgebungsmodus, einem Fluoroskopiemodus, oder einem stereotaktischen Modus zu arbeiten.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren der Röntgenbildgebung unter Verwendung eines Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungssystems bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren auf: Bereitstellen eines Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungssystems mit einer Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren mit einer Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke, und einem digitalen Flächenröntgendetektor, der an einem Mini-C-Arm befestigt ist; im Wesentlichen Kollimieren einer von jedem der Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke erzeugten Röntgenstrahlung auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors unter Verwendung einer Kollimationsbaugruppe, die mit einem Austrittsfenster der Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung verbunden ist; Bereitstellen einer elektronischen Schaltvorrichtung aufweisend: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung; eine Stromquelle; einen Schalter; und einen Auslöser aufweisend einen oder mehr Prozessoren und/oder Schaltkreise; nacheinander Verbinden der Stromquelle mit einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion ohne irgend eine mechanische Bewegung weder der Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung noch des digitalen Flächenröntgendetektors zu erzeugen; und Synchronisieren einer Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke; wobei die Mini-C-Arm-Röntgenvorrichtung dafür eingerichtet ist, in entweder einem dreidimensionalen Tomosynthesebildgebungsmodus, einem Fluoroskopiemodus oder einem stereotaktischen Modus zu arbeiten.
Obwohl einige der Aspekte des hierin offenbarten Gegenstandes oben dargelegt worden sind, und diese ganz oder zum Teil durch den vorliegend offenbarten Gegenstand erreicht werden, werden andere Aspekte im Fortgang der Beschreibung offenbar werden, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die nachstehend in bester Weise beschrieben sind, herangezogen wird.
Figurenliste
Die Merkmale und Vorteile des vorliegenden Gegenstandes werden einfacher anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung verstanden werden, die in Zusammenschau mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden sollte, welche lediglich als ein erläuterndes und nicht einschränkendes Beispiel beigegeben sind und in welchen:

1 eine Illustration eines traditionellen Tomosynthesescanners, der kommerziell erhältlich ist, ist;
2 eine Illustration einer traditionellen Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung entsprechend kommerziell erhältlichen Vorrichtungen ist;
3A, 3B, 3C, 3D Illustrationen beispielhafter Röntgenbildgebungssysteme gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung sind;
4A und 4B Illustrationen einer gekrümmten Kohlenstoff nanoröhren- (CNT)-Röntgenquelle und einer CNT-Röntgenquelle mit linearer Form sind;
5 eine Illustration eines mobilen Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungssystems gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist;
6 und 7 Illustrationen von beispielhaften Anordnungen verschiedener Komponenten eines Röntgenbildgebungssystems gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung sind;
8 Simulationen illustriert, die durchgeführt wurden, um eine Systemauflösung eines beispielhaften Röntgenbildgebungssystems einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung zu demonstrieren;
9 eine Illustration eines beispielhaften Arbeitstisch-Röntgenbildgebungssystems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
10A ein beispielhaftes Projektionsbild zeigt, das durch traditionelle Bildgebungssysteme erfasst wurde, welche nicht dieselben Details wie die Systeme und Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung erfassen, und 10B ein Rekonstruktions-Scheibenbild (im Englischen „reconstruction slice image“), welches mit einer Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung erfasst wurde, zeigt; und
11A und 11B beispielhafte Tomosynthese-Rekonstruktions-Scheibenbilder zeigen, die durch ein Beispielsystem der vorliegenden Offenbarung für verschiedene Ansichten aufgenommen wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet kompakte Röntgenvorrichtungen zur, als ein nicht einschränkendes Beispiel, patientennahen Bildgebung. Die hierin offenbarten Vorrichtungen können für vielfache Funktionen verwendet werden. Sie können zur diagnostischen Tomosynthesebildgebung verwendet werden, wobei sie einer ähnlichen Funktion dienen wie die großen Im-Raum-Tomosynthesevorrichtungen, aber mit einer kleineren Stellfläche (d. h. sie nehmen weniger körperlichen Raum in den Untersuchungs-/Operationsräumen ein). Die Vorrichtungen der vorliegenden Offenbarung können auch für Eingriffszwecke verwendet werden, wobei sie Orientierung mittels Bild für Operationen und andere Vorgänge bereitstellen. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Vorrichtungen entweder in dem Tomosynthese-Bildgebungsmodus, dem 2D-Radiographiemodus, dem Fluoroskopiemodus oder dem stereotaktischen Modus verwendet werden.
3A illustriert ein mögliches Ausführungsbeispiel des hierin offenbarten Gegenstandes. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300, wie in 3 illustriert, eine kompakte Röntgentomosynthesevorrichtung, welche eine Röntgenquellenanordnung 310 aufweisend mehrere räumlich verteilte Röntgenbrennflecke (in dieser Ansicht nicht gezeigt), und einen digitalen Flächenröntgendetektor 320 aufweist. In einigen Ausführungsbeispielen ist der digitale Flächenröntgendetektor 320 gegenüber und parallel zu der Röntgenquellenanordnung 310 angeordnet, um, als ein nicht einschränkendes Beispiel, die Bilder aufzunehmen. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 eine Strahlbegrenzungsvorrichtung oder Kollimationsbaugruppe (in dieser Ansicht nicht gezeigt), welche mit einem Austrittsfenster der Röntgenquellenanordnung 310 verbunden ist, auf. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Kollimationsbaugruppe dafür eingerichtet, Röntgenstrahlung, die von jedem aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke erzeugt wird, im Wesentlichen auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors 320 zu kollimieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der digitale Flächenröntgendetektor 320, als ein Beispiel und ohne Einschränkung, ein Flächendetektor vom Typ einer flachen Platte sein.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke zwei räumlich verteilte Röntgenbrennflecke, oder mehr als zwei räumlich verteilte Röntgenbrennfecke, auf. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist jeder aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke mit einer Fleckgröße von zwischen, und einschließlich, etwa 0,01mm und 0,3mm mikrofokussiert. Zum Beispiel und ohne Einschränkung kann bei einigen Ausführungsbeispielen die Fleckgröße jedes der Brennflecke zwischen, und einschließlich, etwa 0,1mm bis 0,2mm sein. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann bei einigen Ausführungsbeispielen die Fleckgröße jedes der Brennflecke etwa 0,1mm sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist mindestens einer von den mehreren räumlich verteilten Röntgenbrennflecken mit einer Fleckgröße von zwischen, und einschließlich, etwa 0,01mm und 0,3mm mikrofokussiert. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke in einer Ebene angeordnet, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene ist, in der der digitale Flächenröntgendetektor 320 positioniert ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Mehrzahl räumlich verteilter Brennflecke der Röntgenquellenanordnung in einer Ebene angeordnet, welche im Wesentlichen parallel zu einer Ebene ist, in der der digitale Flächenröntgendetektor 320 positioniert ist.
Um einen abtastenden Röntgenstrahl elektronisch zu erzeugen, weist bei einigen Ausführungsbeispielen die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 ferner eine elektronische Schaltvorrichtung 330 auf, welche aufweist: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung, eine Stromquelle, und einen Schalter. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Hochspannungs-Leistungsversorgung und die Stromquelle dafür eingerichtet, die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300, einschließlich der Röntgenquellenanordnung 310, mit Leistung zu versorgen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Schalter dafür eingerichtet, die Stromquelle sequenziell mit einer oder einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der Röntgenquellenanordnung 310 zu verbinden. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Stromquelle nacheinander mit einer oder einer Mehrzahl der Feldemissionskathoden der Röntgenquellenanordnung 310, eine nach der anderen, verbunden, mit einem vorangestellten Stromwert von zwischen, und einschließlich, etwa 0,05mA und 20mA, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosyntheserekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Röntgenquellenanordnung 310 noch des digitalen Flächenröntgendetektors 320 zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die elektronische Schaltvorrichtung 330 ferner einen Auslöser oder Auslösemechanismus auf, um die Detektordatenerfassung mit der Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke zu synchronisieren. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Auslöser, als ein nicht einschränkendes Beispiel, ein oder mehr erste Prozessoren und/oder Schaltkreise, die dafür eingerichtet sind, die Detektordatenerfassung mit der Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke zu synchronisieren, aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die elektronische Schaltvorrichtung 330 dafür eingerichtet, die Hochspannungs-Leistungsversorgung während einer einzelnen Bildgebungssequenz auf mehr als einem Energieniveau zu betreiben, derart, dass Projektionsbilder, die bei verschiedenen Anodenenergieniveaus erhalten wurden, kombiniert werden können, um kontrastverbesserte 2D radiographische Bilder und/oder 3D Tomosynthesebilder zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 auf einem mobilen Wagen 332 montiert oder an diesem befestigt sein. Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen kann die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 eine mechanische Trageinrichtung 334 aufweisen, die dafür eingerichtet ist, eine Position und Orientierung der Röntgenquellenanordnung 310 und des digitalen Flächenröntgendetektors 320 so zu verändern, dass diese derart einstellbar sind, dass, als ein nicht einschränkendes Beispiel, sowohl obere als auch untere Extremitäten eines Patienten mittels Tomosynthese in entweder nicht-lasttragenden oder lasttragenden Positionen abgebildet werden können. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Bildgebung erfolgen, während eine Position der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke in Bezug auf den digitalen Flächenröntgendetektor 320 unverändert bleibt. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 der vorliegenden Offenbarung dafür eingerichtet, in entweder einem Tomosynthesebildgebungsmodus, einem gepulsten Fluoroskopiemodus oder einem stereotaktischen Modus betrieben zu werden.
In einigen Ausführungsbeispielen weist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 einen oder mehr zentrale Prozessoren auf, die dafür ausgebildet sind, zwischen Bildgebungsmoden umzuschalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der zentrale Prozessor in die elektronische Schaltvorrichtung 330 eingebettet sein oder ein Teil dieser sein oder diese anderweitig steuern. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 einen Prozessor aufweisen, der, entweder automatisch oder nach Erhalt einer Eingabe durch einen Benutzer, den Bildgebungsmodus umschaltet und die Röntgenquellenanordnung 310 und den digitalen Flächenröntgendetektor 320 und verschiedene andere Einrichtungen in der Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 steuert. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der zentrale Prozessor dafür eingerichtet, den Bildgebungsmodus zwischen einem Tomosynthese-Bildgebungsmodus, einem 2D-Radiographiemodus, einem Fluoroskopiemodus oder einem stereotaktischen Modus umzuschalten. In dieser Hinsicht kann der zentrale Prozessor dafür eingerichtet sein, die Röntgenquellenanordnung 310 und den digitalen Flächenröntgendetektor 320 und verschiedene andere Einrichtungen in Übereinstimmung mit der Beschreibung hierin zu steuern.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 in dem Tomosynthese-Bildgebungsmodus betrieben wird, durch sequenzielles und elektronisches Aktivieren der Röntgenstrahlen von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke ein abtastender Röntgenstrahl erzeugt, wobei weder die Röntgenquellenanordnung 310, der digitale Flächenröntgendetektor 320 noch der Patient (in dieser Ansicht nicht gezeigt) bewegt werden, um alle für eine Tomosynthese-Rekonstruktion benötigten Projektionsbilder zu erfassen. In einem Ausführungsbeispiel wird dies durch Verbinden der Stromquelle der elektronischen Schaltvorrichtung 330 mit den Feldemissionskathoden in der Röntgenquellenanordnung 310 mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, zur Erzeugung von Röntgenstrahlung von der Vielzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke zur Erzeugung der Projektionsbilder erreicht. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der voreingestellte Stromwert auf zwischen, und einschließlich, etwa 0,05mA und 20mA eingestellt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 ferner einen oder mehr zweite Prozessoren, ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium, und einen Tomosynthese-Bildrekonstruktionsalgorithmus, der ausgebildet ist, die Projektionsbilder zu einem Satz von Tomosynthesebildern zu rekonstruieren, auf. In einigen Ausführungsbeispielen weist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 ferner einen Betrachtungsbildschirm, wie etwa einen Monitor 336, oder eine andere Anzeige auf, der/die es einem Nutzer oder Arzt erlaubt, die von der Röntgenbildgebungsvorrichtung generierten Bilder zu betrachten. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 eine Grafikprozessoreinheit (GPU) auf, um, zum Beispiel und ohne Einschränkung, die Geschwindigkeit der Tomosynthese-Rekonstruktion zu steigern. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 eine Anzeige, wie etwa den Monitor 336, oder einen anderen Bildschirm, die von der Hauptmaschine getrennt ist, auf, welche als Beispiel ohne Einschränkung an einer Wand montiert ist, wie in 3B illustriert ist, oder auf einem separaten mobilen Wagen, wie in 3C illustriert.
Unter Bezugnahme auf 3A wird bei einigen Ausführungsbeispielen, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 in dem 2D-Radiographiemodus betrieben wird, von einem oder mehr aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke generierte Röntgenstrahlung verwendet, um ein einzelnes zweidimensionales Röntgenbild oder ein oder mehr zweidimensionale Fluoroskopiebilder zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 in dem Fluoroskopie-Bildgebungsmodus, vorzugsweise einem gepulsten Fluoroskopiemodus, betrieben wird, von einem aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke erzeugte Röntgenstrahlung zur Erzeugung mehrerer Bilder verwendet. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 dafür eingerichtet, von dem einen Röntgenbrennfleck erhaltene Strahlung zu pulsen. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird ein zentraler Röntgenbrennfleck aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke verwendet und ein Strahlungsstrahl wird unter Verwendung des zentralen Brennflecks gepulst. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird der eine Röntgenbrennfleck mit einer Rate in einem Bereich von etwa 5 bis 30 Pulsen je Sekunde gepulst. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird der zentrale Röntgenbrennfleck mit einer Pulsrate in einem Bereich von etwa 5 bis 30 Pulsen je Sekunde gepulst. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird für jeden Röntgenpuls (in Bezug auf entweder den zentralen Röntgenbrennfleck oder einen anderen einzelnen Röntgenbrennfleck) ein Bild eines gescannten Objekts gebildet und angezeigt, um einen Röntgenfilm oder ein Röntgenvideo des gescannten Objekts zu erzeugen.
In einigen Ausführungsbeispielen wird, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 in dem stereotaktischen Bildgebungsmodus betrieben wird, Röntgenstrahlung von mehreren diskreten Brennflecken aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke verwendet, um eine Mehrzahl von Projektionsbildern aus einer Mehrzahl verschiedener Blickwinkel zu erzeugen, und angezeigt. Bei einigen Ausführungsbeispielen verwendet der stereotaktische Bildgebungsmodus zwei diskrete Brennflecke aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke, um zwei Projektionsbilder aus zwei verschiedenen Blickwinkeln zu bilden, und angezeigt. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird keine mechanische Bewegung der Röntgenquellenanordnung 310 benötigt. Bei einigen Ausführungsbeispielen können Bilder, die erzeugt werden, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 in dem stereotaktischen Bildgebungsmodus betrieben wird, als ein Beispiel ohne Einschränkung, zweidimensionale oder dreidimensionale Bilder sein.
Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist die Röntgenquellenanordnung 310 eine Röntgenanordnung auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren (im Englischen „carbon nanotube“) (CNT). Eine CNT-Röntgenquellenanordnung verwendet eine Anordnung individuell steuerbarer CNT-Feldemitter, um Elektronen bei Raumtemperatur zu erzeugen, wobei die Elektronen beschleunigt werden, um die Anode zur Erzeugung von Röntgenstrahlung zu bombardieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung sind die CNT-Feldemitter mit der elektronischen Schaltvorrichtung 330 verbunden. Durch elektronisches Ein- und Ausschalten der einzelnen CNT-Kathoden kann aus verschiedenen Blickwinkeln ein abtastender Röntgenstrahl erzeugt werden, um eine Mehrzahl von für die Tomosynthese-Rekonstruktion benötigten Projektionsbildern zu erfassen, ohne irgendeine mechanische Bewegung. 4A illustriert eine Röntgenquelle, die unter Verwendung dieses Prinzips arbeitet. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die CNT-Röntgenquellenanordnung 310 in einer gekrümmten Art angeordnet sein, etwa wie, als Beispiel und ohne Einschränkung, in 4A gezeigt. Jedoch muss die CNT-Röntgenquellenanordnung 310 bei einigen Ausführungsbeispielen nicht in einer gebogenen Art geformt sein, sondern kann gerade oder linear sein. Eine derartige gerade oder linear geformte CNT-Röntgenquellenanordnung 310 ist in 4B illustriert. Ferner sind beide der beschriebenen CNT-Röntgenquellenanordnungen 310 in 4A und 4B kommerziell erhältlich, beispielsweise und ohne Einschränkung von XinRay Systems, LLC.
Mit CNTs werden Elektronen bei Raumtemperatur unter Verwendung von Feldemission erzeugt. Durch Anlegen einer elektrischen Potenzialdifferenz über ein sehr scharfes Objekt hinweg können Elektronen an der Spitze des scharfen Objekts erzeugt werden. Eine Anforderung der Röntgenbildgebung mit modernen Röntgenröhren und CNTs beinhaltet ein Fokussieren jeder der Elektronenquellen. Mit CNTs werden die Feldemissionselektronen während des Emissionsvorgangs bereits teilweise fokussiert, und daher werden auch kleinere fokussierende Strukturen benötigt. In 2002 zeigten Zhou und Kollegen, dass CNTs als wirkungsvolle Feldemitter für Röntgenquellen dienen könnten, aufgrund ihrer atomar scharfen Spitzen und hohen mechanischen Stabilität. Ferner werden im Unterschied zu Versuchen mit früheren Diamant- und Wolframspitzen die erforderlichen Einschaltspannungen signifikant verringert. Die CNT-Röntgenquellen können nahe beieinander positioniert werden, was die Schaffung von Mehrstrahl- Röntgenquellen für eine Vielfalt von Anwendungen ermöglicht.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 der vorliegenden Offenbarung zwischen, und einschließlich, etwa fünf und sechzig individuell steuerbare CNT-Emitter als Elektronenquellen auf. In einigen Ausführungsbeispielen hat die Röntgenquellenanordnung eine unipolare Ausgestaltung. Bei einigen Ausführungsbeispielen hat die Anodenspannung der Röntgenquellenanordnung eine Anodenspannung zwischen, und einschließlich, etwa 0kV und 120kV und einen Röntgenröhrenstrom zwischen, und einschließlich, etwa 0,05mA und 20mA. Bei einigen Ausführungsbeispielen haben die Röntgenbrennflecke eine räumliche Verteilung gemäß einer Linie, einem Kreis, einem 2D-Feld, oder irgendeiner anderen geometrischen 2D- oder 3D-Konfiguration.
3D illustriert ein detaillierteres Beispiel der elektronischen Schaltvorrichtung 330. Bei einigen Ausführungsbeispielen, wie sie hierin beschrieben sind, kann die elektronische Schaltvorrichtung 330 eine Hochspannungs-Leistungsversorgung 340, eine Stromquelle 342, einen Schalter 344, einen Auslöser aufweisend einen oder mehr erste Prozessoren 346, einen oder mehr zweite Prozessoren 348 und einen zentralen Prozessor 350 aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Hochspannungs-Leistungsversorgung 340 dafür eingerichtet, für die verschiedenen Komponenten der Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 der vorliegenden Offenbarung, einschließlich, als Beispiel und ohne Einschränkung, die Röntgenquellenanordnung 310 und den digitalen Flächenröntgendetektor 320, elektrische Leistung bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Stromquelle 342 dafür eingerichtet, durch den Schalter 344 mit einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der kompakten Röntgenbildgebungsvorrichtung, mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, verbunden zu werden, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Röntgenquellenanordnung 310 noch des digitalen Flächenröntgendetektors 320 zu erzeugen.
In einigen Ausführungsbeispielen ist der Schalter 344 dafür ausgebildet, die Stromquelle 342 wie hierin beschrieben zu verbinden. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der ein oder mehr erste Prozessoren 346 aufweisende Auslöser eingerichtet, um eine Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke zu synchronisieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die ein oder mehr ersten Prozessoren 346 in der elektronischen Schaltvorrichtung 330 oder in irgendeinem anderen geeigneten Teil der Röntgenbildgebungsvorrichtung 300, wie hierin beschrieben, angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen weisen die ein oder mehr zweiten Prozessoren 348 ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium, und einen Tomosynthese-Bildrekonstruktionsalgorithmus, der ausgebildet ist, die Projektionsbilder in einen Satz von Tomosynthesebildern zu rekonstruieren, auf. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der eine oder mehr zweite Prozessoren 348 dafür ausgebildet, nicht-lasttragende Bilder und lasttragende Bilder automatisch miteinander auszufluchten, um belastungsinduzierte strukturelle Deformation/Verschiebung einer Extremität eines Patienten zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der eine oder mehr zweite Prozessoren 348 dafür ausgebildet, Prä-Kontrastmittelinjektions-Bilder und Post-Kontrastmittelinjektions-Bilder automatisch miteinander auszufluchten, um durch Kontrastmittel verbesserte Bilder einer Extremität eines Patienten zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der zentrale Prozessor 350 dafür ausgebildet, die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 zwischen Bildgebungsmoden umzuschalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der zentrale Prozessor 350 einen Prozessor aufweisen, welcher, entweder automatisch oder nach Erhalt einer Eingabe von einem Benutzer, den Bildgebungsmodus umschaltet und die Röntgenquellenanordnung 310 und den digitalen Flächenröntgendetektor 320 sowie verschiedene andere Einrichtungen in der Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 steuert. In einigen Ausführungsbeispielen ist der zentrale Prozessor dafür ausgebildet, den Bildgebungsmodus zwischen einem Tomosynthese-Bildgebungsmodus, einem 2D-Radiographiemodus, einem Fluoroskopiemodus oder einem stereotaktischen Modus zu schalten. In dieser Hinsicht kann der zentrale Prozessor dafür eingerichtet sein, die Röntgenquellenanordnung 310 und den digitalen Flächenröntgendetektor 320 und verschiedene andere Einrichtungen in Übereinstimmung mit der Beschreibung hierin zu steuern. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der zentrale Prozessor 350 mit den einen oder mehr ersten Prozessoren 346, den einen oder mehr zweiten Prozessoren 348 oder irgendeiner der anderen verschiedenen Komponenten über eine Schnittstelle verbunden sein oder kommunizieren, um Daten entweder zur Anzeige oder Ausgabe auf dem Monitor 336 oder einer anderen Einrichtung zu empfangen. Zum Beispiel und ohne Einschränkung können die ein oder mehr zweiten Prozessoren 348 dafür ausgebildet sein, die Tomosynthesebilder zu verarbeiten und zu rekonstruieren und diese an den zentralen Prozessor 350, der dafür eingerichtet ist, die Bilder auf dem Monitor 336 anzuzeigen, zu senden. Ferner können bei einigen Ausführungsbeispielen der Detektor 320 und irgendeiner der Prozessoren der Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 aufgenommene Bilder (unter Verwendung irgendeines Bildgebungsmodus) senden und an den zentralen Prozessor 350 für die Anzeige auf dem Monitor 336 senden.
5 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel der Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung 400 der vorliegenden Offenbarung, umfassend eine mechanische Tragstruktur, welche es ermöglicht, die Position und Ausrichtung des Paares von Röntgenquelle und Detektor als Ganzes derart einzustellen, dass, als Beispiel und ohne Einschränkung, sowohl obere als auch untere Extremitäten in entweder nicht-lasttragenden oder lasttragenden Positionen abgebildet werden können. Die Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung 400 der 5 kann viele der gleichen elektronischen Komponenten der vorangehenden Röntgenbildgebungsvorrichtungen, die oben besprochen wurden, aufweisen, einschließlich Prozessoren, Schalteinrichtungen, Monitore, etc. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist der mechanische Träger ein Mini-C-Arm 404, welcher kommerziell, als Beispiel ohne Einschränkung, für die Fluoroskopie verwendet wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der mechanische Träger einen mechanisierten Arm oder eine andere mechanisierte Struktur aufweisen oder beinhalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der mechanische Träger ein nicht-mechanisierter Arm oder eine andere nicht-mechanisierte Struktur sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der mechanische Träger ein bewegbarer Tragarm wie jener, der in 5 gezeigt ist, sein.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der mechanische Träger einen Mini-C-Arm 404 aufweisen, der mit einem einstellbaren, ausfahrbaren Tragarm 406, welcher an einer Trägerstruktur, wie etwa, beispielsweise und ohne Einschränkung, einem mobilen Wagen 402 oder einer anderen mobilen und nicht-mobilen Vorrichtung befestigt oder montiert ist, verbunden ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der einstellbare, ausfahrbare Tragarm 406 dafür eingerichtet, auszufahren und einzufahren und/oder zu schwenken, derart, dass ein Benutzer der Röntgenbildgebungsvorrichtung 400 die Röntgenquellenanordnung 310 und den digitalen Flächenröntgendetektor 320 bewegen kann, um für die Bildgebung Zugang zu einem Abschnitt eines Körpers eines Patienten zu erhalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist ein oder mehr zweite Prozessoren der Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung 400 dafür eingerichtet, nicht-lasttragende Bilder und lasttragende Bilder automatisch miteinander auszufluchten, um durch Belastung induzierte strukturelle Deformation/Verschiebung einer Extremität eines Patienten zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der eine oder mehr zweite Prozessoren dafür ausgebildet, Prä-Kontrastmittelinjektions-Bilder und Post-Kontrastmittelinjektions-Bilder automatisch miteinander auszufluchten, um durch Kontrastmittel verbesserte Bilder einer Extremität eines Patienten zu erzeugen.
Ein oder mehr Prozessoren der Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung 400, wie etwa der erste Prozessor, der zweite Prozessor, und/oder der zentrale Prozessor, können alle an irgendeiner geeigneten Stelle an der Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung 400 angeordnet sein, einschließlich in dem Gehäuse 408, welches auch eine elektronische Schalteinheit, wie sie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, aufweisen kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung 400 der 5 eine Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren mit einer Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke, und einen digitalen Flächenröntgendetektor, die an einem Mini-C-Arm montiert sind, auf. Ferner ist die Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung der 5 dafür eingerichtet, in entweder einem 3D-Tomosynthesebildgebungsmodus, einem Fluoroskopiemodus, und/oder einem stereotaktischen Modus, wie hierin beschrieben, zu arbeiten. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung 400 einen zentralen Prozessor auf, welcher dafür eingerichtet ist, eine elektronische Schalteinheit, die zwischen den verschiedenen Bildgebungsmoden wie hierin besprochen umschaltet, zu steuern.
Die geometrische Anordnung 600 einiger Ausführungsbeispiele der Röntgenbildgebungsvorrichtung ist in 6 mit einer Röntgenquellenanordnung 310 und einem digitalen Flächenröntgendetektor 320 in einer parallelen Geometrie in Bezug aufeinander veranschaulicht. Um die Größe der Bildgebungsvorrichtung zu reduzieren, kann bei einigen Ausführungsbeispielen der Abstand von Quelle zu Bildwandler (im Englischen „source-to-imager-distance“) (SID) 614 des Systems zwischen, und einschließlich, etwa 40cm und 60cm sein, ähnlich jenem, der bei den Mini-C-Arm-Vorrichtungen verwendet wird. Eine Verminderung der SID 614 hat auch die Vorteile einer: a) Verminderung der für die Aufnahme benötigten Röntgenröhrenleistung; b) Verminderung der Strahlendosis für die Bedienerperson; und c) Verminderung der Größe und des Gewichts des Bildgebungssystems. Das Verringern der SID 614 hat jedoch einen nachteiligen Effekt auf die Systemauflösung. Die räumliche Auflösung des Bildgebungssystems wird durch Faktoren bestimmt, die die Brennfleckgröße der Röntgenquellenanordnung 310, die Pixelgröße des digitalen Flächenröntgendetektors 320, und den Vergrößerungsfaktor beinhalten. Der Vergrößerungsfaktor ist das Verhältnis der SID 614 zur Distanz von Quelle zu Objekt (im Englischen „source-to-object-distance“) (SOD) 616, wobei die Quelle die Röntgenquellenanordnung 310 ist und das Objekt das gescannte Objekt 630 ist.
Um die für die Diagnosebildgebung erforderliche hohe räumliche Auflösung bei verschiedenen Vergrößerungsfaktoren zu erreichen, wird bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eine Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung 310 verwendet. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist, als Beispiel ohne Einschränkung, die Quellenanordnung eine CNT-basierte Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Größen der Röntgenbrennflecke 612 in der Röntgenquellenanordnung 310 (zur Verdeutlichung sind nur 3 der Brennflecke durch Pfeile markiert) vorzugsweise etwa 0,1mm oder geringer. Um die Tiefenauflösung zu erreichen, liegt die Winkelabtastung 618, die durch die Röntgenquellenanordnung 310 abgedeckt wird, bei einigen Ausführungsbeispielen zwischen, und einschließlich, etwa 10 und 50 Grad. Bei einigen Ausführungsbeispielen beträgt der Winkelscan (d. h. die Winkelabdeckung) 618 der Röntgenquellenanordnung 310 etwa 40 Grad und der SID 616 ist etwa 40cm. Bei einigen Ausführungsbeispielen würde dies in dem Fall einer linearen Röntgenquellenanordnung erfordern, dass die durch die Röntgenbrennflecke 612 gebildete Linie in etwa gleich 2*tan(20 Grad)*40cm oder etwa 29cm ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung weist die Röntgenquellenanordnung 310 zwischen, und einschließlich, etwa 10 und 40 Kathoden auf, wobei jede Kathode von einem korrespondierenden Brennfleck 612 an der Anode mit einer definierten Brennfleckgröße einen Röntgenstrahl erzeugt, womit zwischen, und einschließlich, etwa 10 und 40 mikrofokussierte Brennflecke 612 bereitgestellt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die CNT-Röntgenquellenanordnung 310 etwa 30 räumlich verteilte mikrofokussierte Röntgenbrennflecke 612 auf, wobei jeder Brennfleck 612 eine mittlere Brennfleckgröße von, beispielsweise, etwa 0,1mm in der Halbwertsbreite (im Englischen „full-width-at-half-maximum“) (FWHM) aufweist. Bei einigen Ausführungsbeispielen arbeitet die Röntgenquellenanordnung 310 in einem Energiebereich von zwischen, und einschließlich, etwa 0kVp und 120kVp. Bei einem Ausführungsbeispiel arbeitet die Röntgenquellenanordnung 310 in einem Energiebereich von zwischen, und einschließlich, etwa 40kVp und 80kVp, um, als ein nicht einschränkendes Beispiel, Extremitäten abzubilden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen verwendet die CNT-basierte mikrofokussierte Röntgenquellenanordnung 310 eine elektrostatische Fokussierstruktur, um den Elektronenstrahl für einen kleinen Bereich auf der Röntgenanode zu fokussieren. Ein nicht einschränkendes Beispiel einer elektrostatischen Fokussierstruktur ist die elektrostatische fokussierende Linse vom Typ Einzel. Die Konstruktion einer Einzelstrahl-CNT-Mikrofokus-Röntgenröhre mit elektrostatischer Fokussierlinse vom Typ Einzel wird in der Publikation „Carbon nanotube based microfocus field emission x-ray source for microcomputed tomography“ (übersetzt: „Kohlenstoff-Nanoröhren-basierte Mikrofokus-Feldemissions-Röntgenquelle für Mikrocomputertomographie“), Appl. Phys. Lett. 89, 103111 (2006); Zejian Liu et al. und im United States Patent mit der laufenden Nummer 7,826,595 , deren Offenbarungen in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin eingeschlossen werden, beschrieben.
In einigen Ausführungsbeispielen hängt eine Abgabe von Röntgenphotonen von der Röntgenquellenanordnung 310 von der Größe des Röntgenbrennflecks 612 ab. Eine Verminderung der Größe des Brennflecks 612 begrenzt die maximale Röhrenleistung, und begrenzt daher den Betrag der erzeugten Röntgenfluenz. Für eine mikrofokussierte Röntgenquelle mit einer stationären Anode ist der Röntgenröhrenstrom im allgemeinen geringer als 1mA, wenn die Röntgenröhrenspannung bei etwa 70kVp liegt und wenn die Größe des Röntgenbrennflecks 612 geringer als 0,1mm ist.
Bei der Röntgenbildgebung hängt die Bildqualität, insbesondere das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des Bildes, von der Menge der durch den Röntgendetektor 320 empfangenen Röntgenphotonen ab, welche von der Eingangsdosis abhängt. Für die Tomosynthesebildgebung eines menschlichen Handgelenks wird im allgemeinen in der veröffentlichten Literatur eine Gesamteingangsdosis von zwischen etwa 0,2mGy und 0,3mGy verwendet. Ein Experiment von einer CNT-Röntgenquellenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung, die für dentale Bildgebung ausgebildet ist, zeigt, dass die Röntgenstrahlungs-Erzeugungsrate etwa 0,4mGy/mAs bei einem SID 614 von 40cm und einer Röntgenröhrenspannung von etwa 70kVp beträgt. Bei einer Röntgenröhrenspannung von etwa 50kVp wird erwartet, dass sich die Rate auf 0,2mGy/mAs vermindert. Daher beträgt mit einer Vorrichtung mit 40cm SID der benötigte Quellenstrom etwa 1mA, für die Abbildung eines menschlichen Handgelenks bei 50kVp. Unter der Annahme einer mikrofokussierten Quellenanordnung, die bei 50kVp und 0,5mA Röhrenstrom betrieben wird, würde dann die gesamte erforderliche Röntgenbelichtung 2 Sekunden für die 1mAs-Dosis sein. Im Falle von 20 Projektionsbildern und wenn die Detektorbildfrequenz 4 Frames je Sekunde beträgt, dann beträgt die gesamte Detektorauslesezeit 5 Sekunden, und die gesamte Abtastzeit der Beispielvorrichtung wäre 7 Sekunden für die Tomosynthese-Bildgebung eines menschlichen Handgelenks. Im Vergleich braucht der gegenwärtige kommerzielle digitale Im-Raum-Tomosynthesescanner von General Electric etwa 10 Sekunden für einen Tomosynthesescan. Dies zeigt, dass die beispielhafte Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung, im Vergleich mit den großen Im-Raum-Scannern, die gegenwärtig verfügbar sind, einen Tomosynthesescan mit einer ähnlichen, wenn nicht signifikant kürzeren Zeit durchführen kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann, wie in 7 illustriert, die Röntgenbildgebungsvorrichtung 300 eine Strahlbegrenzungseinrichtung wie eine Kollimationsbaugruppe 702, die dafür eingerichtet ist, um die Röntgenstrahlung von jedem Röntgenbrennfleck auf die Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors 320 zu begrenzen, wie es die IEC-Norm erfordert, aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Kollimationsbaugruppe 702, beispielsweise und ohne Einschränkung, ein oder mehr Kollimatoren sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Kollimationsbaugruppe 702 mit einem Austrittsfenster der Röntgenquellenanordnung 310 verbunden und ist dafür ausgebildet, die von jedem einzelnen aus der Mehrzahl räumlich verteilter Brennflecke 612 erzeugte Röntgenstrahlung auf die Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors 320 im Wesentlichen zu kollimieren oder zu begrenzen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Kollimationsbaugruppe 702 einen primären Kollimator und einen sekundären Kollimator auf, wobei der primäre Kollimator eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist und jede Öffnung der Mehrzahl von Öffnungen dafür eingerichtet ist, den Durchtritt von Strahlung von einem korrespondierenden Röntgenbrennfleck 612A zu ermöglichen. Mit anderen Worten ist bei einigen Ausführungsbeispielen eine erste Öffnung an einem einzelnen zugeordneten Röntgenbrennfleck 612A fixiert oder an diesem ausgerichtet, und ist die erste Öffnung dafür ausgebildet, Strahlung von nur diesem korrespondierenden Röntgenbrennfleck 612A hindurch zu lassen. Obwohl die Öffnungen in dieser Ansicht der 7 nicht zu sehen sind, illustrieren die Linien 704 und 706, wie Strahlung von jedem Röntgenbrennfleck 612A bzw. 612B kollimiert und auf den digitalen Röntgendetektor 320 fokussiert wird.
8 beinhaltet mehrere Graphen, welche Simulationen illustrieren, die durchgeführt wurden, um eine Systemauflösung einer beispielhaften Röntgenbildgebungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung aufzuzeigen. Die Simulationen wurden durchgeführt, um die Systemauflösung zu demonstrieren, wenn sich die Röntgenquellen in verschiedenen Abständen von den Röntgendetektoren entfernt befinden.
Die Machbarkeit des Betriebs der hierin oben offenbarten Vorrichtungen wurde unter Verwendung einer Tischvorrichtung, wie etwa der Tischvorrichtung 900, die in 9 gezeigt ist, demonstriert. Eine bereits existierende kurze CNT-Röntgenquellenanordnung 310 und ein Flachdetektor 320 (im Englischen „flat panel detector“) wurden an einem mechanischen Ständer 910 montiert. Zusätzlich beinhaltet die Tischvorrichtung 900 einen Satz von Beinen 908, die zur weiteren Unterstützung der Tischvorrichtung 900 benutzt werden. Die Quellenanordnung wurde in insgesamt 3 Positionen translahiert, um 40 Grad bei einem SID von 40cm abzudecken. Die Linien 902, 904, und 906 veranschaulichen die Winkel der Röntgenstrahlen, wie sie sich hin zu dem Detektor 320 ausbreiteten. Proben von Leichen wurden bei 55kVp unter Verwendung von 21 Projektionen abgebildet. Die Bilder wurden unter Verwendung eines iterativen Algorithmus rekonstruiert.
Beispielbilder, die durch die Tischvorrichtung (oder andere Vorrichtungen gemäß der Offenbarung hierin) rekonstruiert wurden, sind in 10B dargestellt. 10A zeigt ein beispielhaftes Projektionsbild des Leichenhandgelenks, welches unter Verwendung einer anderen Vorrichtung als jener der vorliegenden Offenbarung aufgenommen wurde. Es wurde unter Verwendung konventioneller Verfahren aufgenommen. Wenn ein Betrachter das Bild in 10A mit dem Bild in 10B (aufgenommen unter Verwendung eines Verfahrens der vorliegenden Offenbarung) vergleicht, ist es offenbar, dass herkömmliche Verfahren (d. h. Verfahren, die zum Aufnehmen der 10A verwendet wurden) nicht die Klarheit und die Einzelheiten des Rekonstruktionsscheibenbildes in 10B (mit der Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung erzeugt) erreichen. Wie durch die Referenzindikatoren herausgestellt, ist das Rekonstruktionsscheibenbild in 10B in der Lage, die Gelenkspalte und Läsionen 1000 zu erfassen, die auf den Projektionsbildern in der 10A nicht sichtbar sind.
11A und 11B zeigen eine andere Demonstration der Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung mit zwei verschiedenen Bildern bei unterschiedlichen Tiefen oder Höhen. 11A zeigt Tomosynthese-Rekonstruktionsscheiben (im Englischen „reconstruction slices“) eines Handgelenks eines Probeexemplars in der Ebene des Kopfbeins. 11B zeigt Tomosynthese-Rekonstruktionsscheiben desselben Handgelenks in der palmaren Ansicht des Kahnbeins und des Hakens des Hakenbeins.
Einige der hierin offenbarten Gegenstände können in oder mit Software in Kombination mit Hardware und/oder Firmware implementiert werden. Beispielsweise kann der hierin beschriebene Gegenstand in Software, die durch einen Prozessor oder eine Verarbeitungseinheit ausgeführt wird, implementiert sein. Bei einer beispielhaften Implementierung kann der hierin beschriebene Gegenstand unter Verwendung eines computerlesbaren Mediums, auf dem computerausführbare Anweisungen gespeichert sind, die, wenn sie durch einen Prozessor eines Computers ausgeführt werden, den Computer steuern, um Schritte auszuführen, implementiert sein. Beispielhafte computerlesbare Medien, die für die Implementierung des hierin beschriebenen Gegenstandes geeignet sind, umfassen nichtflüchtige Vorrichtungen, wie etwa Plattenspeichervorrichtungen, Chipspeichervorrichtungen, programmierbare logische Vorrichtungen, und anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise. Zusätzlich kann ein computerlesbares Medium, welches den hierin beschriebenen Gegenstand implementiert, sich auf einer einzelnen Vorrichtung oder Rechenplattform befinden oder kann über mehrere Vorrichtungen oder Rechenplattformen verteilt sein.
Der vorliegende Gegenstand kann in anderen Formen ausgeführt werden, ohne vom Geist und den wesentlichen Eigenschaften desselben abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind daher in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht einschränkend anzusehen. Obwohl der vorliegende Gegenstand im Hinblick auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, liegen andere Ausführungsbeispiele, welche für jene mit gewöhnlichen Fähigkeiten auf dem Fachgebiet offenbar sind, ebenfalls innerhalb des Umfangs des vorliegenden Gegenstandes.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/774649 [0001]
US 7826595 [0052]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

M. Ottenin, A. Jacquot, O. Grospretre, et al. „Evaluation of the diagnostic performance of tomosynthesis in fractures of the wrist“ (übersetzt: „Bewertung der diagnostischen Leistung der Tomosynthese bei Frakturen des Handgelenks“), American Journal of Roentgenology, 198: 180-186 (2012) [0009]
Appl. Phys. Lett. 89, 103111 (2006) [0052]

Claims

Kompaktes Röntgenbildgebungssystem, aufweisend: eine Röntgenquellenanordnung aufweisend eine Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke und einen digitalen Flächenröntgendetektor; eine Kollimationsbaugruppe, die mit einem Austrittsfenster der Röntgenquellenanordnung verbunden ist und eingerichtet ist, um von jedem der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke erzeugte Röntgenstrahlung auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors im Wesentlichen zu kollimieren; eine elektronische Schaltvorrichtung aufweisend: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung; eine Stromquelle; einen Schalter, welcher dafür ausgebildet ist, die Stromquelle nacheinander mit einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der kompakten Röntgenbildgebungsvorrichtung, mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, zu verbinden, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Röntgenquellenanordnung noch des digitalen Flächenröntgendetektors zu erzeugen; und einen Auslöser aufweisend einen oder mehr erste Prozessoren und/oder Schaltkreise, dafür ausgebildet, um eine Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke zu synchronisieren; und eine mechanische Trägereinrichtung, die dafür eingerichtet ist, ein Einstellen einer Position und Orientierung der Röntgenquellenanordnung und des digitalen Flächenröntgendetektors derart, dass sowohl obere als auch untere Extremitäten eines Patienten unter Verwendung von Tomosynthese in entweder nicht-lasttragenden oder lasttragenden Positionen abgebildet werden können, zu ermöglichen; wobei das kompakte Röntgenbildgebungssystem dafür eingerichtet ist, in einer Mehrzahl von Bildgebungsmoden zu arbeiten.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das Röntgenbildgebungssystem dafür eingerichtet ist, entweder in einem Tomosynthesebildgebungsmodus oder einem gepulsten Fluoroskopiemodus betrieben zu werden.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 2, derart ausgebildet, dass, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung in dem Tomosynthesebildgebungsmodus betrieben wird, durch sequenzielles elektronisches Aktivieren von Röntgenstrahlen von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke, wobei weder die Röntgenquellenanordnung, der digitale Flächenröntgendetektor noch der Patient bewegt wird, ein abtastender Röntgenstrahl erzeugt wird, um ein oder mehr erforderliche Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion zu erfassen; und derart ausgebildet, dass, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung in dem gepulsten Fluoroskopiebildgebungsmodus betrieben wird, von einem zentralen Brennfleck aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke erzeugte Röntgenstrahlung von etwa 5 bis 30 Pulsen je Sekunde gepulst wird und für jeden Röntgenpuls ein Bild eines gescannten Objekts gebildet und angezeigt wird, um einen Röntgenfilm des Objekts zu erzeugen.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, dafür eingerichtet, in einem stereotaktischen Modus zu arbeiten.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 4, wobei, wenn die Röntgenbildgebungsvorrichtung in dem stereotaktischen Modus betrieben wird, zwei diskrete Brennflecke aus der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke zum Aussenden von Röntgenstrahlung aktiviert werden, womit bewirkt wird, dass zwei Projektionsbilder aus zwei verschiedenen Winkeln gebildet und angezeigt werden.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Kollimationsbaugruppe einen primären Kollimator und einen sekundären Kollimator aufweist; wobei der primäre Kollimator eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, wobei jede Öffnung aus der Mehrzahl von Öffnungen dafür ausgebildet ist, den Durchtritt von Strahlung von einem korrespondierenden Röntgenbrennfleck zu erlauben.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Röntgenquellenanordnung zwischen, und einschließlich, etwa fünf und etwa sechzig individuell steuerbare Kohlenstoff-Nanoröhren-Emitter als Elektronenquellen aufweist; wobei die Röntgenquellenanordnung eine unipolare Ausgestaltung mit einer Anodenspannung zwischen, und einschließlich, etwa 0kV und 120kV, und einen Röntgenröhrenstrom von zwischen, und einschließlich, etwa 0,05mA und 20mA, aufweist; und wobei die räumliche Verteilung der Brennflecke eine Linie, ein Kreis, ein 2D-Feld oder irgendeine andere geometrische Konfiguration in 2D oder 3D ist.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei mindestens einer von der Mehrzahl von Röntgenbrennflecken mit einer Fleckgröße in einem Bereich von zwischen, und einschließlich, etwa 0,01mm und 0,3mm mikrofokussiert ist.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Röntgenbrennflecken der Röntgenquellenanordnung in einer Ebene, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene ist, in der der digitale Flächenröntgendetektor positioniert ist, angeordnet sind.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl der Röntgenbrennflecke der Röntgenquellenanordnung in einer Ebene, welche im Wesentlichen parallel zu einer Ebene ist, in der der digitale Flächenröntgendetektor positioniert ist, angeordnet sind.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die mechanische Trägereinrichtung ein Mini-C-Arm ist.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die elektronische Schaltvorrichtung dafür ausgebildet ist, die Hochspannungs-Leistungsversorgung während einer einzelnen Bildgebungssequenz auf mehr als einem Energieniveau zu betreiben, derart, dass bei verschiedenen Anodenenergieniveaus erhaltene Projektionsbilder kombiniert werden können, um kontrastverbesserte zweidimensionale (2D) radiographische Bilder und dreidimensionale (3D) Tomosynthesebilder zu erzeugen.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen oder mehr zweite Prozessoren und ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium aufweisend ausführbare Anweisungen; wobei der eine oder mehr zweite Prozessoren dafür eingerichtet ist, nicht-lasttragende Bilder und lasttragende Bilder automatisch miteinander auszufluchten, um eine lastinduzierte strukturelle Deformation/Verschiebung einer Extremität eines Patienten zu erzeugen.
Kompaktes Röntgenbildgebungssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen oder mehr zweite Prozessoren und ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium aufweisend ausführbare Anweisungen; wobei der eine oder mehr zweite Prozessoren eingerichtet ist, Prä-Kontrastmittelinjektions-Bilder und Post-Kontrastmittelinjektions-Bilder automatisch miteinander auszufluchten, um kontrastmittelverbesserte Bilder einer Extremität eines Patienten zu erzeugen.
Verfahren der Röntgenbildgebung unter Verwendung einer kompakten Röntgenbildgebungsvorrichtung, aufweisend: Bereitstellen einer Röntgenquellenanordnung mit einer Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke, und eines digitalen Flächenröntgendetektors; im Wesentlichen Kollimieren von Röntgenstrahlung, die von jedem der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke erzeugt wird, auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors unter Verwendung einer Kollimationsbaugruppe, die mit einem Austrittsfenster der Röntgenquellenanordnung verbunden ist; Bereitstellen einer elektronischen Schaltvorrichtung aufweisend: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung; eine Stromquelle; einen Schalter; und einen Auslöser aufweisend einen oder mehr erste Prozessoren und/oder Schaltkreise; Positionieren und Orientieren der Röntgenquellenanordnung und des digitalen Flächenröntgendetektors, um diese derart auszurichten, dass sowohl obere als auch untere Extremitäten eines Patienten unter Verwendung von Tomosynthese in entweder nicht-lasttragenden oder lasttragenden Positionen abgebildet werden können, während eine Position der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke in Bezug auf den digitalen Flächenröntgendetektor unverändert bleibt; nacheinander Verbinden der Stromquelle mit einer Mehrzahl von Feldmissionskathoden der kompakten Röntgenbildgebungsvorrichtung, mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosyntheserekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Röntgenquellenanordnung noch des digitalen Flächenröntgendetektors zu erzeugen; und Synchronisieren einer Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Röntgenbrennflecke; wobei das kompakte Röntgenbildgebungssystem dafür eingerichtet ist, in einer Mehrzahl von Bildgebungsmoden zu arbeiten.
Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungssystem aufweisend: eine Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren, aufweisend eine Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke, und einen digitalen Flächenröntgendetektor, die an einem Mini-C-Arm montiert sind; eine Kollimationsbaugruppe, die mit einem Austrittsfenster der Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung verbunden ist und dafür ausgebildet ist, die von jedem der mehreren räumlich verteilten Mikrofokus-Röntgenbrennflecke erzeugte Röntgenstrahlung auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors im Wesentlichen zu kollimieren; und eine elektronische Schaltvorrichtung aufweisend: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung; eine Stromquelle; einen Schalter, der dafür eingerichtet ist, die Stromquelle nacheinander mit einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, zu verbinden, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung noch des digitalen Flächenröntgendetektors zu erzeugen; und einen Auslöser aufweisend einen oder mehr Prozessoren und/oder Schaltkreise, der/die dafür eingerichtet ist/sind, eine Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke zu synchronisieren; wobei die Mini-C-Arm-Röntgenvorrichtung dafür eingerichtet ist, in entweder einem dreidimensionalen Tomosynthesebildgebungsmodus, einem Fluoroskopiemodus, oder einem stereotaktischen Modus zu arbeiten.
Verfahren der Röntgenbildgebung unter Verwendung eines Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungssystems aufweisend: Bereitstellen eines Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungssystems mit einer Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren mit einer Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke, und einem digitalen Flächenröntgendetektor, montiert an einem Mini-C-Arm; im Wesentlichen Kollimieren von Röntgenstrahlung, die von jedem der Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke erzeugt wird, auf eine Oberfläche des digitalen Flächenröntgendetektors unter Verwendung einer Kollimationsbaugruppe, die mit einem Austrittsfenster der Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung verbunden ist; Bereitstellen einer elektronischen Schaltvorrichtung aufweisend: eine Hochspannungs-Leistungsversorgung; eine Stromquelle; einen Schalter; und einen Auslöser aufweisend einen oder mehr Prozessoren und/oder Schaltkreise; nacheinander Verbinden der Stromquelle mit einer Mehrzahl von Feldemissionskathoden der Mini-C-Arm-Röntgenbildgebungsvorrichtung mit einem voreingestellten Stromwert, eine nach der anderen, um ein oder mehr Projektionsbilder für eine Tomosynthese-Rekonstruktion ohne irgendeine mechanische Bewegung weder der Mikrofokus-Röntgenquellenanordnung noch des digitalen Flächenröntgendetektors zu erzeugen; und Synchronisieren einer Detektordatenerfassung mit einer Röntgenbelichtung von der Mehrzahl räumlich verteilter Mikrofokus-Röntgenbrennflecke; wobei die Mini-C-Arm-Röntgenvorrichtung dafür eingerichtet ist, in entweder einem dreidimensionalen Tomosynthesebildgebungsmodus, einem Fluoroskopiemodus, oder einem stereotaktischen Modus zu arbeiten.