Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verwendung bei der
Abbildung eines interessierenden Bereichs in der Brust einer Patientin, wobei der
interessierende Bereich eine Breite relativ zum Brustkorb der Patientin aufweist, die Vorrichtung eine
Quelle zur Übertragung eines Strahlungssignals durch den interessierenden Bereich in der
Brust der Patientin und eine Empfangseinrichtung aufweist, die in entgegengesetzter
Beziehung zur Quelle zum Empfangen des übertragenen Strahlungssignals angeordnet ist, wobei
die Brust der Patientin dazwischen positioniert ist.
Hintergrund der Erfindung
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Die Abbildung der Brust wird für das Anspruchsvollste der medizinischen
Bildgebungsverfahren gehalten. Im Hinblick auf die räumliche Auflösung sind die Spezialisten für
Brustabbildungen nun im allgemeinen daran interessiert, Läsionen oder Massen abzubilden, die eine
Abbildungsapertur von ungefähr 50 um Größe oder weniger erfordern. Anforderungen an
den Kontrast sind ebenfalls streng, da Läsionen oder Massen, die visualisiert werden sollen,
manchmal Röntgenstrahl-Absorptionscharakteristiken ähnlich zu denen des umgebenden
Gewebes aufweisen. Im Hinblick darauf wird oft eine 12 Bit Kontrastauflösung, die etwa
4.000 unterscheidbaren Schattierungen zwischen schwarz und weiß im resultierenden Bild
entspricht, gewünscht.
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Röntgenstrahlen-Manmographie ist die empfindlichste Brustabbildungsmodalität, die
momentan verfügbar ist, und sie wird verbreitet bei der Detektion und Diagnose der
Beschaffenheit kleiner, nicht tastbarer Brustläsionen verwendet. Sowohl auf Film basierende
Systeme als auch digitale Systeme zur Brustabbildung sind momentan verfügbar. Bei auf Film
basierenden Systemen werden Röntgenstrahlen durch die Brust der Patientin übertragen und
treffen auf einen Phosphorschirm. Vom Phosphorschirm emittiertes Licht, resultierend aus
der Absorption von Röntgenstrahlen, wird durch einen lichtsensitiven Film detektiert. Der
Film wird dann entwickelt, um ein Bild der Brust der Patientin zu gewinnen, das an einem
Leuchtkasten angesehen werden kann. In digitalen Systemen wird ein Strahlungsempfänger
anstelle des Films verwendet. Der Empfänger liefert ein elektrisches Signal, das digital zur
Betrachtung an einem Hochauflösungsmonitor verarbeitet werden kann. Momentan reichen
nur digitale Systeme mit begrenztem Blickfeld, z. B. 5 cm · 5 cm Blickfeldsysteme, in der
mammografischen Leistungsfähigkeit an auf Film basierende Systeme heran.
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Vordem sind auf Film basierende Systeme im Allgemeinsten zur Brustabbildung verwendet
worden und Verbesserungen über die Jahre bei auf Film basierender Röntgenstrahlen-
Abbildungstechnik haben verbesserte Leistungsfähigkeit bei der Abbildung und reduzierte
Strahlendosis ergeben (vgl. US-A-4998270). Auf Film basierende Systeme sind jedoch
gewissen Beschränkungen unterworfen. Zum Beispiel beschränken die Filmkörnigkeit und das
Rauschen des Filmbildschirms die räumliche Auflösung des sich ergebenden Bilds. Darüber
hinaus erfordern Filme, die Bilder mit höherer Auflösung bereitstellen, im allgemeinen
größere Strahlendosen. Zusätzlich kann bei auf Film basierenden Systemen der resultierende
Bildkontrast bedeutend durch Streustrahlung beeinträchtigt werden. Obwohl die
Auswirkungen von Streustrahlen durch den Gebrauch eines Anti-Streugitters reduziert werden
kann, erfordern Gitter eine höhere Strahlendosis. Des weiteren macht die Zeit, die zum
Entwickeln von Filmbildern erforderlich ist, auf Film basierende Systeme für einige
Anwendungen weniger wünschenswert.
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Neuerdings haben Forscher erkannt, dass digitale Abbildungssysteme mögliche Vorteile
gegenüber auf Film basierenden Abbildungssystemen bieten. Speziell vermeiden digitale
Abbildungssysteme die Probleme von Filmkörnigkeit und Rauschen des Filmbildschirms
und sind theoretisch dazu in der Lage, herausragende Bildauflösung bereitzustellen.
Zusätzlich können in digitalen Abbildungssystemen, sobald die Bilddaten des Empfängers
gespeichert worden sind, zahlreiche Verarbeitungs- und Anzeigeparameter manipuliert werden,
um das gezeigte Bild zu optimieren. Digitale Systeme berücksichtigen auch im wesentlichen
Echtzeitbildgebung, wie sie gewünscht werden kann. Die gespeicherten digitalen Bilddaten
können auch zur Übertragung innerhalb eines Computernetzwerks heruntergeladen und an
entfernten Workstations abgefragt werden, wodurch Informationsspeicherung, Rücksprache
und Computerbildanalyse ermöglicht wird.
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Aktuelle und vorgeschlagene digitale Abbildungssysteme zur Verwendung bei der
Mammographie erfüllen jedoch nicht vollständig die Bedürfnisse der Industrie. Digitale
Abbildung ist effektiv im Zusammenhang mit stereotaktischer Lokalisierung von Brustläsionen
für nachfolgende Nadel-Biopsieverfahren verwendet worden. Solche Systeme zielen jedoch
nicht auf eine Gesamtfeldbrustabbildung ab und werden gewöhnlich nur dazu eingesetzt,
einen relativ kleinen Bereich der Brust dort, wo die Läsion lokalisiert worden ist, zum
Beispiel ein 5 cm · 5 cm Fenster, abzubilden. Bei Ausweitung solcher digitaler
Abbildungssysteme auf ein Gesamtfeld würde eine Einzelaufnahme der Brustabbildung aufgrund des
hohen Grads räumlicher Auflösung, die für die Abbildung kleiner, nicht tastbarer
Brustläsionen erforderlich wäre, kompliziert und teuer werden. Darüber hinaus würde ein solches
Gesamtfeld-Abbildungssystem mit Einzelaufnahmen durch Streustrahlung beeinträchtigt
werden. Das bedeutet, dass der Empfänger eines solchen Systems bedeutende gestreute
Strahlung von der Brust der Patientin zusätzlich zu dem gewünschten bildgebenden
Röntgenstrahlensignal empfangen würde. Zusätzlich würde die Verwendung eines Gitters zur
Verringerung der Effekte solcher Streustrahlung eine größere Dosis erforderlich machen.
Insgesamt könnten feine Brustläsionen verdunkelt oder schwierig festzustellen sein, sogar bei
Verbesserungen in der digitalen Verarbeitung und Anzeige.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Mammographievorrichtung zur
Verfügung, wie in Anspruch 1 definiert. Die Vorrichtung berücksichtigt hoch auflösende
Gesamtfeld-Brustabbildung. Zusätzlich verringert die vorliegende Erfindung die Auswirkungen von
Streustrahlung, ohne die Verwendung eines dosis-ineffizienten Gitters zu erfordern. Die
vorliegende Erfindung stellt auch einen neuen Mechanismus zur Erfassung von
Bildinformationen, wenn ein Empfänger einen interessierenden Bereich abtastet, und zur Integration
der angeeigneten Information bereit, um ein zusammengesetztes Bild des interessierenden
Bereichs mit hoher Genauigkeit zu erzielen. Darüber hinaus berücksichtigt eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die automatische Auswahl eines Strahlenfilters, so
dass der Filter basierend auf speziellen Abbildungsbedingungen ausgewählt werden kann,
tun das resultierende Bild zu verbessern. Darüber hinaus berücksichtigt die vorliegende
Erfindung die Benutzung von verschiedenen Filtern mit verschiedenen
Leistungscharakteristiken während der Erfassung eines Einzelbilds eines interessierenden Bereichs, so dass die
Filtercharakteristiken für Teile des interessierenden Bereichs getrennt optimiert werden
können.
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Der interessierende Bereich kann einen Abschnitt der Brust der Patientin oder das gesamte
Brustvolumen umfassen. Um das Abtasten durchzuführen, können der Strahl und der
Empfänger synchron über dem interessierenden Bereich bewegt werden. Im Prinzip können
verschiedene Formen von Strahlen genutzt werden, jedoch sorgen Strahlformen, die eine
schmale Breite und eine Länge wenigstens so groß wie der Brustkorb-zu-Brustwarzen-
Abstand der Brust der Patientin (z. B. ein Fächerstrahl) vorteilhafterweise für eine schnelle
Abbildung und vereinfachte Bildbearbeitung.
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Die Bewegung des Empfängers wird vorzugsweise über die Brust der Patientin (von Seite
zu Seite relativ zur Brust der Patientin) besser als quer zum Brustkorb der Patientin (nach
außen von der Grundfläche der Brust der Patientin oder anders herum) durchgeführt, so dass
das Abtasten nicht durch den Brustkorb unterbrochen wird, wodurch eine sanfte
Abtastbewegung über die gesamte Brust zu einer verbesserten Abbildung ermöglicht wird. Die
Ausgabe des Empfängers wird verarbeitet, tun eine time delay integration (TDI) Bilderfassung
bereitzustellen, und dadurch ein Bild mit verbessertem Signal-zu-Rauschverhältnis zu
erzielen.
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Diese Abtast/TDI-Technik hat eine Anzahl von Vorteilen gegenüber der Abbildung mit
Einzelbelichtung. Zum Beispiel kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Matrix von
strahlungsempfindlichen Elementen oder Bildpunkten, die im allgemeinen dem Querschnitt
des Strahls entsprechen, im Gegensatz zu einer Gesamtfeld-Matrix oder einem
Liniendetektor mit einem einzigen Element, benutzt werden, wodurch die Gestaltung des Empfängers
vereinfacht wird. Zusätzlich werden Probleme mit Streustrahlung verringert, da gestreute
Strahlung im allgemeinen außerhalb des Strahls wandert und deshalb nicht detektiert
werden wird. Dadurch wird ein verbessertes Signal-zu-Rauschverhältnis erreicht. Darüber hinaus
kann diese Verringerung der Wirkung gestreuter Strahlung ohne erhöhte Strahlendosis
für die Patientin erreicht werden, da zu jeder Zeit nur ein Teil der Brust Strahlung ausgesetzt
werden braucht. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt auch ein Abtasten der Brust,
welches leicht Frauen verschiedener Größen und Zusammensetzungen aufgrund von
patientenspezifischer Auswahl eines optimalen Eingaberöntgenspektrums, dem weiten dynamischen
Bereich des Detektors und der Vorrichtungsgeometrie erfasst.
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Eine die Position verschlüsselnde Vorrichtung kann bereitgestellt werden, so dass das
Auslesen des Empfängers mit der Abtastbewegung synchronisiert wird, so dass ein
zusammengesetztes Bild mit hoher Genauigkeit erzielt wird. Der Empfänger umfasst vorzugsweise
eine Detektormatrix einschließend wenigstens eine Spalte strahlungsempfindlicher
Elemente oder Pixel entsprechend einem Längsschnitt der Brust der Patientin. Die
strahlungsempfindlichen Elemente können direkt das Abbildungssignal detektieren, z. B. Röntgenstrahlen,
oder eine Sekundärstrahlungsvorrichtung, sowie ein phosphoreszierender Schirm oder
ähnliches, der Licht über Anregung durch das Bild gebende Signal emittiert, kann zwischen die
Quelle des Bild gebenden Signals und die Detektormatrix gebracht werden. Wenn eine
Sekundärstrahlungsvorrichtung eingesetzt wird, kann die Vorrichtung optisch an die
Detektormatrix durch eine Linse, Lichtwellenleiter oder jede andere geeignete optische
Komponente gekoppelt werden. Da der Empfänger über die Brust der Patientin abtastet, wird die
elektrische Ladung, die durch die Detektormatrix angehäuft wird, schnell ausgelesen, um
Bildinformation zu erhalten, die einer Reihe von Längsschnitten der Brust der Patientin
entspricht. Diese Information kann dann von einem Prozessor verwendet werden, um ein
zusammengesetztes Bild des interessierenden Bereichs innerhalb der Brust der Patientin zu
konstruieren.
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In einer Ausführungsform umfasst der Empfänger eine zweidimensionale Anordung von
strahlungsempfindlichen Elementen, worin die Weite der Anordnung durch eine Vielzahl
von Längsreihen der Elemente definiert wird. Da der Empfänger über dem interessierenden
Bereich in der Brust der Patientin - wie oben beschrieben - gescannt wird, wird die
angehäufte Ladung oder das Ladungspaket in jedem Pixel gleichzeitig von Reihe zu Reihe
verschoben, so dass jedes solche Ladungspaket spezielle Brustinformationen des
interessierenden Bereichs enthält. Durch Auswahl einer Anordnung entsprechend dem Querschnitt des
Abbildungssignals kann Ladung über eine Zeitdauer entsprechend dem Durchgang der
Weite des Abbildungssignals über eine bestimmte Stelle integriert werden, wodurch ein
verbessertes Signal-zu-Rauschverhältnis bereitgestellt wird und die resultierende Bildinformation
für eine spezielle Strahlungsdosis maximiert wird. Wenn eine Reihe von Ladungspaketen
die Seite der Anordnung erreicht, werden die Pakete zu einer benachbarten,
lichtabgeschinnten Anordnung von Bildpunkten verschoben und dann in einer konventionellen Art
ausgelesen, z. B. durch ein Serienregister.
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Um ein zusammengesetztes Bild basierend auf Scan-Bilddaten genau zu konstruieren, ist es
wichtig, die Erfassung der Bilddaten mit der Abtastbewegung in Beziehung zu setzen und,
abwechselnd, mit der Position der Brust der Patientin. In Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung kann das durch Montieren der Detektoranordnung auf eine
Positionsverschlüsselungseinrichtung bewerkstelligt werden. Die Verschlüsselugseinrichtung erzeugt
ein Signal, z. B. Sequenzen elektrischer Pulse, als eine Funktion der Bewegung der
Detektoranordnung. Z. B. kann eine lineare oder auf Rotation basierende
Verschlüsselungseinrichtung eingesetzt werden. Diese Pulse können überwacht werden, um die Verschiebung
von Ladungspaketen auszulösen und die genaue Position eines Anordnungselements relativ
zu einer Abtastung der Brust der Patientin für die Verwendung in der Konstruktion eines
zusammengesetzten Bilds überwacht werden. Da die Verschiebung eines Ladungspakets auf
den Ausgang der Verschlüsselungsvorrichtung bezogen wird, wird Synchronisation trotz
Änderungen in der Antriebsgeschwindigkeit oder anderer Unregelmäßigkeiten in der
Bewegung der Detektoranordnung aufrecht erhalten.
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Es kann ein Abbildungssystem bereit gestellt werden, welches die Auswahl eines
geeigneten Strahlungsfilters berücksichtigt, um für spezielle Abbildungsbedingungen geeignet zu
sein. Beispielsweise kann der spezielle ausgewählte Filter von der Natur des Brustgewebes,
das abgebildet werden soll (z. B. der Dichte und Dicke des Gewebes), von
Betriebsparametern der Strahlungsquelle (z. B. Spannung, Stromstärke, Anodenmaterial, Größe des
Brennpunkts) oder anderen Faktoren abhängen. Das Abbildungssystem umfasst: eine Quelle für
das Abbildungssignal; einen Bildsignalempfänger, der gegenüber der Quelle angeordnet ist,
wobei die Brust dazwischen positioniert ist; einen Trägeraufbau, der zwischen der Quelle
und der Brust der Patientin angeordnet ist, zum Tragen zweier oder mehrerer Filter mit
unterschiedlichen
Leistungseigenschaften; und eine Auswahlvorrichtung zum Positionieren
eines ausgewählten Filters in einem Weg des Abbildungssignals. Der Filter kann direkt vom
Benutzer ausgewählt werden, oder der Filter kann durch eine Steuerungsvorrichtung
basierend auf Eingabeinformationen oder Rückkopplung bezüglich spezieller
Abbildungsbedingungen ausgewählt werden. Im Fall eines Scan-Systems wie oben beschrieben, kann
weiterhin eine solche Rückkopplung benutzt werden, um die Betriebsparameter der
Strahlungsquelle während eines Scan-Vorgangs zu verändern, beispielsweise den Photonenfluss zu
ändern, wenn Drüsengewebe getroffen wird, um die Abbildungsqualität zu optimieren.
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Darüber hinaus kann ein Abbildungssystem bereit gestellt werden, welches die Verwendung
verschiedener Filter berücksichtigt, mit unterschiedlichen Filtereigenschaften entsprechend
unterschiedlichen Teilen eines interessierenden Bereichs in dem Körper einer Patientin
während der Aufnahme eines einzelnen Bilds. Das System umfasst: Eine Quelle für ein
Abbildungssignal und einen Abbildungssignalempfänger, der in entgegengesetzter Beziehung
angeordnet ist, wobei der interessierende Bereich dazwischen positioniert ist; und einen
Filterträgeraufbau, um wenigstens einen ersten Filter in einer ersten Position relativ zur
Quelle für das Abbildungssignal entsprechend einem ersten Teil des interessierenden
Bereichs zu halten, und um einen zweiten Filter, der unterschiedlich vom ersten Filter ist, in
einer zweiten Position relativ zum Abbildungssignal entsprechend einem zweiten Teil des
interessierenden Bereichs zu halten. Auf diese Art können die Filtereigenschaften basierend
auf einer Bild-zu-Bild-Basis für ein einzelnes Bild optimiert werden. Beispielsweise besteht
ein klinisches Problem in Verbindung mit der Brustabbildung darin, dass der rückseitige
Bereich der Drüsen (der hintere Teil der Brust) typischerweise aus Fettgewebe
zusammengesetzt ist, während der vordere Teil faserig und drüsenartig ist. Dieses Problem kann durch
Auswahl eines geeigneten Filterpaars angegangen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zusätzliche Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung und ihre entsprechenden
Vorteile werden unter Berücksichtigung der detaillierten Beschreibung im folgenden in
Verbindung mit den Zeichnungen dargelegt, in welchen:
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Fig. 1 - ein schematisches Diagramm eines Abbildungssystems ist, das gemäß der
vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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Figur - 2 eine seitliche Schnittansicht ist, die einen unteren Teil einer Abbildungsvorrichtung
zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, der Teil des Systems nach Fig. 1
ist;
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Fig. 3 - eine seitliche Schnittansicht ist, die einen oberen Teil der Abbildungsvorrichtung
nach Fig. 2 zeigt;
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Fig. 4 - eine Vorderansicht der Abbildungsvorrichtung nach Fig. 2 ist;
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Fig. 5 - eine vordere Schnittansicht ist, die die Filterauswahl-Anordnung zeigt, die Teil der
Vorrichtung nach Fig. 2 ist;
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Fig. 6 - eine Vorderansicht ist, die den Antriebsmechanismus des Stahlgürtels zeigt, der Teil
der Vorrichtung nach Fig. 2 ist;
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Fig. 7 - eine Ansicht von oben ist, die einen Trägeraufbau für Filter, gebaut gemäß der
vorliegenden Erfindung, zeigt; und
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Fig. 8 - ein schematisches Diagramm ist, das das Steuerungssystem für das Auslesen der
Detektoranordnung verdeutlicht.
Detaillierte Beschreibung
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Mit Bezug auf Fig. 1 wird ein Abbildungssystem, das gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebaut ist, durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Im allgemeinen umfasst das
System 10: eine digitale Scan-Abbildungsvorrichtung 12; eine Benutzerschnittstelle 14, die eine
Computertastatur umfassen kann, um dem Benutzer einen direkten Betrieb des Systems 10
zu erlauben; eine Steuerung 16, wie einen Computer, zum Betrieb der
Abbildungsvorrichtung 12 und zur Verarbeitung der Bildinformationen, um ein zusammengesetztes Bild der
Brust der Patientin aufzubauen; und einen Monitor 20 zur Anzeige des zusammengesetzten
Bilds.
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Details der Abbildungsvorrichtung 12 sind in den Fig. 2 bis 8 gezeigt. Die
Abbildungsvorrichtung 12 umfasst eine Quelle 28 für das Abbildungssignal, etwa eine Röntgenröhre, einen
Abbildungssignalempfänger 30, etwa eine Digitalkamera, eine
Komprimierungsanordnung 32 zum Zusammendrücken und zum Fixieren der Brust 18 der Patientin, eine Abtast-
Anordnung 34 zum Scannen des Abbildungssignals über die Brust 18 der Patientin und dazu
in Beziehung stehende Bestandteile, die von einem Sockel 36 getragen werden.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die Quelle 28, der Empfänger 30 und Teile der
Komprimierungsanordnung 32 und der Abtast-Anordnung 34 drehbar auf einem Sockel 36
über einen Schaft 38 und Lager 40 montiert, um unterschiedliche Annäherungswinkel zur
Abbildung der Brust 18 der Patientin zu berücksichtigen, d. h. diese Bestandteile können um
die Brust 18 der Patientin in eine Richtung im allgemeinen parallel zum Brustkorb der
Patientin gedreht werden, um eine gewünschte Anfangs- oder Referenzposition für den
Abbildungs-Scan zu erreichen. Ist einmal eine solch gewünschte Position erreicht, können diese
Bestandteile durch eine Bremse 42 in Position verriegelt werden. Die Bremse 42 kann
beipielsweise einen nicht drehbaren Zahnradabschnitt 44 umfassen, der im Eingriff mit den
entsprechenden Zähnen des Zahnrads, die am Schaft 38 bereitgestellt sind,
zusammenzuwirken, um den Schaft 38 in seiner Stellung zu verriegeln. Der Zahnradabschnitt 44 kann in
und aus dem Eingriff, wie gewünscht, mittels einer elektromechanischen Kupplung gebracht
werden, die ein Solenoidbedienteil umfasst.
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Die Komprimierungsanordnung 32 drückt die Brust 18 der Patientin zu einer
gleichmäßigeren Dicke zusammen und fixiert begleitend die Brust der Patientin, um das resultierende
Bild zu verbessern. Wie gezeigt, wird dies bewerkstelligt durch Einbringen der Brust 18 der
Patientin unter Kompression zwischen der befestigten oberen Oberfläche 46 des Gehäuses
48 und der Komprimierungsplatte 50, die bewegbar entlang von Schienen 52 ist. Es wird
einzusehen sein, dass die Platte 50 und die obere Oberfläche 46 aus Röntgenstrahlen
durchlassenden Materialien gebildet sind. Die Platte 50 kann manuell bewegbar oder durch einen
Motor angetrieben sein. Wie gezeigt, wird die Platte 50 durch einen Kompressionsmotor 54
angetrieben, z. B. durch einen elektromechanischen Servomotor, über eine geeignete
Verbindung umfassend Schaft 56, der lokalisiert ist, um eine Überlagerung mit der Abtast-
Anordnung 34 zu vermeiden, wie aus der Beschreibung unten hervorgehen wird. Ein
herkömmlicher Ausklinkmechanismus (nicht gezeigt) wird bereitgestellt, um eine schnelle
Loslösung der Brust 18 der Patientin von der Komprimierung im Falle von Gefahr zuzulassen.
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Die Brust der Patientin wird abgebildet durch Scannen eines Abbildungssignals 58 über die
Brust 18 der Patientin und Verwendung des Empfängers 30, um Bildinformation während
des Scannens zu erhalten. Das dargestellte Abbildungssignal 58 umfasst einen schmalen,
aufgefächerten Röntgenstrahl, der durch die Quelle 28 durch Röntgenstrahlen absorbierende
Kollimatorplatten 60 (Fig. 5) übertragen wird. Die Öffnung der Kollimatorplatten 60 kann
durch Schrauben 62 eingestellt werden, um die Breite des Signals 58 zu steuern. Zusätzlich
kann die Breite des Signals 58 durch Bereitstellen von Führungsschlitzen gesteuert werden,
die an Seiten des Strahlausfalls und Strahleinfalls bezüglich der Brust 18 der Patientin
positioniert sind. Obwohl Signale verschiedener Breiten für die Abbildung benutzt werden
können, kann ein schmaler, kollimierter Strahl die Strahlendosis und die Effekte durch
Streustrahlung verringern. Zusätzlich weist das dargestellte Signal 58 eine Tiefe D auf, die
wenigstens so groß wie der Abstand zwischen Brustkorb und Brustwarze der Brust 18 der
Patientin ist. Obwohl geringere Signaltiefen angewandt werden könnten, berücksichtigt das
dargestellte Signal 58 Einzeldurchlauf, Gesamtfeld-Scannen, wodurch die
Abbildungsgeschwindigkeit erhöht und die Bearbeitung vereinfacht wird.
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Der Empfänger 30 empfängt das Abbildungssignal 58 und überträgt Informationen, im
allgemeinen angezeigt durch einen Pfeil 59 in Fig. 1, an die Steuerung 16 basierend auf dem
empfangenen Signal 58. Der Empfänger 30 kann eine beliebige Vielfalt von Digitalkameras
einschließen. In dieser Hinsicht kann der Empfänger 30 einen röntgenstrahlensensitiven
Empfänger zur direkten Detektion eines Röntgenstrahlensignals oder phosphoreszierende
Schirme umfassen, die Licht bei Anregung durch Röntgenstrahlung emittieren. Wenn
phosphoreszierende Schirme eingesetzt werden, kann auf Linsen basierende Optik benutzt
werden, um das emittierte Licht auf die fokale Ebene der Abbildungskamera zu fokussieren
oder Lichtwellenleiter können eingesetzt werden.
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Der dargestellte Empfänger 30 umfasst eine Kamera, umfassend eine Reihe
phosphoreszierender Schirme 64, die angeordnet sind, um im allgemeinen mit dem Querschnitt des
Signals 58 übereinzustimmen. Die Schirme 64 sind über spitz zulaufende Lichtwellenleiter-
Reduzierstücke 66 an eine Anordnung 132 von Bildpunkten gekoppelt, so dass jeder
Bildpunkt auf einem entsprechenden Ort des Schirms abgebildet wird. Die Bildpunkte können
damit ausgewiesen werden, wie unten beschrieben, um ein elektronisches Signal zu liefern,
das verarbeitet werden kann, tun ein Bild der Brust der Patientin bereitzustellen. Die
Kamera wird in Synchronisation mit dem Signal 58 während des Scannens bewegt, wie auch
unten beschrieben werden wird.
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Die Abtast-Anordnung 34 umfasst einen Scannermotor 68, beispielsweise einen
elektromechanischen Servomotor, für den gemeinsamen Antrieb der Drehbewegung der Quelle 28
und synchroner Scan-Bewegung des Empfängers 30. In der dargestellten Ausführungsform
wird dies durch Montieren der Quelle 28 und des Empfängers 30 an einem Pendel 70
erreicht, das wiederum am Schaft 72 im Abgleich mit dem Brennfleck 102 der Quelle 28
getragen wird. Leistung wird vom Motor 68 mittels eines Antriebsgurts 74 übertragen, der
durch eine Ausgangsrolle 76, montiert an einem Ausgangsschaft 78, und durch eine rechte
transaxiale Rolle 80, montiert an einer Hinterachse 82, die koaxial mit dem Schaft 72 ist,
getragen wird. Ebenfalls an der Hinterachse 82 ist die linke transaxiale Rolle 84 montiert,
die den Antriebsgurt 86 trägt. Der Antriebsgurt 86 wird an seinem tieferen äußeren Ende
durch die Encoder-Schaftrolle 88 getragen, die auf dem Encoder-Schaft 90 montiert ist.
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Die Rolle 92 für den Stahlgurt ist auch am Encoder-Schaft 90 montiert und weist einen
Stahlgurt 94 auf, der, wie in Fig. 6 gezeigt, darumgewickelt ist. Der Stahlgurt 94 wiederum
ist an den linken 96 und rechten 98 äußeren Enden eines bogenförmigen Nockens 100
angebracht. Auf diese Art bringt eine Drehung des Encoder-Schafts 90 die Rolle 92 für den
Stahlgurt dazu, den Stahlgurt 94 aufzunehmen und abzugeben, so dass die Rolle 92 für den
Stahlgurt auf pendelnde Art entlang dem Nocken 100 läuft. Da die Rolle 92 für den
Stahlgurt am Pendel 70 befestigt ist, resultiert dieses pendelnde Verlaufen in einer
synchronisierten Drehbewegung der Quelle 28 und der Scan-Bewegung des Empfängers 30. Der
dargestellte Antrieb des Stahlgurts verringert oder schaltet Gitterrückstrom verbunden mit der
Startbeschleunigung aus und stellt eine sanfte Scan-Bewegung bereit, wodurch das sich
ergebende Bild verbessert wird.
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Um vollständig und genau ein zusammengesetztes Bild der Brust 18 der Patientin basierend
auf einem Scan aufzubauen, ist es notwendig, die Bilddaten häufig auszulesen, so dass
Informationen betreffend den gesamten interessierenden Bereich erhalten werden, und die
Bilddaten genau mit den entsprechenden Empfänger-/Strahllagen zu korrelieren. Dies wird
erreicht durch direktes Korrelieren der Lageinformation bezüglich des Empfängers 30 (der
auch die Position des Signals 58 widerspiegelt, da die Bewegung der Quelle 28 und des
Empfängers 30 synchronisiert ist), und indem diese Informationen zum Auslösen der
Erfassung der Abbildungsdaten und des Auslesens benutzt werden. In der gezeigten
Ausführungsform ist ein Encoder 104, etwa ein Schaft-Digital-Wandler auf dem Encoderschaft 90
montiert. Der Encoder 104 stellt ein elektrisches Signal bereit, das im allgemeinen durch
einen Pfeil 106 (Fig. 1) gekennzeichnet wird, das auf die Empfängerposition basierend auf
der Rotation des Encoderschafts 90 schließen lässt. Das Signal 106, das eine Reihe von
elektrischen Pulsen als Funktion der Scan-Bewegung des Empfängers 30 umfassen kann,
lenkt den Betrieb des Empfängers 30, wie beschrieben werden wird.
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Der dargestellte Empfänger 30 umfasst eine Anordnung 132 von Bildpunkten (Fig. 8), die
an Phosphoreszenzschirme 64 mittels Lichtwellenleiter-Reduzierstücke 66 wie oben
beschrieben gekoppelt sind, so dass jeder Bildpunkt auf einer entsprechenden Stelle am
Bildschirm abgebildet wird. Die Bildpunktanordnung 132 ist "M" Bildpunkte lang und "N"
Bildpunkte breit, wobei M und N ausgewählt werden können, basierend auf dem gesamten
Bereich und gewünschter räumlicher Auflösung der Schirme 64. In diesem Zusammenhang
kann der Bereich der Schirme ausgewählt werden, um im wesentlichen mit dem Querschnitt
des fächerförmigen Abbildungssignals 58 übereinzustimmen und die räumliche Auflösung
ist vorzugsweise ausreichend, um eine Abbildung von Objekten zu erlauben, die eine
Abbildungsapertur erfordern, die ungefähr 50 um groß oder sogar kleiner sind.
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Während eines Scans der Brust 18 der Patientin werden Ladungspakete synchron in einer
Bildpunkt-zu-Bildpunkt-Art über die Breite der Bildpunktanordnung 132 verschoben, so
dass die Lage eines speziellen Ladungspakets innerhalb der Bildpunktanordnung 132 eine
entsprechende Stelle in der Brust 18 der Patientin verfolgt. Auf diese Art wird Ladung
integriert, da sich ein Ladungspaket entlang der Bildschirmanordnung 132 bewegt, als eine
Funktion der Intensität des Abbildungssignals, das auf die zugeordnete Stelle des
Phosphoreszenz-Schirms auftrifft. Wenn die Ladungspakete die Seite der Bildpunktanordnung 132
erreichen, werden sie übertragen, beispielsweise über ein Transfergatter, um die Anordnung
134 auszulesen, die eine lineare CCD-Anordnung umfassen kann. Die Ladungspakete und
die darin enthaltene Abbildungsinformation kann dann in der Weise eines konventionellen
Schieberegisters von der Ausleseanordnung 134 zur Verarbeitung durch eine Steuerung 116
getaktet werden. Die Steuerung 116 empfängt das resultierende Auslesesignal und erzeugt
ein digitales Signal, das ein Bild der Brust 18 der Patientin verkörpert, das dann auf einem
hoch auflösenden Monitor 20 gezeigt werden kann.
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Um der Ladungsintegration wie vorher beschrieben Rechnung zu tragen und um ein Bild
der Brust der Patientin mit hoher Wiedergabetreue zu erzeugen, ist es wichtig, dass das
Verschieben der Ladung über die Bildpunktanordnung 132 genau mit der Scan-Bewegung des
Empfängers relativ zur Brust 18 der Patientin synchronisiert wird. In dem dargestellten
System 10 wird genaue Synchronisation durch Hinweis einer solchen Verschiebung direkt an
die Bewegung des Empfängers erreicht, wie durch die Ausgabe des Encoders 104 angezeigt.
Wie vorher bemerkt wurde, erzeugt der Encoder 104 ein Signal, etwa eine Reihe von
elektrischen Impulsen, als Funktion der Bewegung des Empfängers. Diese Ausgabe des
Encoders wird an einen Verschiebungs-Steuerungsschaltkreis, wie schematisch in Fig. 8 gezeigt,
übermittelt. Der Verschiebungs-Steuerungsschaltkreis kann beispielsweise einen Drei-
Phasen-Verschiebungs-Schaltkreis, so wie herkömmlich in getakteten Netzwerken von
CCD's eingesetzt, einschließen. Jedoch synchronisiert der Phasen-Verschiebungs-
Schaltkreis der vorliegenden Erfindung eher den Verschiebungszyklus relativ zur
empfangenen Encoderausgabe, als den Verschiebungszyklus relativ zu den getakteten Pulsen zu
synchronisieren. Auf diese Art wird das Verschieben der Anordnung 132 mit der Scan-
Bewegung des Empfängers 30 synchronisiert, auch wenn die Scan-Bewegung durch
Veränderungen in der Antriebsgeschwindigkeit oder andere Unregelmäßigkeiten gestört wird.
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Die Abbildungsvorrichtung 12 umfasst auch eine Filterauswahlanordnung 106 (Fig. 6). Es
wurde herausgefunden, dass der verwendete Filtertyp, beispielsweise Aluminium, Molybdän,
Rhodium, Silber, usw., in Kombination mit anderen Betriebsparametern der
Abbildungsvorrichtung 12 basierend auf speziellen Abbildungsbedingungen ausgewählt werden
kann, um das resultierende Bild zu optimieren. Im speziellen können verschiedene Filter
basierend auf Unterschieden in der Brustdicke und Zusammensetzung oder Dichte von
einem Fall zum anderen vorgezogen werden. Die Anordnung 106 zur Filterauswahl
berücksichtigt damit automatische Filterauswahl basierend auf speziellen Abbildungsbedingungen.
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In der dargestellten Ausführungsform wird die Anordnung 106 zur Filterauswahl verwendet
in Verbindung mit den Kollimatorplatten 60. Die Anordnung 106 umfasst eine Plattform
108, die eine Anzahl von Filtern 110 trägt. Prinzipiell kann jede sinnvolle Anzahl von
Filtern 110 bereitgestellt werden. Die gezeigte Ausführungsform, von der vermutet wird, dass
sie eine ausreichende Filterflexibilität für einen breiten Umfang von Anwendungen
berücksichtigt, stellt drei Filter 110 bereit (oder Filterkombinationen wie unten beschrieben). Die
Plattform 108 wird an die Kollimatorplatten 60 durch symmetrisch angeordnete
Einzelblattfedern 112 montiert, die eine Bewegung der Plattform 108 relativ zum Signal 58
berücksichtigen, so dass jeder Filter 110 im Signalpfad positioniert werden kann.
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Das Positionieren der Plattform 108 wird durch ein Paar von Solenoiden 114 betätigt. Der
Kolben 116 eines jeden Solenoids 114 ist mit einer Hebelplatte 118 über einen Arm 120
verbunden. Die Hebelplatten 118, die drehbar an Stifte 122 montiert sind, tragen Zapfen 124
in der Nähe eines ihrer innen gelegenen äußeren Enden, die in Schlitzen 126 aufgenommen
sind, die an der Unterseite der Plattform 108 ausgebildet sind. Wenn einer der Solenoide
114 mit Energie versorgt wird, werden sein Kolben 116 und der Arm 120, der mit ihm
verbunden ist, hineingezogen und verursachen eine Drehung der Hebeplatte 118, wodurch die
Plattform 108 bewegt wird, so dass ein anderer Filter 110 im Pfad des Signals 58
positioniert wird. Die Positionen der Plattform entsprechend den Bedingungen, wenn der linke
Solenoid mit Energie versorgt wird, der rechte Solenoid mit Energie versorgt wird oder
keiner der beiden Solenoide mit Energie versorgt wird, berücksichtigen die Auswahl zwischen
drei verschiedenen Filtern 110.
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Die Solenoide 114 werden durch ein Signal von der Steuerung 116, im allgemeinen durch
den Pfeil 128 in Fig. 1 bezeichnet, angetrieben. In diesem Zusammenhang kann der Benutzer
die Auswahl eines gewünschten Filters durch Eingabe eines geeigneten Befehls, im
allgemeinen bezeichnet durch Pfeil 130 in Fig. 1, an die Steuerung 16 über eine
Benutzerschnittstelle 14, zum Beispiel "SELECT FILTER 1" anweisen. Alternativ dazu kann die
Steuerung 16 die Auswahl eines geeigneten Filters 110 basierend auf einer Rückkopplung,
die auf die Dicke und Zusammensetzung oder Dichte der Brust schließen lässt, anweisen. In
der gezeigten Ausführungsform empfängt die Steuerung 16 eine Rückmeldung von der
Komprimierungsanordnung 32, wie im allgemeinen durch Pfeil 132 in Fig. 1 angezeigt.
Diese Rückmeldung kann über ein elektrisches Signal von einem Encoder, Potentiometer
oder ähnlichem, eingebaut den Antriebsmechanismus der Komprimierungsanordnung 32
zum Anzeigen der Position der bewegbaren Kompressionsplatte 50, bereitgestellt werden.
Zusätzlich kann eine Rückmeldung im Hinblick auf den Kompressionsdruck mittels eines
Drucksensors, eines Belastungsmessgeräts oder ähnlichem, verbunden mit der
Kompressionsplatte 50, zum Bereitstellen einer Angabe der Brustdicke und Dichte oder
Zusammensetzung, bereitgestellt werden.
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Eine weitere Angabe der Brustdicke und Dichte oder Zusammensetzung kann mittels einer
Testaufnahme erhalten werden. Speziell kann eine solche Testaufnahme wie folgt
durchgeführt werden. Nachdem die Patientin positioniert und komprimiert ist, wird der Empfänger
30 im Zentrum des Abbildungsbereichs positioniert und eine sehr kurze Aufnahme (z. B.
0,1 Sekunden) wird unter Verwendung eines Standardfilters und von
Standardbetriebsparametern gemacht. Die erfassten Daten in diesem Modus, z. B. ein Histogramm der
Strahlungsintensitäten, zusammen mit der Rückmeldung der Komprimierungsanordnung wie
oben beschrieben, wird dann durch die Steuerung 16 analysiert, wenn der Empfänger 30 auf
eine Seite der Brust gefahren wird, um einen Scan-Vorgang zu beginnen (diese Analyse
kann in weniger als ungefähr einer Sekunde abgeschlossen werden). Eine
Nachschlagetabelle von Intensitäten, generiert mit Testobjekten verschiedener Dicken und Eigenschaften der
Strahlenhärte, gespeichert durch die Steuerung 16, kann benutzt werden in Verbindung mit
der Belichtung und der Rückmeldung 132 der Komprimierungsanordnung, um die Dicke
und die Zusammensetzung oder Dichte der zu untersuchenden Brust einzuschätzen. Diese
Information wiederum kann durch die Steuerung benutzt werden, um eine Auswahl eines
geeigneten Filters 110 anzuweisen.
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Rückgemeldete Informationen können auch dazu benutzt werden, um unverzüglich die
Betriebsparameter der Quelle für das Abbildungssignal zu optimieren. Beispielsweise ist wohl
bekannt, dass radiographisch dichtes Brustgewebe eine höhere Exposition für eine optimale
Abbildung erfordert. Eine solche höhere Exposition kann während eines Scans durch
Anwendung eines größeren Photonenflusses erreicht werden, z. B. durch Erhöhen der
Ausgangsspannung der Quelle, während ein ausreichender Quellenstrom beibehalten wird. Im
Betrieb würde ein radiographisch dichter Brustbereich, sowie ein Bereich von
Drüsengewebe, durch verringerte Intensitäten, wie vom Empfänger 30 gemessen, angezeigt werden.
Durch Überwachen solcher Intensitäten während eines Scans und durch Einsatz der
Steuerung 16 wie oben beschrieben, um die Betriebsparameter der Quelle zu beeinflussen,
können die Betriebsparameter fortwährend über den Verlauf eines Scans hinweg optimiert
werden.
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Mit Bezug auf Fig. 7 ist eine Ansicht der Anordnung 106 zur Filterauswahl von oben
gezeigt. Wie vorher bemerkt, ist die Plattform 108 bewegbar, so dass verschiedene Filter 110
im Pfad des Abbildungssignals in Abhängigkeit von speziellen Bedingungen positioniert
werden können. Es ist auch möglich, gemäß der vorliegenden Erfindung mehr als einen
Filter zu positionieren, oder einen einzelnen Filter, zusammengesetzt aus zwei verschiedenen
Materialien, in den Pfad des Abbildungssignals zu bringen, so dass die Filtereigenschaften
getrennt für unterschiedliche Teile des interessierenden Bereichs während eines einzelnen
Scans optimiert werden können. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise
normalerweise der drüsenrückseitige Bereich (hinterer Teil der Brust) aus Fettgewebe zusammengesetzt,
wogegen der vordere Teil dazu neigt, faserig und drüsenartig zu sein. Entsprechend kann die
Bildqualität gemäss der vorliegenden Erfindung durch Positionieren unterschiedlicher Filter
im Pfad der hinteren und vorderen Teile des Abbildungssignals verbessert werden. Wie
gezeigt, trägt die Plattform 108 der Anordnung 106 Filterpaare 110a und 110b, wobei die
Schnittstelle der Filterpaare 110a und 110b im allgemeinen mit dem Brennfleck 102 der
Quelle abgeglichen ist.
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Zusammenfassend wird ein digitales Scan-Bildgebungsverfahren durch Positionieren der
Patientin und Betreiben der Komprimierungsanordnung 32 zum Einbringen der Brust 18 der
Patientin eingeführt. Der Benutzer kann die Steuerung 16 anweisen, einen geeigneten Filter
110 für das Abbildungsverfahren auszuwählen. Alternativ kann die Steuerung 16 die
Auswahl eines geeigneten Filters 110 basierend auf Belichtung und/oder Rückmeldung der
Komprimierungsanordnung 132 anweisen. Ein Scannen von Seite zu Seite der Brust 18 der
Patientin wird dann durchgeführt. Beim Abschluss des Scan-Vorgangs benutzt die
Steuerung 16 die Bildinformation 59, die sie scheibenweise zusammen mit der bekannten
Empfängerposition, verbunden mit jeder dieser Scheiben erhalten hat, um ein
zusammengesetztes Bild von der Brust 18 der Patientin aufzubauen, das zum Monitor 20, wie allgemein
durch Pfeil 134 angezeigt, übertragen wird.