DE4104166A1 - Nadelhalter-positioniereinrichtung fuer die mammographische biopsie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf radiographische Abbildungs­ systeme und insbes. auf solche Systeme, wie sie verwendet werden, um einen Chirurgen zu unterstützen, Wachstumsstellen im Körper zur Durchführung von Biopsie-Verfahren an der Brust zu lokalisieren.

Seit langem werden Röntgenstrahlen verwendet, um Abbildungen des Inneren des Körpers eines Patienten für diagnostische Zwecke zu erzielen. Hierzu wurden Geräte verwendet, die die Eindringtechnik unterstützen, z. B. Biopsie und Lithotripsie. Beispielsweise wird bei der Röntgenstrahl-Mammographie die Brust des Patienten mit Röntgenstrahlen bestrahlt und Röntgenfilme werden verwendet, um festzustellen, ob Mikrover­ kalkungen oder andere Wachstumsstellen, nachstehend als Läsionen bezeichnet, vorhanden sind. Wenn eine Läsion festgestellt wird, ist es notwendig, zu bestimmen, ob diese Läsion gutartig ist oder ob sie eine sofortige Behandlung erforderlich macht. Für eine solche Bestimmung ist es häufig erforderlich, eine Biopsie durchzuführen. Um den Chirurgen bei der Ortung der Läsion für die Biopsie zu unterstützen, führt der Radiologe einen für Röntgenstrahlen undurchlässigen Nadelhalter in der Nähe der Wachstumsstelle ein. Eine Stachelnadel wird dann durch den Halter in die Mitte der vermuteten Wachstumsstelle eingeführt, und der Nadelhalter wird entfernt. Die Spitze der Nadel zeigt dem Chirurgen die exakte Stelle des auszuschneidenden Gewebes an.

Im einzelnen wird bei bekannten Systemen der Patient in ein mammographisches Röntgenstrahlsystem eingesetzt. Die Brust des Patienten wird dabei zwischen horizontalen, an dem Röntgenstrahlgerät befestigten Platten mit einem C-Arm komprimiert. Der C-Arm ist ein C-förmiger Bügel, der norma­ lerweise die Röntgenstrahlröhre am oberen Ende des "C" und die Röntgenstrahlaufnahmevorrichtung am unteren Ende des "C" hält. Der Radiologe markiert die Brust oder eine der Kompres­ sionsplatten an einer Stelle in der Ebene, an der er die Läsion aufgrund einer vorausgehenden Röntgenstrahluntersu­ chung vermutet. Es wird dann ein neues Röntgenbild erstellt und entwickelt, um zu bestimmen, ob die Markierung tatsäch­ lich die richtige Position einnimmt. Wenn die Markierung nicht an der korrekten Stelle ist, wiederholt der Radiologe den Markiervorgang und erstellt ein weiteres Röntgenbild. Ist die Markierung tatsächlich mit der Läsion ausgerichtet, führt der Radiologe den Nadelhalter in die komprimierte Brust durch eine Öffnung oder Aussparung in der Kompressionsplatte an der markierten Stelle ein, so daß die Nadelspitze auf die Läsion zentriert wird.

Die Brust wird dann aus den Kompressionsplatten entfernt und der C-Arm um 90° gedreht. Dann wird die Brust erneut kompri­ miert, nunmehr aber mit vertikal ausgerichteten Kompres­ sionsplatten. Es wird dann ein weiteres Röntgenbild erstellt, um die Ausrichtung der Nadelhalterspitze mit der Läsion in der vertikalen Ebene zu prüfen, um sicher zu sein, daß die Halterspitze die geeignete Lage einnimmt. Wenn die Halter­ spitze nicht innerhalb der Läsion liegt, wird der Nadelhalter entfernt und ein weiteres Bild erstellt. Das Verfahren wird wiederholt, bis zwischen den erhaltenen Bildern Koinzidenz besteht. Dann wird die Nadel in den Halter eingesetzt und der Halter entfernt, während der Chirurg die Nadel, die auf die exakte Stelle der Läsion zeigt, beläßt.

Bei bekannten Röntgenstrahl-Mammographiemethoden sind somit eine Vielzahl von Röntgenstrahlbildern und eine Vielzahl von Vorgängen zum Festklemmen der Brust erforderlich, um die Nadel so zu positionieren, daß die Läsion für den Chirurgen geortet wird. Die wiederholten Vorgänge sind zeitaufwendig und unbequem für den Patienten, noch entscheidender ist aber, daß der Patient dadurch verhältnismäßig hohen Röntgenstrahl­ dosierungen ausgesetzt wird, die erforderlich sind, um die vielen Bilder zu erstellen.

Radiologen und Wissenschaftler arbeiten deshalb daran, das Positionieren der Nadel für die Biopsie zu verbessern. Beispielsweise wurde auf der National Conference on Breast Cancer of the American College of Radiation im März 1984 eine Methode einer Nadelpositionierung von Läsionen für die Mammographie erläutert, die nicht in zwei orthogonalen Ansichten abgebildet werden kann, sondern nur in einer Ansicht. Bei dieser Technik wird der Röntgenstrahl 30° in einem xeromammographischen System bewegt, bei dem die Brust nicht geklemmt werden muß. Ein diese Methode beschreibender Aufsatz ist in "The American Journal of Radiology" Band 144, Seiten 911-916, Mai 1985 erschienen. Der Aufsatz beschreibt ein Verfahren, das keine C-Arm-Klemmung erforderlich macht und bei dem es möglich ist, die Nadel unter Verwendung von Bildern, die in zwei um 30° auseinanderliegenden Stellungen erzeugt werden, zu positionieren.

Bisher wird bei mammographischen Kompressionsvorrichtungen für Röntgenfilm-Mammographiesysteme eine sog. "abhängige Kompression" benutzt. Am oberen Ende des C-Armes ist dabei eine Röntgenstrahlröhre und eine Kollimatoranordnung vorge­ sehen, die als Röntgenstrahlquelle dient. Von der Quelle führt ein Konus zur Brust, um die Brust gegen die Röntgen­ strahl-Aufnahmevorrichtung oder den Film am Boden des C-Armes zu komprimieren. Ein lösbarer Röntgenfilmbehälter ist auf der anderen Seite der Kompressionsvorrichtung vorgesehen.

Bei einer Drehung des C-Armes wird auch die Kompressionsvor­ richtung gedreht. Im Anschluß daran werden bewegliche Kompressionsplatten mit dem C-Arm zwischen der Röntgenquelle am oberen Ende des C-Armes und der Röntgenstrahlaufnahmevor­ richtung (z. B. des Filmes) am anderen Ende befestigt. Die beweglichen Kompressionsplatten sind lösbar in Richtung der Längsachse des C-Armes befestigt, um sie der weiblichen Brust anzupassen. Bei dieser Anordnung werden die Kompressionsplat­ ten mit dem C-Arm gedreht. Somit macht diese Anordnung ebenfalls ein Abklemmen und Wiedereinklemmen der Brust erforderlich, wenn der C-Arm auch nur um kleine Winkel gedreht wurde.

Kompressionsplatten sind in der Mammographie wichtig. Sie verbessern die Bildqualität und ermöglichen dadurch die bessere Feststellung von Läsionen. Wenn die Brust gedrückt wird, wird sie flacher und nimmt weniger Röntgenstrahlen auf, absorbiert die Röntgenstrahlen auch gleichmäßiger. Zusätzlich werden Nebenbewegungen eliminiert. Diese vorteilhaften Ergebnisse des Klemmens verbessern die Bildqualität, so daß es in hohem Maße erwünscht ist, die Brust für die mammo­ graphische Brusttbildverarbeitung zu komprimieren.

Aus vorstehender Beschreibung des Standes der Technik ergibt sich, daß es zeitsparend und wesentlich bequemer für die Patienten wäre, wenn ein System zur Verfügung stünde, das eine unmittelbare Abbildung ergibt, um das Positionieren des die Läsion lokalisierenden Nadelhalters für Biopsiezwecke zu erleichtern. Es wäre ferner zeitsparend und bequem, wenn ein solches System eine einzige Klemmposition verwenden und Bewegungen der Läsion während des erneuten Klemmens mit der damit verbundenen Relativbewegung des Nadelhalters und der Läsion vermeiden würde.

Diese Funktionen werden bei einem System nach der US-PS 48 21 727 durchgeführt. Dieses Patent beschreibt ein System, bei dem eine Abbildungskette anstatt eines Filmes zur Bestimmung der Lage des Nadelhalters sowie eine Klemmvor­ richtung verwendet wird, die kein erneutes Klemmen der Brust erforderlich macht, wenn die Röntgenquelle bewegt wird, um eine andere perspektivische Ansicht zu erzielen, die erfor­ derlich ist, um den Nadelhalter im Inneren der Brust absolut zu lokalisieren. Ein solches System verbessert den Vorschlag nach US-PS 48 21 727 insoferne, als die Bilddarstellung des Nadelhalters in kürzerer Zeit erzielt werden kann als bei dem genannten Patent.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Biopsienadel in minimaler Zeit mit einer möglichst geringen Röntgenstrahldosierung und einer möglichst hohen Genauigkeit zu positionieren.

Gemäß der Erfindung ist eine Nadelhalter-Positioniereinrich­ tung für die mammographische Biopsie gekennzeichnet durch eine Röntgenstrahlquelle zum Emittieren von Röntgenstrahlen, die so gerichtet sind, daß sie durch die Brust des Patienten gehen,
eine Kollimatorvorrichtung zur Begrenzung der durch die Brust gehenden Röntgenstrahlen auf eine kleine Fläche,
eine Brustkompressionsvorrichtung zum Zusammendrücken der Brust in einer Richtung, um die Pfadlänge in der Brust, durch die die Röntgenstrahlen gehen, zu verringern und gleichförmig zu machen,
eine Röntgenstrahlaufnahmevorrichtung auf der Seite der Brust gegenüber der Röntgenstrahlquelle, die die Röntgenstrahlen aufnimmt, nachdem sie die komprimierte Brust durchlaufen haben,
eine Vorrichtung zum Kippen der Röntgenstrahlquelle um einen ausreichend Betrag, um Parallaxenansichten eines Biopsie- Nadelhalters, der in die Brust eingesetzt wird, zu erhalten, wobei die Brustkompressionsvorrichtung zum Kippen der Röntgenstrahlquelle von der Kippvorrichtung abgekoppelt wird,
eine Bildverarbeitungsvorrichtung, die mit der Bildaufnahme­ vorrichtung gekoppelt ist, um die empfangenen Röntgenstrah­ len zu verarbeiten und Bilddaten pro Flächeneinheit zu erhalten, die den Bildelementen in einem Sichtanzeigebild entsprechen (diese Flächeneinheit wird nachstehend "Bildele­ ment" genannt),
eine Vorrichtung zur Mittelung der Bilddaten, die pro Bildelement erfaßt werden,
eine Vorrichtung zum Vergleichen neu erfaßter Daten pro Bildelement mit den mittleren Daten pro Bildelement zur Bestimmung einer ausgeprägten Differenz zwischen dem Wert der mittleren erfaßten Daten pro Bildelement und den neu erfaßten Röntgenstrahldaten pro Bildelement,
eine Vorrichtung, die auf eine ausgeprägte Differenz zwischen dem Wert der mittleren erfaßten Daten pro Bildelement und dem Wert der neu erfaßten Röntgenstrahldaten pro Bildelement anspricht, um den Wert der mittleren erfaßten Daten pro Bildelement auszuscheiden und stattdessen den Wert der neu erfaßten Röntgenstrahldaten pro Bildelement zu verwenden, und
eine Vorrichtung, die darauf anspricht, daß keine ausgeprägte Differenz zwischen dem Wert des Mittelwertes der erfaßten Daten pro Bildelement und dem Wert der neu erfaßten Röntgen­ strahldaten pro Bildelement zur Mittelung des Wertes der neu erfaßten Röntgenstrahldaten pro Bildelement in den Wert der mittleren erfaßten Röntgenstrahldaten pro Bildelement vorhanden ist, wodurch die Bilddarstellung verbessert wird, während die neu erfaßten Daten pro Bildelement das Einführen eines Nadelhalters in die Brust anzeigen, der eine andere Röntgenstrahlübertragungscharakteristik als das Gewebe der Brust hat.

Ein Merkmal vorliegender Erfindung betrifft die Unterschei­ dung des Einsetzens des Nadelhalters in ein Bildelement der Brust und die Verwendung der Röntgenstrahldaten pro Bildele­ ment, die durch die Nadel im Pfad des Röntgenstrahles als neue Daten, die nicht mit den Gewebedaten des Bildelementes gemittelt werden, erzeugt werden, wodurch eine Bilddarstel­ lung der Nadel in der Brust in wesentlich kürzerer Zeit als mit herkömmlichen Methoden erzielt werden kann.

Nadelhalter für die Positionierung bei der Biopsie, die derzeit zur Verfügung stehen, sind in hohem Maße undurchläs­ sig für Röntgenstrahlen (hohe Röntgenstrahlundurchlässig­ keit). Eine verhältnismäßig kleine Röntgenstrahlbelichtung reicht aus, um den Nadelhalter gut genug abzubilden, damit eine exakte Positionierung in bezug auf das Brustgewebe möglich ist, vorausgesetzt, daß eine hohe Bildqualität des Gewebes eingehalten wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, mindestens einen Bildfeldspeicher zu verwenden, um Röntgenstrahldaten pro Bildelement der Bilddarstellung des Gewebes zu akkumulie­ ren, und ferner die exklusiven Röntgenstrahldaten des für Röntgenstrahlen undurchlässigen Nadelhalters mit Ausnahme der Gewebe-Abbildungsdaten, die für das gleiche Bildelement erfaßt werden, bevor der Nadelhalter in das Bildelement eingetreten ist, zu akkumulieren.

Die Abbildungskette nach der Erfindung verwendet eine sehr kleine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) als Kamera. Solche Vorrichtungen stehen kommerziell mit 1024×1024 oder 4096×4096 Flächen entsprechend Bildelementen der Bilddarstellung zur Verfügung.

Wenn ein Nadelhalter zur Biopsiepositionierung verwendet wird, der eine hohe Transparenz für Röntgenstrahlen hat, ist die Erfindung ebenfalls anwendbar, mit der Ausnahme, daß dem System nach der Erfindung eingegeben wird, daß der verwendete Nadelhalter für Röntgenstrahlen transparent anstatt undurch­ lässig ist.

Das System bringt nur die Bildelemente in einer digitalen Bilddarstellung der Brust vollständig auf den neuesten Stand, die sich erheblich ändern, wenn die Nadel eingesetzt wird. Die anderen Bildelemente werden kumulativ verbessert.

Mit der Erfindung werden Röntgenstrahldosierungen verwendet, die entscheidend geringer sind als bei dem oben genannten Patent. Bei mit Fluoreszenz durchgeführter Mammographie ist die Bilddarstellung durch Quantengeräusch begrenzt. Deshalb ist die gesamte Röntgenstrahldosierung, die erforderlich ist, bis das fluoroskopische Bild eine ausreichend Qualität hat, um den vermuteten Bereich eindeutig zu identifizieren, normalerweise gleich der, die für eine photographische Bilddarstellung erforderlich ist. Obgleich Biopsien an einem risikoreichen Teil der Bevölkerung durchgeführt werden, ist es erwünscht, die Gesamtstrahlungsdosis zu reduzieren.

Mit vorliegender Erfindung soll das Einführen von Biopsie­ nadeln und/oder die Ausführung anderer Biopsievorgänge einschließlich des Entfernens von pathologischem Gewebe durch Saugen genau wie in dem vorstehend angegebenen Patent erleichtert werden, indem z. B. der interessierende Bereich nacheinander aus zwei Winkeln betrachtet wird, indem Röntgen­ strahl-Fluoreszenztechniken mit hoher Auflösung (150 Zeilen­ paare pro cm), jedoch mit einer wesentlich geringeren Dosis für den Patienten verwendet werden. Um dies zu erreichen, macht die Erfindung Gebrauch von der Abhängigkeit des visuellen Kontrastes in der Bilddarstellung von dem Objekt­ kontrast. Nadelhalter zur Lokalisierung der Biopsie bestehen normalerweise aus Metall mit einem sehr hohen Röntgenstrahl­ kontrast gegenüber dem Gewebehintergrund. Somit kann der Nadelhalter auf einfache Weise selbst bei Bilddarstellungen geringer Qualität identifiziert werden, die bei Verwendung von Belichtungstechniken mit sehr niedriger Röntgenstrahl­ dosis entstehen.

Des weiteren wird im Falle der Erfindung Gebrauch gemacht von der Abhängigkeit des visuellen Bildkontrastes von der Größe des Objektes. Ein Nadelhalter zur Lokalisierung der Biopsie weist in der Regel einen großen Querschnitt von z. B. 1 mm auf. Dieser Querschnitt wird durch den Betrachter bei einem wesentlich geringeren visuellen Kontrast aufgelöst als die individuellen Knoten eines Mikroverkalkungsbündels, von denen viele kleiner als 0,2 mm im Durchmesser sind. Somit kann der Radiologe einen niedrigeren Belichtungsfaktor anwenden, um den Nadelhalter zu finden und zu positionieren. Die Gewebe­ teile der Bilddarstellung werden kontinuierlich durch neue Daten verstärkt, so daß die Bilddarstellung, die schließlich erhalten wird, sowohl die Wachstumsstelle als auch den Nadelhalter in einer viel kürzeren Zeit und unter Vewendung von wesentlich weniger Belichtungen durch Röntgenstrahlen identifiziert als dies bei einem System nach dem vorgenannten Patent der Fall ist.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeich­ nung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Systems zum selektiven Mitteln von neu erfaßten Röntgenstrahldaten oder Einführen von neu erfaßten Röntgenstrahldaten, und

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht der Brust eines Patienten zwischen Kompressionsplatten mit eingeführ­ tem Nadelhalter.

Das Nadelhaltersystem 11 für die mammographische Biopsie weist eine Röntgenquelle 12 mit einem Filter 13 zwischen der Röntgenquelle und dem Patienten auf. Ein Kollimator 14 begrenzt selektiv die Röntgenstrahlen aus der Röntgenquelle auf einen verhältnismäßig kleinen Abschnitt des Patienten, in diesem Fall die zusammengedrückte Brust 16 des Patienten. Vorzugsweise ist die Röntgenquelle eine mikrofukussierte Röntgenstrahlröhre. Der Kollimator hat eine kleine Öffnung (nicht dargestellt), die benutzt werden kann; somit wird der Röntgenstrahl lediglich die Läsion in der Brust und einen kleinen Bereich um die Läsion herum erfassen. Die geringe Größe, die von dem Röntgenstrahl umfaßt wird, verbessert die Bildqualität und hält den Streueffekt minimal. Sie reduziert auch die Dosis, der der Patient ausgesetzt wird. Die Quelle ist so beweglich, daß unterschiedliche Ansichten der Läsion erfaßt werden können, um eine einwandfreie Lokalisierung des Nadelhalters in der Brust durch Verwendung von Ansichten bei Parallaxewinkeln sicherzustellen.

Es ist eine Bildkette 17 vorgesehen, so daß ein unmittelbares Bild bei "Stops" betrachtet werden kann, während der Nadel­ halter in die Brust gegen die Läsion eingesetzt wird. Die Bildkette weist einen fluoreszierenden Schirm 18 auf, der in Fluoreszenz kommt, wenn er von Röntgenstrahlen getroffen wird, damit ein eben angefangenes Bild erstellt wird. Ein optisches System 19 überträgt das Bild auf dem fluoreszieren­ den Film 18 in einen Bildverstärker 21.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Röntgenquelle eine Röhre mit kleinem Brennpunkt (0,3 mm FS bei 55 cm Abstand Quelle - Bild). Der Röntgenstrahldetektor, d. h. der fluoreszierende Schirm, hat eine empfindliche Fläche von mindestens 2,5 cm Durchmesser (Betrachtungsfeld), und vorzugsweise ein Betrachtungsfeld mit einem Durchmesser von 5 cm, wodurch ein Positionieren des Nadelhalters an der Läsion vereinfacht wird.

Während elektronische Röntgenstrahldetektoren verwendet werden können, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Fluoreszenzschirm mit hohem DQE verwendet, wie er z. B. bei mammographischen Filmschirmkassetten mit 150-200 Zeilen­ paaren pro cm Auflösung verwendet wird. Das optische System 19 kann eine Linse oder eine reduzierende Phaseroptikanord­ nung aufweisen. Der Bildverstärker ist vorzugsweise ein Mikrokanal-Bildverstärker mit empfindlicher Fläche, die der empfindlichen Fläche des Fluoreszenzschirmes angepaßt ist, und hat ein Auflösungsvermögen, das dem des Schirmes ent­ spricht. Der Mikrokanal-Bildverstärker ist einem Bildver­ stärker mit Elektronenstrahlröhre überlegen, weil er wesent­ lich kürzer ist und damit die Bewegungen des Nadelhalters durch den Radiologen vereinfacht, insbes. aber, da das Bild im Verstärker eine sehr hohe räumliche Stabilität hat - ein entscheidendes Merkmal der Nadelhalterpositionierung für das Lokalisieren von Läsionen.

Der Ausgang des Bildverstärkers wird direkt in einen opti­ schen Verteiler 22 und von dem optischen Verteiler 22 in eine Videokamera 23 geführt. Der optische Verteiler ist im Falle einer bevorzugten Ausführungsform ein Linsensystem, das einen Bildspalter aufweisen kann.

Zur Übertragung des Bildes vom Bildverstärker in die Video­ kamera können auch andere Vorkehrungen getroffen sein, z. B. kann eine direkte Kopplung zwischen Bildverstärker und Videokamera vorgesehen sein.

Der Bildsensor der TV-Kamera kann eine Vakuumröhre sein, z. B. ein Vidikon. Vorzugsweise wird jedoch ein Detektor mit ladungsgekoppelter Vorrichtung (CCD) verwendet, weil ein solcher Detektor räumlich wesentlich kleiner ist als verfüg­ bare Detektoren mit Vakuumröhre. Der CCD ermöglicht es dem Radiologen, den Nadelhalter einfacher zu führen. Der CCD- Detektor hat ferner eine ausgezeichnete räumliche Stabilität, was für das System ein entscheidendes Merkmal ist. Auch stehen partielle CCDs mit 1024×1024 oder 4098×4098 Bildelementen zur Verfügung. Dadurch wird ein Bild mit 150 Zeilenpaaren pro cm über einen Durchmesser von 5 cm übertra­ gen.

Ein Bildverstärker wird im System nur benötigt, wenn der Bildsensor sonst ein Bildgeräusch bei einem höheren Pegel als Röntgenstrahl-Quantengeräusch einführen würde.

Der Ausgang der Videokamera wird in einen Sichtanzeigemonitor 24 übertragen. Die Daten pro Bildelement, die die Bilddar­ stellung ergeben, werden in einem Bildspeicher (frame store) 26 gespeichert. Der Bildspeicher erleichtert das Einfrieren des Bildes auf dem Sichtanzeigemonitor zusätzlich zur Speicherung des kumulativen Mittelwertes pro Bildelement. Die analogen Daten der Videokamera werden in digitale Daten durch einen Analog-Digital-Wandler 27 umgeformt. Es sind die digitalen Daten, die für jedes Bildelement vorgesehen sind, um die Bilddarstellung auf dem Sichtanzeigemonitor 24 aufzubauen.

Das Röntgenstrahlsystem 25 wird durch einen Hochspannungs­ generator 31 betrieben. Derartige Generatoren sind bekannt und werden in der Mammographie verwendet. Sie ergeben z. B. eine Belichtung von 80 mA über eine Dauer von 4/10 sec bei 27 kVp, haben zusätzliche Vorkehrungen für Belichtungen bei wesentlich kleineren Röhrenströmen, beispielsweise 8 mA anstelle von 80 mA, oder für wesentlich kürzere Zeidauern, z. B. 10 msec oder für kontinuierliche Fluoreszenzbelichtungen bei sehr niedrigen Strömen in der Größenordnung von etwa 2 mA.

Der gleiche Bildspeicher 26 wird verwendet, um die mittleren Röntgenstrahldaten pro Bildelement, die für den Aufbau der Bilddarstellungen auf dem Sichtanzeigemonitor 24 verwendet werden, zu halten. Wenn eine Verarbeitung der Daten im System nicht schnell genug möglich ist, kann ein zweiter Bildspei­ cher 28 vorgesehen werden, in welchem die neu erfaßten Bilddaten gespeichert werden. Der zweite Bildspeicher ist gestrichelt dargestellt. Er nimmt einen Eingang aus dem Analog-Digital-Wandler 27 auf.

Vorzugsweise ist eine Vorrichtung zum Inkrementieren der Dosierung für die Röntgenstrahlröhre 12 vorgesehen. Insbeson­ dere ist diese Inkrementiervorrichtung mit 32 bezeichnet, während der Pfeil 33 anzeigt, daß die Belichtungsdauer und/oder die Belichtungsintensität variiert werden kann. Die Belichtung wird durch Betätigen des Schalters SW1 des Radiologen erhöht. Die Betätigung des Schalters SW1 bewirkt, daß die Röntgenstrahlquelle 12 Röntgenstrahlen über die eingestellte Zeitdauer und/oder Röntgenstrahlen mit einer eingestellten Intensität emitiert, indem eine Steuerspannung V1 an die Inkrementiervorrichtung 32 angelegt wird.

Des weiteren sind Vorkehrungen vorgesehen, um festzustellen, ob die neu erfaßten Röntgenstrahldaten pro Bildelement in den Mittelwert der vorher erfaßten Daten gemittelt werden sollen, oder ob lediglich die neu erfaßten Daten für Abbildungszwecke verwendet werden sollen, ohne daß die neu erfaßten Daten mit den vorher erfaßten Daten zuerst gemittelt werden. Insbeson­ dere sind, wie in Fig. 1 dargestellt, die neu erfaßten Daten aus dem Analog-Digital-Wandler 27 als C (i, j) angezeigt. Diese Daten werden in einen Eingang einer Teilervorrichtung 36 eingegeben. Die andere Eingabe der Teilervorrichtung 36 ist der Mittelwert der vorher erfaßten Daten pro Bildelement, angegeben mit C′ (i, j). Wenn beispielsweise die neu erfaßten Daten als Divisor und die gemittelten, vorher erfaßten Daten als Dividend verwendet werden, wird der Quotient (Q) am Ausgang der Teilervorrichtung 36 an eine Vergleichsvorrich­ tung 37 angeschlossen. Die andere Eingabe der Vergleichsvor­ richtung ist ein Schwellwert t, der durch den Radiologen gewählt wird. Wenn ein für Strahlung undurchlässiger Nadel­ halter im Pfad der Röntgenstrahlen liegt, werden die neu erfaßten Daten kleiner als die vorher erfaßten Daten, und der Schwellwert t wird größer als 1 (z. B. 1,2 oder 1,5). Wenn somit der Quotient größer ist als der Schwellwert (z. B. 1,3), wird der Schalter SW2 so betätigt, daß er den Ausgang der Vergleichsvorrichtung 37 mit dem Steuereingang des Gatters G1 koppelt. Der Ausgang des Gatters G1 geht in den Bildspeicher 26. Wenn keine Mittelung vorgenommen wird, geht er direkt in den Bildspeicher 26. Wenn der Wert von Q größer ist als der Schwellwert t, was anzeigt, daß eine für Röntgenstrahlen wenig durchlässige oder undurchlässige Vorrichtung oder eine Vorrichtung hoher Strahlung, z. B. der Nadelhalter, in das Bildelement eingetreten ist, werden die neu erfaßten Daten direkt in den Bildspeicher eingeschrieben.

Ist der Quotient kleiner als oder gleich dem Schwellwert, richtet der Schalter SW2 den Ausgang der Vergleichsvorrich­ tung in den Steuereingang des Gatters G2. Das Gatter G2 überträgt dann die neu erfaßten Daten in eine Mittelungsvor­ richtung 38, wo sie mit dem Mittelwert aller vorausgehend erfaßten Daten für das Bildelement gemittelt werden. Der Ausgang der Mittelungsvorrichtung wird in den Bildspeicher eingeschrieben, um die vorausgehend gemittelten Röntgen­ strahldaten des bestimmten Bildelementes zu ersetzen.

Somit werden die Röntgenstrahldaten des Gewebes kumulativ in der Vorrichtung 38 gemittelt und in den Bildspeicher 26 eingesetzt, der verwendet wird, um die Daten für eine Bilddarstellung auf dem Monitor 24 zu erzielen. Jede inkri­ mentelle Dosis der Röntgenstrahlen verbessert die Bilddar­ stellung des Gewebes und zeigt auch eindeutig die Verbesse­ rung, die bei der Positionierung des Nadelhalters erzielt worden ist, weil die Bilddarstellung unmittelbar die Röntgen­ strahldaten für den Nadelhalter allein und nicht mit dem Gewebe gemittelt anzeigt. Die neuen Daten ergeben eine Sichtanzeige des Nadelhalters und zeigen eindeutig an, wie der Nadelhalter in bezug auf die Läsion positioniert ist. Die Läsion kann durch einen Pfeil, ein X oder dergl. durch die Zentralverarbeitungseinheit (CPU), die die Arbeitsweise des Systems steuert, markiert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet einen Personal Computer (PC) für eine CPU. Jede inkrementelle Röntgen­ strahlbelichtung verbessert die Bilddarstellung der Läsion, so daß dadurch der Radiologe eine gute Ansicht der Läsion sowie eine ausgezeichnete Ansicht des Nadelhalters und seiner exakten Position erhält.

Fig. 2 stellt eine Querschnittsansicht der komprimierten Brust mit einer Läsion 41 und dem Nadelhalter 32 dar. Die Kompressionsplatten sind mit 42 und 43 bezeichnet. Der Nadelhalter wird in die Brust in Richtung der Läsion einge­ führt. Eine Bilddarstellung wird während der Bewegung des Nadelhalters nicht vorgenommen, um zu vermeiden, daß durch eine Verschiebung des Gewebes bei einer Bewegung des Nadel­ halters u. a. Artefakte verursacht werden. Der Bedienende führt somit die Nadel über eine kleine Strecke ein, nimmt ein Röntgenbild durch Betätigen des Schalters SW1, betrachtet die Bildanzeige, bewegt die Nadel ein wenig weiter, und inkremen­ tiert die Röntgenstrahldosierung durch Aufgabe einer anderen Dosierung. Jede neue Dosierung verbessert das Grundbild der Läsion und zeigt jede neue Position des Nadelhalters 42 klar an.

Wird ein für Röntgenstrahlen transparenter Nadelhalter verwendet, z. B. aus Polyäthylen, der für Röntgenstrahlen durchlässiger ist als Gewebe, wird der Schwellwert anstatt größer als 1 kleiner als 1 (z. B. 0,8), und es werden die gleichen Resultate erzielt. Die Röntgenstrahlwerte, die im Bildspeicher gespeichert werden, sind proportional dem Wert der Ladung auf der Fläche des CCD-Detektors, die einem Bildelement der Bilddarstellung entspricht. Dieser Röntgen­ strahlwert ist der Wert, der während des Belichtungsinter­ valles erhalten wird, das bei einer bevorzugten Ausführungs­ form das Standard-TV-Intervall von 65 msec ist. Es ist natürlich möglich, längere Intervalle zu verwenden.

Wenn die Vergleichsvorrichtung anzeigt, daß die Röntgen­ strahldaten aus Gewebe stammen, wird eine kumulative Mittelung mit den vorausgehenden mittleren Daten für ein bestimmtes Bildelement durchgeführt. Zeigt die Vergleichsvorrichtung an, daß die Röntgenstrahldaten aus einer für Röntgenstrahlen undurchlässigen Vorrichtung stammen, werden die Daten ohne Mittelung als frische Daten verwendet.

Am Ende des Belichtungsintervalls wird das Verhältnis der frischen Signaldaten C (i, j) zu dem vorher erhaltenen Mittel­ wertsignal mit einem Schwellwert verglichen. Ist das Verhält­ nis oder der Quotient kleiner als der Schwellwert, wird C′ (i, j) durch Mittelung der frischen Daten mit den vorhande­ nen Daten auf den neuesten Stand gebracht, d. h. C′′ (i, j) wird gleich

[n _* C′ (i, j) + C (i, j)]/(n+1)

gemacht. Gleichzeitig wird die integrale Zahl des Bildelementes n (i, j), das in einem "Bildspeicher mit integraler Zahl" im Computer gespeichert wird, um 1 erhöht, so daß sich ergibt n (i, j) = n (i, j) + 1.

Die Betriebsweise des Systems ist wie folgt:
Die Brust wird in die Kompressionsvorrichtung eingespannt, wobei der interessierende Bereich in der Mitte des Betrach­ tungsfeldes liegt, so daß durch eine unbeabsichtigte Bewegung des Patienten die Bilddarstellung nicht unscharf wird.

Dann wird der Röntgenstrahlrohrkopf gekippt, und ein Bild entweder durch eine einzige Belichtung bei hohem Strom (z. B. 80 mA über 0,5 sec bei 27 kVp), oder aber im Fluoreszenzbe­ trieb erstellt, d. h. daß die Röntgenstrahlröhre kontinuier­ lich mit niedrigem Strom (z. B. 4 mA) betrieben wird und der Bildschirm mit Standard TV (65 Mikrosekunden) Intervallen auf den neuesten Stand gebracht wird. Die Bilddarstellung wird in den Bildelementen so lange akkumuliert, bis der Bedienende festlegt, daß die Belichtungsdauer lang genug war, um ausreichende Bildqualität zu erzielen.

Zur Identifizierung des Zieles, auf das die Nadel gebracht werden soll, kann eine Markiervorrichtung verwendet werden. Des weiteren kann eine elektronische Zoomvorrichtung einge­ setzt werden, falls dies erwünscht ist.

Der Röntgenstrahlkopf wird auf die entgegengesetzte Kante gekippt und die Vorgänge werden wiederholt.

Der Radiologe bestimmt aus der Bilddarstellung, wo das Einsetzen des Nadelhalters begonnen werden soll. Der Nadel­ halter wird teilweise in die Position und bei dem vom Radiologen bestimmten Winkel eingesetzt.

Die Bilddarstellung wird im fluoroskopischen Betrieb so lange fortgesetzt, bis sowohl das Ziel als auch das Ende der Nadel deutlich unter Verwendung der Sichtanzeige zu sehen sind. Die Nadel wird dann in das Ziel eingeführt, indem die Bilddar­ stellung in Inkrementen fortgeschaltet wird. Es ist wichtig, daß die Röntgenquelle nicht betrieben wird, wenn die Nadel in Bewegung ist. Stattdessen werden die Röntgenstrahlen zwischen den Bewegungen der Nadel eingesetzt, um eine ausgezeichnete Bilddarstellung auf der Basis einer niedrigen Dosierung zu erreichen.

Claims (9)

1. Nadelhalter-Positioniereinrichtung für die mammographi­ sche Biopsie zur Einstellung eines Nadelhalters, um Läsionen in der Brust eines Patienten zu lokalisieren, gekennzeichnet durch
einen Biopsie-Nadelhalter (11), der in die Brust (16) einsetzbar ist und der eine andere Röntgenstrahltransmis­ sions-Charakteristik als das Körpergewebe hat,
eine Röntgenstrahlquelle (12) zur Erzeugung von Röntgen­ strahlen, die so gerichtet sind, daß sie durch die Brust (16) des Patienten gehen,
einen Röntgenstrahlempfänger (17), der gegenüber der Röntgenstrahlquelle angeordnet ist und der die Röntgen­ strahlen nach Durchlaufen der Brust aufnimmt, damit ein Bild vom Inneren der Brust entsteht,
eine Kompressionsvorrichtung (43, 44) zum Zusammendrücken der Brust im wesentlichen in Richtung der Röntgenstrah­ len,
eine Vorrichtung (24, 26, 28) zum Verarbeiten des Ausgangs aus dem Röntgenstrahlempfänger (17), um Sichtan­ zeigedaten zu erfassen, wobei die Verarbeitungsvorrich­ tung eine Speichervorrichtung (26, 28) zur Speicherung der mittleren Sichtanzeigedaten pro Bildelement, die zur Erzielung der Sichtanzeige verwendet werden, aufweist,
eine Vorrichtung (24) zur Erzeugung einer Sichtanzeige aus den Sichtanzeigedaten,
eine Vorrichtung (31) zum Erregen der Röntgenstrahlquelle (12) in Zuwachsschritten,
eine Vorrichtung (36, 37) zum Bestimmen, ob die zuletzt erfaßten Daten für ein bestimmtes Bildelement im wesent­ lichen die gleichen wie die mittleren Sichtanzeigedaten für das jeweilige Bildelement sind,
eine Vorrichtung (38) zum Mitteln der zuletzt erfaßten Sichtanzeigedaten, die im wesentlichen die gleichen wie die mittleren Sichtanzeigedaten für das bestimmte Bildelement sein sollen, mit den mittleren Bildanzeige­ daten für das bestimmte Bildelement, und
eine Vorrichtung zum Verwenden der zuletzt erfaßten Sichtanzeigedaten für das bestimmte Bildelement, das verschieden von den mittleren Sichtanzeigedaten für das Bildelement ist, als die neuen Sichtanzeigedaten für dieses Bildelement ohne Mittelung mit vorher erhaltenen Daten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (36, 37) zur Bestimmung, ob die zuletzt erfaßten Daten für ein bestimmtes Bildelement im wesent­ lichen die gleichen wie die mittleren Sichtanzeigedaten für das bestimmte Bildelement sind, eine Vorrichtung (37) zum Vergleichen der mittleren Sichtanzeigedaten für das bestimmte Bildelement mit den zuletzt erfaßten Daten für das bestimmte Bildelement aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Vergleichsvor­ richtung (37) gekennzeichnet ist durch
eine Teilungsvorrichtung zum Teilen der mittleren Sichtanzeigedaten für das bestimmte Bildelement durch die zuletzt erfaßten Daten für das bestimmte Bildelement,
eine Vorrichtung zum Vergleichen des Quotienten der Teilervorrichtung mit einem Schwellwert größer oder gleich "1", wenn der Nadelhalter für Röntgenstrahlen weniger durchlässig ist als das Körpergewebe, und
eine Vorrichtung, die auf den Vergleich anspricht und die zeigt, daß die zuletzt erfaßten Daten gleich oder größer als der Schwellwert für die Mittelung der zuletzt erfaßten Daten mit dem Mittelwert für das bestimmte Bildelement sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Vergleichsvor­ richtung (37) gekennzeichnet ist durch
eine Teilungsvorrichtung zum Teilen der zuletzt erfaßten Daten durch die mittleren erfaßten Daten für das bestimm­ te Bildelement, und
eine Vorrichtung zum Vergleichen des Quotienten der Teilungsvorrichtung mit einem Schwellwert kleiner oder gleich "1", wobei der Nadelhalter für Röntgenstrahlen weniger durchlässig ist als normales Körpergewebe.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Vergleichsvor­ richtung (37) gekennzeichnet ist durch
eine Teilungsvorrichtung zum Teilen der mittleren Sichtanzeigedaten durch die zuletzt erfaßten Daten für das bestimmte Bildelement,
eine Vorrichtung zum Vergleichen des Quotienten der Teilungsvorrichtung mit einem Schwellwert kleiner oder gleich "1", wobei der Nadelhalter gegenüber Röntgenstrah­ len transparenter ist als normale Körpergewebe, und
eine Vorrichtung, die auf den Vergleich anspricht, der zeigt, daß der Quotient kleiner oder gleich dem Schwell­ wert zur Mittelung der neu erfaßten Daten mit den Mittelwertsdaten für das bestimmte Bildelement sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vergleichsvor­ richtung (37) gekennzeichnet ist durch
eine Teilungsvorrichtung zum Teilen der zuletzt erfaßten Daten durch die Mittelwertdaten für das bestimmte Bildelement,
eine Vorrichtung zum Vergleichen des Quotienten mit einem Schwellwert, der kleiner oder gleich "1" ist, und
eine Vorrichtung, die auf den Quotienten anspricht, wenn dieser größer ist als der Schwellwert, um die Mittelwert­ daten für das bestimmte Bildelement auszuscheiden und die neu erfaßten Daten für das bestimmte Bildelement in die Speichervorrichtung einzuführen, damit ein Bild darge­ stellt wird, das die Daten aus der Speichervorrichtung verwendet.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kippvorrichtung zum Kippen der Röntgenquelle und des Empfängers, um Bilder der Brust bei unterschiedlichen Winkeln zu erhalten, wobei die Kippvorrichtung unabhängig von der Kompressionsvorrichtung kippbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, bei dem der Röntgenstrahl­ empfänger gekennzeichnet ist durch
eine Bildkette (17) mit einem fluoreszierenden Schirm (18) zur Erzeugung eines fluoreszierenden Bildes,
einen Bildverstärker (21), der mit dem fluoreszierenden Schirm (18) gekoppelt ist, um das fluoroskopische Bild zu verstärken,
eine Vorrichtung (22) zum Koppeln einer Videokamera (23) mit dem Ausgang des Bildverstärkers (21), und
eine Vorrichtung (24) zum Verarbeiten des Ausgangs der Videokamera (23), um Sichtanzeigedaten zu erzielen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildverstärker (21) eine ladungsgekoppelte Vorrich­ tung ist.