DE102009009052B4

DE102009009052B4 - Tomosynthesegerät sowie Verfahren zum Erzeugen eines tomosynthetischen Bilddatensatzes

Info

Publication number: DE102009009052B4
Application number: DE200910009052
Authority: DE
Inventors: Dr. Deuringer Josef; Dr. Freudenberger Jörg
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: DE102009009052A1

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines tomosynthetischen Bilddatensatzes, der mittels eines Rekonstruktionsverfahrens aus einer Mehrzahl von Einzelprojektionen errechnet wird, bei dem während der Aufnahme einer Einzelprojektion eine Röntgenröhre (6) eines Tomosynthesegerätes (2) in einer Scanrichtung um eine erste Scanstrecke (ΔX) entlang einer Abtastbahn (phi) verfahren wird, wobei gleichzeitig ein Emissionszentrum (22) der Röntgenröhre (6) parallel zur Abtastbahn (phi), entgegen der Scanrichtung der Röntgenröhre (6) um eine vorbestimmte zweite Scanstrecke (ΔX') bewegt wird.

Description

Bei der Tomosynthese handelt es sich um ein Untersuchungsverfahren, bei dem mit Hilfe weniger, aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommener Projektionen 3D Bilddaten erzeugt werden. Die Tomosynthese ist beispielsweise zur Untersuchung der Brust, insbesondere der weiblichen Brust, geeignet, und wird vielfach mit dem Ziel durchgeführt, Tumore oder sonstige nicht gutartige Veränderungen in einem möglichst frühen Stadium zu erkennen. Durch stetige Verbesserung dieses bildgebenden Verfahrens wird angestrebt, Untersuchungsergebnisse mit hoher Aussagekraft zu erzeugen, um mit hoher Sicherheit gutartige von bösartigen Veränderungen unterscheiden zu können.
Während der Tomosynthese wird die Brust in einem Tomosynthesegerät zwischen einer Lager- und einer Kompressionsplatte positioniert und komprimiert. Anschließend wird die Brust mit Hilfe einer Röntgenquelle, üblicherweise einer Röntgenröhre mit einer Drehanode, aus verschiedenen Richtungen beleuchtet, wobei einzelne Projektionen aufgenommen werden. Anschließend werden die Projektionen mit Hilfe eines Rekonstruktionsalgorithmus zu einem tomosynthetischen 3D-Röntgenbild, dem tomosynthetischen Bilddatensatz verrechnet.
Während der Aufnahme eines Bilddatensatzes, der anschließend zu einem tomosynthetischen 3D-Röntgenbild verrechnet wird, werden nacheinander eine Vielzahl von Einzelprojektionen aufgenommen. Die Röntgenröhre des Tomosynthesegerätes wird während der gesamten Dauer der Untersuchung kontinuierlich verfahren. Auf diese Weise ist es möglich, einzelne Projektionen unter verschiedenen Tomosynthesewinkeln aufzunehmen.
Die für die Aufnahme einer einzelnen Projektion benötigte Zeitspanne richtet sich nach der für diese verwendeten Integrationszeit bzw. Belichtungszeit. Die minimale Integrationszeit ist durch die Auslesezeit des Detektors nach unten begrenzt.
Die üblicherweise bei Tomosynthesegeräten eingesetzten Flächendetektoren weisen Auslesezeiten zwischen 1 ms und 150 ms auf. Während dieser Zeit bewegt sich die Röntgenquelle kontinuierlich auf ihrer Abtastbahn um eine Scanstrecke weiter. Mit anderen Worten verändert sich während der Aufnahme einer einzelnen Projektion der Röntgenstrahlquellort. Für die einzelne Projektion führt dieses zu einer Verschmierung bzw. einer Unschärfe des Röntgenstrahlquellortes, die den gleichen Effekt wie eine effektive Verbreiterung der wirksamen Brennfleckbreite bewirkt. Je größer die Brennfleckbreite, desto geringer ist jedoch die erreichbare Bildqualität der einzelnen Projektionen.
Um den genannten Effekt zu kompensieren, ist es bekannt die Röntgenröhre nicht kontinuierlich zu bewegen, sondern zur Aufnahme der einzelnen Projektionen diskrete Punkte auf der Abtastbahn anzufahren, an denen die Röntgenröhre für die Dauer der Aufnahme der jeweiligen Projektionen ortsfest verharrt. Ein solches Verfahren hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass die Untersuchungsdauer länger als bei einer herkömmlichen Untersuchung, bei der die Röntgenquelle kontinuierlich verfahren wird, ist. Dies ist insbesondere für den Patienten bzw. die Patientin, dessen bzw. deren Brust während der Dauer der Untersuchung mitunter schmerzhaft fixiert sein muss, unangenehm.
Aus DE 103 36 105 A1 ist ein Tomosynthesesystem zur kontinuierlichen Abtastung und ein dazu zugehöriges Verfahren bekannt, bei dem eine Röntgenquelle sich kontinuierlich entlang eines Weges relativ zu einem zu erfassenden Objekt bewegt.
DE 199 03 872 C2 beschreibt eine Röntgenröhre mit Springfokus zur vergrößerten Auflösung. Derartige Vorrichtungen werden in der Computertomographie mit Einzeilendetektoren eingesetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Brennfleckposition kann bei derartig ausgebildeten Vorrichtungen die Anzahl der erzeugbaren Projektionen vergrößert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Tomosynthesegerät sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines tomosynthetischen Bilddatensatzes anzugeben, welches hinsichtlich der erzielbaren Bildqualität verbessert ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und ein Tomosynthesegerät mit den Merkmalen nach Anspruch 8.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein tomosynthetischer Bilddatensatzes mit Hilfe eines Rekonstruktionsverfahrens aus einer Mehrzahl von Einzelprojektionen errechnet. Während der Aufnahme einer dieser Einzelprojektion wird eine Röntgenröhre eines Tomosynthesegerätes in einer Scanrichtung um eine erste Scanstrecke entlang einer Abtastbahn verfahren. Gleichzeitig wird das Emissionszentrum der Röntgenröhre parallel zur Abtastbahn, entgegen der Scanrichtung der Röntgenröhre um eine vorbestimmte zweite Scanstrecke bewegt.
Mit anderen Worten führt das Emissionszentrum eine Gegenbewegung zur Bewegung der Röntgenröhre aus. In Folge dieser Gegenbewegung wird – betrachtet im ortsfesten Bezugssystem des Tomosynthesegerätes – die während der Aufnahme einer Einzelprojektion stattfindende Bewegung der Röntgenröhre durch eine entsprechende Gegenbewegung des Emissionszentrums kompensiert. Das Resultat dieser zwei einander gegenläufigen Bewegungen ist, dass sich das Emissionszentrum während der Aufnahme einer Einzelprojektion nur geringfügig bewegt, im Idealfall ortsfest ist. Das bei herkömmlichen Anlagen auftretende Problem der Verschmierung bzw. Unschärfe des Röntgenstrahlquellortes kann verringert werden, die Bildqualität der Einzelprojektionen kann verbessert werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform werden das Emissionszentrum, von dem ein auf einen ortsfesten Detektor des Tomosynthesegerätes gerichtetes Röntgenstrahlbündel ausgeht, und die Röntgenröhre mit der gleichen Scangeschwindigkeit bewegt. Die Bewegung des Emissionszentrums wird im Bezugssystem der Röntgenröhre, die Bewegung der Röntgenröhre im Bezugssystem des ortsfesten Tomosynthesegerätes betrachtet. Das Emissionszentrum und die Röntgenröhre weisen also zu jedem Zeitpunkt während der Aufnahme einer Einzelprojektion die gleiche Geschwindigkeit auf. Dies hat zur Folge, dass das Emissionszentrum während der Aufnahme einer Einzelprojektion bezüglich des Detektors ruht. Abgesehen von apparativ bedingten Ungenauigkeiten kann auf diese Weise der Röntgenstrahlquellort ortsfest gehalten werden, was zu einer Verbesserung der Bildqualität der Einzelprojektionen führt.
Gemäß einer Weiterbildung wird das Emissionszentrum und die Röntgenröhre – betrachtet in ihrem jeweiligen Bezugssystem – mit konstanter Scangeschwindigkeit bewegt. Eine konstante Scangeschwindigkeit der Röntgenröhre ist einfach zu steuern und schont die Mechanik z. B. das Getriebe, die zur Bewegung der Röntgenröhre eingesetzt wird.
Während der Aufnahme einer Einzelprojektion bewegt sich die Röntgenröhre um eine erste Scanstrecke. Zur Kompensation dieser Bewegung wird das Emissionszentrum um eine vorbestimmte zweite Scanstrecke in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Die Bewegung des Emissionszentrums kann gerade dann über die vollständige Integrationszeit einer Einzelprojektion vollständig kompensiert werden, wenn, nach einer weiteren Ausführungsform, die erste Scanstrecke der Röntgenröhre kleiner gleich der zweiten Scanstrecke des Emissionszentrums gewählt ist. Sollte abweichend davon die erste Scanstrecke der Röntgenröhre größer als die zweite Scanstrecke des Emissionszentrums gewählt werden, so findet wahlweise zu Beginn oder am Ende der Integrationszeit einer Einzelprojektion eine geringfügige gemeinsame Bewegung des Emissionszentrums mit der Röntgenröhre statt. Selbstverständlich kann diese Bewegung auch auf den Beginn und das Ende der Aufnahme einer Einzelprojektion verteilt werden.
Die Bewegung der Röntgenröhre ist durch die folgenden Parameter festgelegt: die Abtastbahn, die entlang dieser zurückgelegte erste Scanstrecke und die Scangeschwindigkeit. Um die Bewegung der Röntgenröhre durch eine entsprechende Gegenbewegung des Röntgenemissionszentrums zu kompensieren, müssen die genannten Parameter in das Bezugssystem der Röntgenröhre umgerechnet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden daher vor Beginn der Aufnahme einer Einzelprojektion die folgenden Daten von dem Tomosynthesegerät an die Röntgenröhre übermittelt: Eine Startposition der Röntgenröhre für die Aufnahme einer Einzelprojektion im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes, eine Integrationszeit für die Einzelprojektion und eine Scangeschwindigkeit der Röntgenröhre im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes. Aus diesen Daten werden von der Röntgenröhre ein Startpunkt, eine Scanstrecke und eine Scangeschwindigkeit des Röntgenfokus im Bezugssystem der Röntgenröhre errechnet.
Alternativ kann die Berechnung der für die Bewegung des Emissionszentrums notwendigen Parameter von dem Tomosynthesegerät anstatt von der Röntgenröhre durchgeführt werden. Nach einer weiteren Ausführungsform wird daher ein Istwert der Position des Emissionszentrums im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes mit Hilfe eines positionssensitiven Detektors von dem Tomosynthesegerät selbst erfasst. Ein Sollwert der Position des Emissionszentrums – angegeben im Bezugssystem der Röntgenröhre – wird anschließend von dem Tomosynthesegerät berechnet und an die Röntgenröhre übermittelt.
Das erfindungsgemäße Tomosynthesegerät umfasst eine Röntgenröhre, die in einer Scanrichtung um eine erste Scanstrecke entlang einer Abtastbahn bewegbar ist. Die Röntgenröhre umfasst eine Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, der im Betrieb der Röntgenröhre auf ein Emissionszentrum einer Anode gerichtet ist. Von dem Emissionszentrum geht ein auf einen ortsfesten Detektor des Tomosynthesegerätes gerichtetes Röntgenstrahlbündel aus. In die Röntgenröhre ist außerdem eine Ablenkeinheit integriert, die zur Ablenkung des Elektronenstrahls dient. Mittels der Ablenkeinheit wird der Elektronenstrahl derart abgelenkt, dass das Emissionszentrum in einer Richtung parallel zur Abtastbahn entgegen der Scanrichtung der Röntgenröhre um eine vorbestimmte zweite Scanstrecke ablenkbar ist. Die Bewegung des Elektronenstrahls auf der Oberfläche der Anode und die Bewegung des von diesem verursachten Emissionszentrums können bedingt durch eine Krümmung der Oberfläche der Anode voneinander abweichen. Entscheidend ist, dass das Emissionszentrum parallel zur Abtastbahn der Röntgenröhre verschoben wird, die Ablenkung des Elektronenstrahls kann geringfügig von dieser abweichen.
Für das erfindungsgemäße Tomosynthesegerät treffen die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnten Vorteile in gleicher Weise zu.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst das Tomosynthesegerät einen Positionssensor, der aus einer Mehrzahl von positionssensitiven Detektoren besteht. Der Positionssensor dient der Bestimmung der Position des Emissionszentrums im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes. Gemäß einer Weiterbildung sind die positionssensitiven Detektoren nach der Art eines linearen Arrays nebeneinander angeordnet, der auf diese Weise gebildete Positionssensor ist mit dem Tomosynthesegerät orts-fest verbunden, seine Längserstreckungsrichtung folgt ihrer Form nach der Abtastbahn der Röntgenröhre. Ein derart ausgestalteter Positionssensor erlaubt die Bestimmung der Position des Emissionszentrums im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes. Dieses wird dadurch in die Lage versetzt, der Röntgenröhre eine Sollposition für die Lage des Emissionszentrums vorzugeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung weiter erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
1 ein Tomosynthesegerät in Frontalansicht,
2a, b eine Röntgenröhre und deren Röntgenemissionszentrum in zwei verschiedenen Bewegungspositionen,
3 und 6 eine zeitabhängige Ortskurve der Röntgenröhre und deren Emissionszentrum im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes,
4 und 7 die zeitabhängige Ortskurve des Emissionszentrums im Bezugssystem der Röntgenröhre,
5 die Abweichung des Emissionszentrums von seiner vorgegebenen Sollposition,
8 die mittlere quadratische Abweichung eines Emissionszentrums von einem Sollwert,
9 einen Längsschnitt durch eine Röntgenröhre mit einer Drehanode,
10 diese Drehanode in Draufsicht,
11 ein Ablenksystem der Röntgenröhre und
12 ein weiteres Tomosynthesegerät jeweils in schematischer Darstellung.
1 zeigt ein Tomosynthesegerät 2 mit einem ortsfesten Detektor 4, vorzugsweise einem Flächendetektor. Die im Kopf des Tomosynthesegerätes 2 befindliche Röntgenröhre 6 ist schwenkbar an der Standsäule gelagert, bei einer Schwenkbewegung folgt sie einer Abtastbahn phi. Von einem Emissionszentrum 8 der Röntgenröhre 6 geht ein Röntgenstrahlbündel 10 aus, welches zur Untersuchung einer nicht dargestellten Brust auf den ortsfesten Detektor 4 gerichtet ist. Das Röntgenstrahlbündel 10 breitet sich in einer Emissionsrichtung 12 aus. Der Winkel zwischen einer Oberflächennormalen 14 des Detektors 4 und der Emissionsrichtung 12 wird als Tomosynthesewinkel bezeichnet. Das in 1 dargestellte Tomosynthesegerät 2 befindet sich in einer Position mit Tomosynthesewinkel gleich 0°. Zur Veränderung des Tomosynthesewinkels wird die Röntgenröhre 6 entlang der Abtastbahn phi geschwenkt. Bei dem dargestellten Tomosynthesegerät 2 folgt die Abtastbahn phi näherungsweise einer Kreisbahn. Abhängig von dem Tomosynthesegerät ist beispielsweise eine lineare Abtastbahn möglich. Im Folgenden soll von einer solchen leichter darstellbaren linearen Abtastbahn phi ausgegangen werden.
2 zeigt die Röntgenröhre 6 des Tomosynthesegerätes 2 in einer ersten Position (2a) und einer zweiten Position (2b) jeweils in stark schematisierter Darstellung. Diese wird ausgehend von der Position X1 um eine erste Scanstrecke Δx entlang der Abtastbahn phi in die zweite Position X2 verschoben. Die Bewegungsrichtung der Röntgenröhre 6 soll ebenso wie die Abtastbahn mit phi bezeichnet werden.
Die Röntgenröhre 6 umfasst eine Elektronenquelle 16, beispielsweise eine Glühkatode, von der ein auf eine Anode 20 gerichteter Elektronenstrahl 18 ausgeht. An seinem Auftreffpunkt bildet der Elektronenstrahl 18 ein Emissionszentrum 22 in der Anode 20 aus. Ein von diesem ausgehendes Röntgenstrahlbündel ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Während der Aufnahme einer Einzelprojektion wird die Röntgenröhre 6 um die erste Scanstrecke Δx von der Position X1 nach Position X2 entlang der Abtastbahn phi verschoben. Die Position des Emissionszentrums 22, betrachtet im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes 2, also auf der in 2 dargestellten Achse phi, bleibt jedoch konstant. Die Bewegung der Röntgenröhre 6 um die erste Scanstrecke ΔX wird durch eine gegenläufige Bewegung des Emissionszentrums 22 um eine gleich große zweite Scanstrecke ΔX' kompensiert. Die Gegenbewegung des Emissionszentrums 22 erfolgt parallel zur Abtastbahn phi entlang der Achse phi'. Die Bewegung des Emissionszentrums 22 wird im Bezugssystem der Röntgenröhre 6 betrachtet. Dieses bewegt sich um die zweite Scanstrecke ΔX' von einer ersten Position X1' in eine zweite Position X2'. Technisch wird die Verschiebung des Emissionszentrums 22 mit Hilfe eines Ablenksystems 24 erreicht, auf welches weiter unten detaillierter eingegangen werden soll.
Vorzugsweise werden die erste und zweite Scanstrecke ΔX, ΔX' gleich groß gewählt, so dass im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes 2 das Emissionszentrum 22 während der gesamten Integrationszeit einer Projektion ortsfest ist. Wird die erste Scanstrecke ΔX größer als die maximal mögliche zweite Scanstrecke ΔX' gewählt, so bewegt sich das Emissionszentrum 22 während eines Bruchteils der Integrationszeit gemeinsam mit der Röntgenröhre 6.
3 zeigt die mit 26 bezeichnete zeitabhängige Ortskurve der Röntgenröhre 6 und die mit 28 bezeichnete Ortskurve des Emissionszentrums 22 in Abhängigkeit von ihrer Position auf der Abtastbahn phi. Die Position der Röntgenröhre 6 und des Emissionszentrums 22 werden im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes 2 betrachtet.
Die Röntgenröhre 6 bewegt sich, wie deren Ortskurve 26 zeigt, kontinuierlich. Das Emissionszentrum 22 bewegt sich in einem ersten Bereich 281 zunächst gemeinsam mit der Röntgenröhre 6. In einem zweiten Bereich 282 ist die Position des Emissionszentrums 22, bedingt durch dessen gegenläufige Bewegung, konstant. In einem dritten Bereich 283 bewegt sich das Emissionszentrum 22 wiederum gemeinsam mit der Röntgenröhre 6. Die beschriebenen Bewegungen beginnt zum Zeitpunkt t0 und dauert bis zum Zeitpunkt t1, die Differenz t1 – t0 ist die Integrationszeit für die Aufnahme einer Einzelprojektion. Nachdem eine erste Einzelprojektion aufgenommen wurde, beginnt zum Zeitpunkt t1 die Aufnahme einer weiteren Einzelprojektion.
Die Bewegung des Emissionszentrums 22 kann in den Bereichen 281 und 283 die Bewegung der Röntgenröhre 6 nicht mehr kompensieren, da die maximal verfügbare Scanstrecke ΔX' erreicht wurde.
4 zeigt die Ortskurve des Emissionszentrums 22 betrachtet im Bezugssystem der Röntgenröhre 6. Die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Bereiche entsprechen sich, sie sind lediglich in verschiedenen Bezugssystemen dargestellt.
In dem ersten Bereich 281, in welchem die Position des Emissionszentrums 22 der Bewegung der Röntgenröhre 6 folgt, steht diese – betrachtet im Bezugssystem der Röntgenröhre 6 – fest am Ort X1'. In dem zweiten Bereich 282 bewegt sich das Emissionszentrum 22 mit konstanter Geschwindigkeit, welche vorzugsweise der Bewegungsgeschwindigkeit der Röntgenröhre 6 entspricht, in die entgegengesetzte Richtung. Die Position des Emissionszentrums 22 kann – betrachtet im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes 2 – auf diese Weise konstant gehalten werden (vgl. 3). In dem dritten Bereich 283 ist der maximale Scanbereich des Emissionszentrums 22 ausgeschöpft, im Bezugssystem der Röntgenröhre 6 ist dessen Position daher bei X2' konstant.
Während der Aufnahme einer Einzelprojektion bewegt sich das Emissionszentrum von Position X1' nach Position X2'. Vor Beginn der Aufnahme der nächsten Einzelprojektion springt das Emissionszentrum 22 von der Position X2' wieder zurück an die Ausgangsposition X1', und das beschriebene Verfahren beginnt erneut.
Im Idealfall bleibt das Emissionszentrum 22 während der Aufnahme einer einzelnen Projektion – betrachtet im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes 2 – stets an einem konstanten Ort, der für die jeweilige Einzelprojektion geltenden Sollposition. Die Abweichung der tatsächlichen Position des Emissionszentrums 22, der Istposition, von dieser Sollposition ist in 5 als xq bezeichnet in Abhängigkeit auf die Zeit t aufgetragen. In denjenigen Bereichen, in welchen das Emissionszentrum 22 der Bewegung der Röntgenröhre 6 folgt ist eine positive bzw. negative Abweichung, bezeichnet mit 30 bzw. 32 feststellbar. In den dazwischen liegenden Bereichen, in welchem die Bewegung der Röntgenröhre 6 durch eine entsprechende Gegenbewegung des Emissionszentrums 22 kompensiert werden kann, ist die Abweichung gleich Null.
6 zeigt wie 3 die Ortskurve 26 der Röntgenröhre 6 und die Ortskurve 28 des Emissionszentrums 22. Bei dem nun dargestellten Fall ist die erste und zweite Scanstrecke Δx und Δx' gleich groß gewählt, so dass für die Integrationszeit Δt einer Einzelprojektion die Position des Emissionszentrums 22 im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes 2 konstant gehalten werden kann.
Die Darstellung in 7 entspricht derjenigen in 4. Im Bezugssystem der Röntgenröhre 6 springt das Emissionszentrum in einem Sägezahnprofil zwischen den Positionen X1' und X2' hin und her.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die maximal zur Verfügung stehende zweite Scanstrecke ΔX' 4 mm. Der Elektronenstrahl 18 kann also mittels der Ablenkeinheit 24 um +/–2 mm aus seiner Mittellage abgelenkt werden (vgl. 2a), b)). Wird die erste Scanstrecke Δx, die die Röntgenröhre 6 während der Integrationszeit Δt einer Einzelprojektion zurücklegt, kleiner gleich 4 mm gewählt, so kann das Emissionszentrum 22 – bezogen auf das Tomosynthesegerät 2 – an einem konstanten Ort gehalten werden. In diesem Fall ist die mittlere quadratische Abweichung zwischen der Istposition und der Sollposition des Emissionszentrums 22 identisch Null.
8 zeigt die mittlere quadratische Abweichung M des Emissionszentrums 22 in Abhängigkeit von der Größe der zur Aufnahme einer Einzelprojektion gewählten ersten Scanstrecke ΔX. Es soll weiter beispielhaft davon ausgegangen werden, dass die maximal zur Verfügung stehende zweite Scanstrecke ΔX' 4 mm beträgt.
Bei einem herkömmlichen Tomosynthesegerät, dessen Emissionszentrum nicht beweglich ist, so dass dieses stets der Bewegung der Röntgenröhre folgt, steigt die mittlere quadratische Abweichung M mit zunehmender erster Scanstrecke ΔX linear an; dies zeigt der Graph 34. Wird jedoch die Position des Emissionszentrums 22 korrigiert, so kann die mittlere quadratische Abweichung M (vgl. Graph 36) bis zu einer ersten Scanstrecke von 4 mm identisch Null gehalten werden. Für Werte oberhalb von ΔX größer als 4 mm liegt die mittlere quadratische Abweichung M ebenfalls deutlich niedriger als bei herkömmlichen Systemen.
9 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer Röntgenröhre 6, wie sie beispielsweise in dem Tomosynthesegerät 2 eingesetzt werden kann. Der von der Elektronenquelle 16 ausgehende Elektronenstrahl 18 ruft auf der Anode 20, in diesem Fall einer tellerförmige Drehanode, welche über rückseitig vorhandene Kühlkanäle 40 gekühlt ist, ein Emissionszentrum 22 hervor, von dem ein Röntgenstrahlbündel 10 ausgeht. Die Ablenkung des Elektronenstrahls 18 erfolgt mit Hilfe des Ablenksystems 24, bei welchem es sich um eine Anordnung von Elektromagneten handelt, wie sie beispielsweise aus der DE 199 03 872 C2 hervor geht.
Das angegebene Koordinatensystem phi', z', r' ist für die 9 bis 11 einheitlich, und verdeutlicht die räumlichen Beziehungen der Figuren untereinander. Mit phi' ist die bereits erwähnte Richtung bezeichnet, in der das Emissionszentrum 22 zur Kompensation der Bewegung der Röntgenröhre 6 verschoben wird. 10 zeigt die tellerförmige Anode 20 der aus 9 bekannten Röntgenröhre 6 in Draufsicht. Von den zwei dargestellten Emissionszentren 22 bzw. 22' gehen zwei Röntgenstrahlbündel 10 bzw. 10' aus. Das Emissionszentrum 22 befindet sich an der Position X1', das Emissionszentrum 22' befindet sich an der Position X2' (vgl. 2a), b)).
11 zeigt das zur Ablenkung des Elektronenstrahls 18 eingesetzte Ablenksystem 24. Es besteht aus einem geschlossenen Eisenjoch 42, an dem um jeweils 90° gegeneinander versetzt Polvorsprünge 441 bis 444 vorhanden sind. Die Ablenkung in Richtung phi' erfolgt mittels der Spulen 461, 462, die Ablenkung in Richtung r' erfolgt mittels der Spulen 463 und 464.
Die Verschiebung des Emissionszentrums 22 erfolgt stets in Richtung phi' welche parallel zur Abtastbahn phi orientiert ist. Da es sich bei der Anode 20 um eine tellerförmige Anode handelt, auf deren Rand das die Röntgenemission 10 hervorrufende Emissionszentrum 22 liegt, führt eine Verschiebung des Elektronenstrahls 18 in Richtung phi' nicht exakt zu einer Verschiebung des Emissionszentrums 22 in diese Richtung. Eine Verschiebung des Emissionszentrums 22 parallel zur Abtastbahn phi der Röntgenröhre 6 wird erreicht, indem der Elektronenstrahl 18 gleichzeitig zur Ablenkung in Richtung phi' ebenfalls in Richtung –r' abgelenkt wird.
Der Abgleich zwischen der Sollposition und der Istposition des Emissionszentrums 22 erfolgt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie mit Hilfe eines positionssensitiven Detektors, der in die Röntgenröhre 6 integriert ist. Die Röntgenröhre 6 erhält von dem Tomosynthesegerät 2 die Sollwerte für eine Startposition des Emissionszentrums 22, also den Wert für X1', eine Scanstrecke ΔX' und eine Scangeschwindigkeit, wobei eine in der Röntgenröhre 6 vorhandene Verarbeitungseinheit diese selbsttätig in das Bezugssystem der Röntgenröhre 6 umrechnet. Die Istposition des Emissionszentrums 22 wird rückgekoppelt anhand der Werte des positionssensitiven Detektors von der Verarbeitungseinheit der Röntgenröhre 6 gesteuert.
Alternativ können die zur Durchführung einer Untersuchung verwendeten Parameter zu Beginn der Untersuchung für alle durchzuführenden Einzelprojektionen in Form einer Tabelle der Röntgenröhre 6 übertragen werden, wobei bei der Durchführung der Untersuchung vor Beginn der Aufnahme einer Einzelprojektion das Tomosynthesegerät 2 der Röntgenröhre 6 lediglich ein Triggersignal sendet. Die Röntgenröhre 6 führt in diesem Fall entsprechend der vorher festgelegten Parameter eine Bewegung des Emissionszentrums 22 durch.
Die tatsächliche Lage des Emissionszentrums 22 kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel von dem Tomosynthesegerät 2 selbst bestimmt werden. Ein geeignetes Tomosynthesegerät 2 ist in 12 dargestellt. Das Tomosynthesegerät 2 weist zu diesem Zweck einen Positionssensor 50 auf, welcher aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten positionssensitiven Detektoren 501 bis 50n besteht. Die Form des Positionssensors 50 folgt derjenigen der Abtastbahn phi.
Die Position des Emissionszentrums 22 wird anhand der Emissionsrichtung 12 des von diesem ausgehenden, in 12 nicht dargestellten Röntgenstrahlbündels bestimmt. Vorzugsweise umfasst der Positionssensor 50 zu jedem Tomosynthesewinkel einen positionssensitiven Detektor 501, 503, 50n. Die Lage des Emissionszentrums 22 wird anhand der Lage des den entsprechenden positionssensitiven Detektor 501, 503, 50n bestrahlenden Röntgenstrahlbündels bestimmt.
Das Tomosynthesegerät 2 umfasst eine geeignete Verarbeitungseinheit, die einen Abgleich zwischen der errechneten Soll- und der mittels des Positionssensors 50 gemessenen Istposition des Emissionszentrums 22 durchführt. Anhand dieser Werte werden der Startpunkt, die Scanstrecke und die Scangeschwindigkeit des Emissionszentrums 22 im Bezugssystem der Röntgenröhre 6 errechnet, und dieser übermittelt.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines tomosynthetischen Bilddatensatzes, der mittels eines Rekonstruktionsverfahrens aus einer Mehrzahl von Einzelprojektionen errechnet wird, bei dem während der Aufnahme einer Einzelprojektion eine Röntgenröhre (6) eines Tomosynthesegerätes (2) in einer Scanrichtung um eine erste Scanstrecke (ΔX) entlang einer Abtastbahn (phi) verfahren wird, wobei gleichzeitig ein Emissionszentrum (22) der Röntgenröhre (6) parallel zur Abtastbahn (phi), entgegen der Scanrichtung der Röntgenröhre (6) um eine vorbestimmte zweite Scanstrecke (ΔX') bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem von dem Emissionszentrum (22) ein auf einen ortsfesten Detektor (4) des Tomosynthesegerätes (2) gerichtetes Röntgenstrahlbündel (10) ausgeht und die Röntgenröhre (6) – betrachtet im Bezugssystem des ortsfesten Tomosynthesegerätes (2) – und das Emissionszentrum (22) – betrachtet im Bezugssystem der Röntgenröhre (6) – jeweils mit der gleichen Scangeschwindigkeit bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Röntgenröhre (6) und das Emissionszentrum (22) während der Aufnahme einer Einzelprojektion mit konstanter Scangeschwindigkeit bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Scanstrecke (ΔX) der Röntgenröhre (6) kleiner gleich der zweiten Scanstrecke (ΔX') des Emissionszentrums (22) gewählt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zur Bewegung des Emissionszentrums (22) ein zur Erzeugung eines Röntgenstrahlbündels (10) einsetzbarer, auf das Emissionszentrum (22) gerichteter Elektronenstrahl (18) verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem vor Beginn der Aufnahme einer Einzelprojektion das Tomosynthesegerät (2) folgende Daten an die Röntgenröhre (6) übermittelt: a) eine Startposition (X1) der Röntgenröhre (6) für die Aufnahme einer Einzelprojektion im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes (2), b) eine Integrationszeit (Δt) für die Einzelprojektion, c) eine Scangeschwindigkeit der Röntgenröhre (6) im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes (2), wobei aus diesen Daten von der Röntgenröhre (6) ein Startpunkt (X1'), eine Scanstrecke (ΔX) und eine Scangeschwindigkeit des Emissionszentrums (22) im Bezugssystem der Röntgenröhre (6) errechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Istwert der Position des Emissionszentrums (22) im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes (2) mit Hilfe eines positionssensitiven Detektors (50) von dem Tomosynthesegerät (2) erfasst, ein Sollwert der Position des Emissionszentrums (22) – im Bezugssystem der Röntgenröhre (6) – von dem Tomosynthesegerät (2) berechnet und an die Röntgenröhre (6) übermittelt wird.
Tomosynthesegerät (2) mit a) einer in einer Scanrichtung um eine erste Scanstrecke (X) entlang einer Abtastbahn (phi) bewegbaren Röntgenröhre (6), die eine Elektronenquelle (16) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls (18) umfasst, wobei im Betrieb der Röntgenröhre (6) der Elektronenstrahl (18) auf ein Emissionszentrum (22) einer Anode (20) gerichtet ist, von dem ein auf einen ortsfesten Detektor (4) des Tomosynthesegerätes (2) gerichtetes Röntgenstrahlbündel (10) ausgeht, b) einer in die Röntgenröhre (6) integrierten Ablenkeinheit (24) zur Ablenkung des Elektronenstrahls (18), wobei mittels der Ablenkeinheit (24) der Elektronenstrahl (18) derart ablenkbar ist, dass das Emissionszentrum (22) in einer Richtung parallel zur Abtastbahn (phi) entgegen der Scanrichtung der Röntgenröhre (6) um eine vorbestimmte Scanstrecke (ΔX') bewegbar ist.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 8, einen Positionssensor (50) aus einer Mehrzahl von positionssensitiven Detektoren (501, 503, 50n) zur Bestimmung der Position des Emissionszentrums (22) im Bezugssystem des Tomosynthesegerätes (2) umfassend.
Tomosynthesegerät (2) nach Anspruch 9, bei dem die positionssensitiven Detektoren (501, 503, 50n) des Positionssensors (50) nach der Art eines linearen Arrays nebeneinander angeordnet sind, der Positionssensor (50) an dem ortsfesten Tomosynthesegerät (2) befestigt ist und seine Form in einer Längserstreckungsrichtung der Abtastbahn (phi) folgt.