DE102006031374A1

DE102006031374A1 - System und Verfahren zur Bildgebung unter Verwendung verteilter Röntgenquellen

Info

Publication number: DE102006031374A1
Application number: DE102006031374A
Authority: DE
Inventors: Peter Michael Edic; Bernhard Erich Herrmann Claus; Jeffrey Wayne Eberhard; James Vradenburg Miller; David Allen Langan; Mark Ernest Vermilyea; Joseph John Manak Jr.; Christopher David Brookfield Unger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2007-02-22
Also published as: JP2007014761A; US20070009088A1

Abstract

Es ist ein Röntgenbildgebungssystem (10) geschaffen. Das Röntgenbildgebungssystem (10) enthält eine verteilte Röntgenquelle (48) und eine Detektor (20). Die verteilte Röntgenquelle (48) ist konfiguriert, um Röntgenstrahlen (56) von mehreren Emmissionspunkten (74) aus zu emittieren, die als ein im Wesentlichen lineares Segment (72), ein im Wesentlichen bogenförmiges Segment (78), ein krummliniges Segment (80) oder eine im Wesentlichen nicht ebene Fläche (86) angeordnet sind, während der Detektor (20) konfiguriert ist, um mehrere Signale in Abhängigkeit von Röntgenstrahlen zu erzeugen, die auf den Detektor (20) auftreffen (18).

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der nichtinvasiven Bildgebung, einschließlich medizinischer Bildgebung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Geometrien und Konfigurationen für verteilte Röntgenquellen und -detektoren, die in unterschiedlichen Bildgebungsmodalitäten nützlich sind.
Röntgenbildgebungssysteme werden für verschiedene Anwendungen sowohl auf dem medizinischen Gebiet als auch auf nichtmedizinischen Gebieten eingesetzt. Beispielsweise umfassen medizinische Röntgenbildgebungssysteme allgemeine radiologische, Mammographie-, Röntgen-C-Arm-, Tomosynthese- und Computertomographiebildgebungssysteme. Diese verschiedenen Bildgebungssysteme mit ihren jeweils unterschiedlichen topologischen Eigenschaften, werden dazu verwendet, Bilder oder Ansichten eines Patienten auf der Basis der Abschwächung von durch den Patienten hindurchtretenden Röntgenstrahlen zu erzeugen. Basierend auf der Abschwächung der Röntgenstrahlen, der Topologie des Bildgebungssystems und der Art und Menge erfasster Daten können unterschiedliche Ansichten, einschließlich Ansichten, die eine Bewegung, Kontrastverstärkung, Volumenrekonstruktionen, zweidimensionale Bilder und dergleichen veranschaulichen, konstruiert werden. Alternativ können Röntgenbildgebungssysteme auch für nichtmedizinische Anwendungen, beispielsweise bei der industriellen Qualitätskontrolle oder der Sicherheitsüber prüfung des Reisegepäcks, von Paketen und/oder des Frachtguts, verwendet werden. In derartigen Anwendungen können akquirierte Daten und/oder erzeugte Bilder, die Schichten oder Volumina repräsentieren, verwendet werden, um Objekte, Formen oder Unregelmäßigkeiten zu detektieren, die ansonsten bei einer beiläufigen oder zufälligen Sichtprüfung verborgen bleiben und die für die Prüfperson von Interesse sind.
Gewöhnlich verwenden sowohl medizinische als auch nichtmedizinische Röntgenbildgebungssysteme eine Röntgenröhre zur Erzeugung der Röntgenstrahlen, die in dem Bildgebungsprozess eingesetzt werden. Insbesondere werden gewöhnlich herkömmliche einzelne Röntgenröhren mit rotierender Anode, die etwas schwer sind und mit Energie versorgt sowie gekühlt werden müssen, in Röntgen basierten Bildgebungssystemen als eine Röntgenstrahlenquelle verwendet. Die Größe und das Gewicht derartiger Röntgenröhren können jedoch in verschiedenen Röntgenbildgebungstopologien verhältnismäßig unerwünscht sein. Beispielsweise kann es in Bildgebungstopologien, in denen Bilddaten unter unterschiedlichen Ansichtswinkeln in Bezug auf das abgebildete Volumen akquiriert werden, erforderlich sein, die Röntgenröhre in unterschiedliche Ansichtswinkelpositionen relativ zu dem Objekt oder Patienten zu überführen. Die Größe und das Gewicht der Röntgenröhre bestimmt offensichtlich unmittelbar die Komplexität der zur Bewegung der Röhre verwendeten Einrichtung, insbesondere wenn eine sanfte und/oder schnelle Bewegung erwünscht ist. Insbesondere in Topologien, in denen der Detektor zusammen mit der Röntgenröhre bewegt wird, kann die Komplexität des Bildgebungssystems weiter erhöht sein.
Sogar in Systemen, in denen die Röntgenröhre allgemein stationär ist, können die Energieversorgungs- und Kühlanforderungen der Röntgenröhre zu einem komplizierteren Systemaufbau führen als er ansonsten erwünscht ist. Insbesondere in bestimmten medizinischen Bildgebungsanwendungen können die notwendigen Systemkonfigurationen Ängstlichkeiten bei dem Patienten und Unannehmlichkeiten für diesen hervorrufen.

Es ist deshalb erwünscht, verbesserte Bildgebungssysteme, Topologien und Verfahren zu schaffen, die kompaktere und/oder leichtere Röntgenquellen umfassen bzw. einbeziehen, die Rotations- oder Translationslasten leichter machen oder sogar den Bedarf nach einer Rotation oder Translation von Systemkomponenten im Ganzen beseitigen. Kurz gesagt, ist es erwünscht, ein effizientes Bildgebungssystem zu schaffen, das unter Reduktion der mechanischen, elektrischen, thermischen und sonstigen Probleme, die mit einer Rotation oder Translation einer Quelle und/oder eines Detektors verbunden sind, hoch qualitative Bilder erzeugen kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Kurz gesagt, ist gemäß einem Aspekt der Technik ein Röntgenbildgebungssystem geschaffen. Das Röntgenbildgebungssystem enthält eine verteilte Röntgenquelle und einen Detektor. Die verteilte Röntgenquelle ist konfiguriert, um Röntgenstrahlen von mehreren Emissionspunkten auszusenden, die in Form eines im Wesentlichen linearen Segmentes, eines im Wesentlichen bogenförmigen Segmentes oder eines krummlinigen Segmentes angeordnet sind, und der Detektor ist dazu konfiguriert, mehrere Signale in Abhängigkeit von auf den Detektor einfallenden Röntgenstrahlen zu erzeugen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Technik ist ein Röntgenbildgebungssystem geschaffen. Das Röntgenbildgebungssystem enthält eine verteilte Röntgenquelle und einen Detektor. Die verteilte Röntgenquelle ist dazu konfiguriert, Röntgenstrahlen von mehreren Emissionspunkten aus zu emittieren, die in Form einer im Wesentlichen nicht ebenen Fläche angeordnet ist, wobei der Detektor dazu konfiguriert ist, mehrere Signale in Abhängigkeit von auf den Detektor auftreffenden Röntgenstrahlen zu erzeugen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Technik ist ein Verfahren zur Akquisition von Röntgenbilddaten geschaffen. Das Verfahren sieht vor, dass Röntgenstrahlen von einer verteilten Röntgenquelle ausgesandt werden, die mehrere Emissionspunkte aufweist, die in Form eines im Wesentlichen linearen Segmentes, eines im Wesentlichen bogenförmigen Segmentes oder eines krummlinigen Segmentes angeordnet sind. Das Verfahren sieht ferner eine Erzeugung mehrerer Signale in Abhängigkeit von auf einen Detektor einfallenden Röntgenstrahlen und eine Verarbeitung der mehreren Signale vor, um wenigstens ein Bild zu erzeugen. Durch die vorliegende Technik können Systeme und Computerprogramme geschaffen werden, die eine Funktionalität der durch dieses Verfahren definierten Art ermöglichen bzw. hervorbringen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Technik ist ein Verfahren zur Akquisition von Röntgenbilddaten geschaffen. Das Verfahren sieht vor, dass Röntgenstrahlen von einer verteilten Röntgenquelle emittiert werden, die mehrere Emissionspunkte aufweist, die in Form einer im Wesentli chen nicht ebenen Fläche angeordnet sind. Das Verfahren sieht ferner eine Erzeugung mehrerer Signale in Abhängigkeit von auf einen Detektor einfallenden Röntgenstrahlen und eine Verarbeitung der mehreren Signale zur Erzeugung wenigstens eines Bildes vor. Systeme und Computerprogramme, die eine Funktionalität der durch dieses Verfahren definierten Art ermöglichen bzw. hervorbringen, können durch die vorliegende Technik geschaffen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich besser, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen über die Zeichnungen hinweg gleiche Teile bezeichnen.
1 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Bildgebungssystems, das eine oder mehrere verteilte Quellen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technik verwendet;
2 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften verteilten Quelle zur Verwendung in dem Bildgebungssystem nach 1;
3 veranschaulicht einen Abschnitt eines Detektors zur Verwendung in dem Bildgebungssystem nach 1;
4 zeigt eine schematisierte graphische Darstellung einer ersten beispielhaften Bildgebungssystemkonfiguration, die eine vertikal linear verteilte Quelle und einen Detektor enthält;
5 zeigt eine schematisierte graphische Darstellung einer weiteren Konfiguration, die eine horizontal linear verteilte Quelle und einen Detektor enthält;
6 zeigt eine schematisierte Darstellung einer weiteren Konfiguration mit einem Paar willkürlich angeordneter linear verteilter Quellen und einem Detektor;
7 zeigt eine schematisierte Darstellung einer weiteren Konfiguration, die mehrere linear verteilte Quellen enthält, die in Form einer Fläche in Bezug auf die Ebene des Detektors angeordnet sind;
8 zeigt eine schematisierte Darstellung einer weiteren Konfiguration mit einer bogenförmigen verteilten Quelle und einem Detektor;
9 zeigt eine schematisierte Darstellung einer weiteren Konfiguration mit einer bogenförmigen verteilten Quelle und einer linearen verteilten Quelle;
10 zeigt eine schematisierte graphische Darstellung einer weiteren Konfiguration, die eine krummlinige verteilte Quelle und einen Detektor enthält;
11 zeigt eine schematisierte Darstellung einer weiteren Konfiguration mit einer planaren verteilten Quelle und einem Detektor;
12 zeigt eine schematisierte Darstellung einer weiteren Konfiguration mit einer zylindrischen verteilten Quelle und einem Detektor; und
13 zeigt eine schematisierte Darstellung einer weiteren Konfiguration mit einer gekrümmten, in einer Richtung geraden (curviplanar, krumm-planar) verteilten Quelle und einem Detektor.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegenden Techniken und Konfigurationen sind allgemein auf Röntgenbildgebung unter Verwendung verteilter Röntgenquellen gerichtet. Derartige Bildgebungstechniken und -konfigurationen können im Zusammenhang mit vielfältigen Bildgebungsarten, beispielsweise einer medizinischen Bildgebung, industriellen Prüfsystemen, der Röntgenradiographie, zerstörungsfreien Prüfung, Schwermetallanalyse, Sicherheitsüberprüfung und Gepäcküberprüfung und dergleichen, nützlich sein. Obwohl die vorliegende Beschreibung Beispiele in einem medizinischen Bildgebungskontext liefert, ist es für einen Fachmann ohne weiteres verständlich, dass die Anwendung dieser Techniken und Konfigurationen in anderen Zusammenhängen, wie beispielsweise für eine industrielle Bildgebung, Sicherheitsüberprüfung und/oder Gepäck- oder Paketüberprüfung, von dem Rahmen der vorliegenden Techniken umfasst ist.
Bezugnehmend nun auf 1 ist ein Bildgebungssystem zur Verwendung gemäß der vorliegenden Technik veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Bildgebungssystem 10 eine Strahlungsquelle 12, beispielsweise eine Röntgenquelle. In den hier beschriebenen Ausführungsformen ist die Röntgenquelle eine verteilte Röntgenquelle, die zwei oder mehrere diskrete, d.h. voneinander getrennte, Emissionspunkte umfasst. Ein (nicht veranschaulichter) Kollimator kann benachbart zu der Röntgenquelle 12 positioniert sein. Der Kollimator kann einen Kollimationsbereich, beispielsweise Blei- oder Wolframblenden, für jeden Emissionspunkt der Quelle 12 umfassen. Der Kollimator legt gewöhnlich die Größe und Gestalt des einen oder der mehreren Ströme einer Strahlung 14, die in einen Bereich eindringen, in dem ein Objekt, beispielsweise ein menschlicher Patient 16, positioniert ist. Ein nicht abgeschwächter Teil der Strahlung 18 passiert das Objekt, das die Abschwächung erzielt, und trifft auf ein Detektorarray auf, das allgemein mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet ist. Es sollte erwähnt werden, dass Teile des Röntgenstrahls 14 über den Rand des Patienten 16 hinaus ragen und auf den Detektor 20 einfallen können, ohne durch den Patienten 16 abgeschwächt worden zu sein.
Der Detektor 20 ist im Wesentlichen aus mehreren Detektorelementen ausgebildet, die die Röntgenstrahlen 18 erfassen, die durch das Objekt hindurch treten oder an diesem vorbeiziehen. Beispielsweise kann der Detektor 20 mehrere Reihen und/oder Spalten von Detektorelementen enthalten, die in Form eines Arrays angeordnet sind. Jedes Detektorelement erzeugt bei einer Einwirkung durch einen Röntgenfluss ein elektrisches Signal, das die integrierte Energie des Röntgenstrahls an der Stelle des Elementes zwischen aufeinander folgenden Signalauslesungen des Detektors 20 kennzeichnet. Gewöhnlich werden Signale in einer oder mehreren Ansichtswinkelpositionen um das interessierende Objekt herum akquiriert, so dass mehrere Durchstrahlungsansichten erfasst werden können. Diese Signale werden akquiriert und verarbeitet, um eine Abbildung der Merkmale innerhalb des Objektes zu rekonstruieren, wie dies nachstehend beschrieben ist.
Die Röntgenquelle 12 ist durch eine Systemsteuerungseinrichtung 22 gesteuert, die Leistungs-, Brennflecklage-, Steuerungssignale usw. für Bildgebungssequenzen liefert. Außerdem ist der Detektor 20 mit der Systemsteuerungseinrichtung 22 gekoppelt, die eine Akquisition der in dem De tektor 20 erzeugten Signale anweist. Die Systemsteuerungseinrichtung 22 kann ferner verschiedene Signalverarbeitungs- und Filterungsfunktionen, beispielsweise eine anfängliche Einstellung von Dynamikbereichen, ein Interleaving (eine Verschachtelung) digitaler Bilddaten und dergleichen, ausführen. Im Allgemeinen weist die Systemsteuerungseinrichtung 22 einen Betrieb des Bildgebungssystems 10 an, um Untersuchungsprotokolle auszuführen und akquirierte Daten zu verarbeiten. Im vorliegenden Zusammenhang kann die Systemsteuerungseinrichtung 22 ferner eine Signalverarbeitungsschaltung, die gewöhnlich auf einem Allzweck- oder anwendungsspezifischen digitalen Computer oder Rechner basiert, und eine zugehörige Speicherschaltung enthalten. Die zugehörige Speicherschaltung kann Programme und Routinen, die durch den Computer bzw. Rechner ausgeführt werden, Konfigurationsparameter, Bilddaten und dergleichen speichern. Beispielsweise kann die zugehörige Speicherschaltung Programme oder Routinen zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens speichern.
In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform kann die Systemsteuerung 22 die Bewegung eines Bewegungssubsystems 24 über eine Motorsteuerungseinrichtung 26 steuern. In dem dargestellten Bildgebungssystem 10 kann das Bewegungssubsystem 24 die Röntgenquelle 12, den Kollimator 14 und/oder den Detektor 20 in einer oder mehreren Richtungen in Bezug auf den Patienten 16 im Raum bewegen. Es sollte erwähnt werden, dass das Bewegungssubsystem 24 eine Tragstruktur, beispielsweise einen C-Arm oder einen sonstigen bewegbaren Arm, enthalten kann, an der die Quelle 12 und/oder der Detektor 20 angeordnet sein kann. Das Bewegungssubsystem 24 kann ferner ermöglichen, dass der Patient 16 oder, genauer gesagt, ein Patiententisch in Bezug auf die Quelle 12 und den Detektor 20 verschoben bzw. verlagert wird, um Bilder bestimmter Bereiche des Patienten 16 zu erzeugen.
Wie für einen Fachmann ohne weiteres verständlich, kann die Strahlungsquelle 12 durch eine Strahlungssteuerungseinrichtung 28 gesteuert sein, die in der Systemsteuerungseinrichtung 22 angeordnet ist. Die Strahlungssteuerung 28 kann konfiguriert sein, um Leistungs- und Zeitablaufsignale für die Strahlungsquelle 12 zu liefern. Zusätzlich kann die Strahlungssteuerungseinrichtung 28 konfiguriert sein, um eine Brennfleckstelle, d.h. eine Emissionspunktaktivierung, zu schaffen, wenn die Quelle 12 durch eine verteilte Quelle gebildet ist, die diskrete Elektronenquellen oder -sender aufweist. Wie nachstehend beschrieben, umfassen geeignete Elektronenquellen einen Wolfram-Faden, eine Wolfram-Platte, eine Feldemitter-Kathode, eine thermische Feldemitter-Kathode, eine Vorratskathode, eine Glühkathode, eine Fotoemissionsquelle und eine ferroelektrische Kathode.
Ferner kann die Systemsteuerungseinrichtung 22 eine Datenakquisitionsschaltung 30 aufweisen. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist der Detektor 20 mit der Systemsteuerungseinrichtung 22 und insbesondere mit der Datenakquisitionsschaltung 30 der Detektor 20 verbunden. Die Datenakquisitionsschaltung 30 empfängt Daten, die durch die Ausleseelektronik des Detektors 20 gesammelt werden. Insbesondere empfängt die Datenakquisitionsschaltung 30 gewöhnlich abgetastete analoge Signale von dem Detektor 20 und wandelt die Daten in digitale Signale für eine nachfolgende Verarbeitung durch eine Bildrekonstruktionseinrichtung 32 und/oder einen Computer bzw. Rechner 34 um.
Der Computer bzw. Rechner 34 ist gewöhnlich mit der Systemsteuerungseinrichtung 22 gekoppelt. Die durch die Datenakquisitionsschaltung 30 erfassten Daten können zu der Bildrekonstruktionseinrichtung 32 und/oder dem Computer 34 für eine nachfolgende Verarbeitung und Rekonstruktion übermittelt werden. Beispielsweise können die von dem Detektor 20 gewonnen Daten an der Datenakquisitionsschaltung 30, der Bildrekonstruktionseinrichtung 32 und/oder dem Computer 34 einer Vorverarbeitung und Kalibrierung unterzogen werden, um die Daten derart aufzubereiten, dass sie die Linienintegrale der Abschwächungskoeffizienten der gescannten Objekte repräsentieren. Die verarbeiteten Daten können anschließend neu geordnet, gefiltert und rückprojiziert werden, um ein Bild des gescannten Bereiches zu entwerfen. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein typischer gefilterter Rückprojektions-Rekonstruktionsalgorithmus beschrieben ist, sollte erwähnt werden, dass ein beliebiger geeigneter Rekonstruktionsalgorithmus verwendet werden kann, wozu auch statistische Rekonstruktionsmethoden gehören. Nach den Rekonstruktion gibt das durch das Bildgebungssystem 10 erzeugte Bild einen interessierenden inneren Bereich des Patienten 16 wieder, was für Diagnose, Auswertung und dergleichen verwendet werden kann.
Der Computer 34 kann einen Speicher 36 aufweisen oder mit einem Speicher 36 kommunizieren, der durch den Computer 34 verarbeitete Daten oder durch den Computer 34 zu verarbeitende Daten speichern kann. Es sollte verständlich sein, dass eine beliebige Art einer von einem Computer verwendbaren Speichervorrichtung, die in der Lage ist, die gewünschte Menge an Daten und/oder Code zu speichern, durch ein derartiges beispielhaftes System 10 verwendet werden kann. Darüber hinaus kann der Speicher 36 eine oder mehrere Spei chervorrichtungen, wie beispielsweise magnetische oder optische Vorrichtungen, ähnlicher oder anderer Bauarten aufweisen, die in Bezug auf das System 10 lokal und/oder entfernt angeordnet sein können. Der Speicher 36 kann Daten, Verarbeitungsparameter und/oder Computerprogramme speichern, die eine oder mehrere Routinen zur Ausführung der hier beschriebenen Prozesse aufweisen. Ferner kann der Speicher 36 unmittelbar mit der Systemsteuerungseinrichtung 22 gekoppelt sein (nicht veranschaulicht), um die Speicherung akquirierter Daten zu erleichtern.
Der Computer 34 kann ferner dazu eingerichtet sein, durch die Systemsteuerung 22 ermöglichte Funktionen, d.h. Scannoperationen und Datenakquisition, zu steuern. Weiterhin kann der Computer 34 konfiguriert sein, um Befehle und Scannparameter von einem Bediener über eine Bedienerworkstation 38 zu empfangen, die mit einer Tastatur und/oder sonstigen Eingabevorrichtungen ausgestattet sein kann. Ein Bediener kann dadurch das System 10 über die Bedienerworkstation 38 steuern. Somit kann der Bediener das rekonstruierte Bild und weitere für das System relevante Daten von der Bedienerworkstation 38 aus beobachten, eine Bilderzeugung initiieren und so weiter.
Eine mit der Bedienerworkstation 38 gekoppelte Anzeige oder ein Display 40 kann dazu verwendet werden, das rekonstruierte Bild zu beobachten. Zusätzlich kann das gescannte Bild mittels eines Druckers 42 ausgedruckt werden, der mit der Bedienerworkstation 38 gekoppelt ist. Die Anzeige 40 und der Drucker 42 können auch mit dem Computer 34 entweder unmittelbar oder über die Bedienerworkstation 38 verbunden sein. Ferner kann die Bedienerworkstation 38 auch mit einem Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem (PACS, Picture Archiving and Communications System) 44 gekoppelt sein. Es sollte erwähnt werden, dass das PACS 44 mit einem entfernt befindlichen System 46, beispielsweise einem Röntgenabteilungs-Informationssystem (RDIS, Radiology Department Information System), einem Krankenhausinformationssystem (HIS, Hospital Information System) oder mit einem inneren oder äußeren Netzwerk gekoppelt sein kann, so dass andere Personen an unterschiedlichen Orten Zugriff auf die Bilddaten erhalten können.
Eine oder mehrere Bedienerworkstations 38 können in dem System miteinander verbunden bzw. verlinkt sein, um Systemparameter auszugeben, Untersuchungen anzufordern, Bilder anzuzeigen und so weiter. Im Allgemeinen können Anzeigen, Drucker, Workstations und ähnliche Vorrichtungen, die innerhalb des Systems bereitgestellt werden, in Bezug auf die Datenakquisitionskomponenten lokal sein, oder sie können von diesen Komponenten entfernt, beispielsweise irgendwo in einer Institution oder einem Krankenhaus oder an einem vollkommen anderen Ort angeordnet sein, der mit dem Bildakquisitionssystem über ein oder mehrere konfigurierbare Netzwerke, beispielsweise das Internet, über virtuelle private Netzwerke und dergleichen, verbunden sein kann.
Das vorstehend beschriebene Bildgebungssystem 10 kann auf vielfältige Weise konfiguriert sein, um die räumliche und zeitliche Auflösung zu verbessern, die Bildqualität zu verbessern und/oder die Reichweite oder Abdeckung in Längsrichtung zu verbessern. In der Tat können unterschiedliche Konfigurationen aus Quelle 12 und Detektor 22 realisiert werden, die einen oder mehrere dieser Parameter verbessern. Wie hier beschrieben, kann beispielsweise eine verteilte Quelle 12 eingesetzt werden, die mehrere Emis sionspunkte verwendet. Eine Aktivierung der Emissionspunkte kann derart koordiniert sein, dass einer oder mehrere Emissionspunkte zu einem Zeitpunkt aktiv ist bzw. sind, indem beispielsweise ein abwechselndes Aktivierungsschema angewandt wird. Auf diese Weise kann jeder Emissionspunkt, wenn er aktiv ist, einige der oder all die Röntgenabschwächungsdaten ergeben, die erforderlich sind, um Bilder eines Objektes in einem gegebenen Sichtfeld zu erzeugen oder zu rekonstruieren. In Ausführungsformen, in denen lediglich eine Untermenge der Projektionsdaten, die dem Sichtfeld zugeordnet sind, in einem einzelnen Zeitpunkt akquiriert wird, kann die Ausdehnung des Detektors 20 in der Ebene reduziert werden. Der Detektor 20 kann Elemente unterschiedlicher Auflösung aufweisen, abhängig von der Anwendung und dem interessierenden Bereich in dem Bildvolumen. Beispielsweise können für eine Herzabbildung hoch auflösende Detektoren in einem Bereich verwendet werden, den das Herz abschattet, während für den verbleibenden Teil des Bildgebungsvolumens Detektoren mit reduzierter Auflösung eingesetzt werden können.
Das Bildgebungssystem 10 enthält eine oder mehrere bewegte oder stationäre verteilte Quellen sowie einen oder mehrere bewegte oder stationäre Detektoren zum Empfang einer Strahlung und zur Verarbeitung zugehöriger Signale, um Messdaten zu erzeugen. 2 veranschaulicht einen Teil oder Abschnitt einer beispielhaften verteilten Röntgenquelle 48 von der Art, die in dem Bildgebungssystem 10 verwendet werden kann. Wie in 2 veranschaulicht, kann die verteilte Röntgenquelle 48 in einer beispielhaften Realisierungsform eine Reihe adressierbarer Emissionsvorrichtungen 50 enthalten, die in einem Vakuumgehäuse untergebracht und mit der in 1 veranschaulichten Strahlungssteue rungseinrichtung 28 gekoppelt sind und die durch die Strahlungssteuerung 28 getriggert werden, um während eines Betriebs des Bildgebungssystems 10 Elektronenstrahlen zu emittieren. Die adressierbaren Emissionsvorrichtungen 50 sind in der Nähe eines Targets 52 positioniert und können bei einer Triggerung bzw. Auslösung durch die Strahlungssteuerungseinrichtung 28 Elektronenstrahlen 54 in Richtung auf das Target oder die Anode 52 aussenden. Das Target 52, das beispielsweise aus einer Schiene aus einem Material hoher Dichte ausgebildet sein kann, bewirkt eine Emission von durch das Bezugszeichen 56 angezeigten Strahlbündeln einer Röntgenstrahlung, die von dem Einfall der Elektronenstrahlen 54 herrühren. Das Material hoher Dichte kann beispielsweise Wolfram oder eine Wolframlegierung, Molybdän, Tantal oder Rhenium sein. Alternativ kann das Material hoher Dichte an zwei oder mehreren Stellen auf einer gemeinsamen Schiene aufgetragen sein, um mehrere Targets für die ankommenden Elektronenstrahlen zu bilden. In einem Reflexionsmodus sollen Röntgenstrahlen hauptsächlich auf der gleichen Seite des Targets erzeugt werden, auf der auch die Elektronen auftreffen. In einem Transmissionsmodus werden Röntgenstrahlen auf der in Bezug auf den Einfall des Elektronenstrahls gegenüberliegenden, entgegengesetzten Seite des Targets erzeugt. Die Röntgenstrahlen 56 sind dann in Richtung auf einen Kollimator 58 gerichtet, der für die Röntgenstrahlung im Wesentlichen undurchlässig ist, jedoch Öffnungen oder Apperturen 60 enthält, die mehrere Emissionsstellen bilden. Die Apperturen 60 können hinsichtlich ihrer Dimension fest oder einstellbar sein. Die Apperturen 60 ermöglichen einem Teil der Röntgenstrahlen 56, durch den Kollimator hindurch zu dringen, um kollimierte bzw. gebündelte Strahlen 62 zu bilden, die auf das Bildgebungsvolumen, durch das interessierende Objekt hindurch gerichtet werden und die auf Detektorelemente auftreffen.
Es kann natürlich eine Vielzahl alternativer oder modifizierter Konfigurationen für die Sender oder verteilte Quellen in Betracht gezogen werden. Außerdem können unterschiedliche Röntgenstrahlerzeuger in der verteilten Quelle Röntgenstrahlen unterschiedlicher Arten und Gestalten emittieren. Zu diesen können beispielsweise fächerförmige Strahlen, konusförmige Strahlen sowie Strahlen mit unterschiedlichen Querschnittsgeometrien gehören. In ähnlicher Weise können die verschiedenen Komponenten, die die verteilte Röntgenquelle aufweisen, ebenfalls variieren. In einer Ausführungsform ist beispielsweise eine Kaltkathoden-Emissionseinrichtung vorgesehen, die in einem Vakuumgehäuse aufgenommen ist. Alternativ können die adressierbaren Emissionsvorrichtungen 50 durch eine von vielen verfügbaren Elektronenemissionsvorrichtungen, wie beispielsweise thermionische bzw. glühelektrische Emissionsvorrichtungen, Kohle basierte Emissionsvorrichtungen, Fotoemissionsvorrichtungen, ferroelektrische Emissionsvorrichtungen, Laserdioden, monolitische Halbleiter etc., gebildet sein. Dann ist in dem Gehäuse eine stationäre Anode angeordnet und von der einen oder den mehreren Elektronenemissionsvorrichtungen beabstandet. Diese Anordnungsart entspricht allgemein der schematisierten Darstellung nach 2. Es können auch andere Materialien, Konfigurationen und Betriebsprinzipien für die verteilte Quelle verwendet werden.
Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, basiert die vorliegende Technik auf der Verwendung mehrerer verteilter und adressierbarer Röntgenstrahlungsquellen. Außerdem können die verteilten Strahlungsquellen in einzelnen einheitlichen Anlagen oder Röhren oder in mehreren Röhren miteinander verknüpft sein, die gestaltet sind, um zusammenzuarbeiten. Einige der nachstehend beschriebenen Quellenkonfigurationen können aus im Wesentlichen linearen, im Wesentlichen bogenförmigen oder gekrümmten bzw. krummlinigen Segmentkonfigurationen bestehen. In ähnlicher Weise können andere interessierende Quellenkonfigurationen im Wesentlichen planare Konfigurationen oder im Wesentlichen nichtplanare Konfigurationen, wie beispielsweise im Wesentlichen zylindrische oder in einer Richtung kurvenförmige und in einer anderen Richtung gerade Oberflächenkonfigurationen umfassen. Die einzelnen Emissionspunkte in diesen verschiedenen Konfigurationen sind unabhängig und gesondert voneinander adressierbar, so dass eine Abstrahlung von jedem dieser Emissionspunkte aus zu unterschiedlichen Zeiten während einer Bildgebungssequenz in der durch ein Bildgebungsprotokoll definierten Weise ausgelöst werden kann. Wenn dies erwünscht ist, können mehr als ein einzelner derartiger Emissionspunkt gleichzeitig in einem beliebigen Zeitpunkt getriggert werden, oder die Emissionspunkte können in bestimmten Reihenfolgen, um eine zwei- oder dreidimensionale Bewegung, beispielsweise eine kreisförmige oder spiral- bzw. schraubenförmige Drehung oder lineare oder bogenförmige Translationsbewegungen, nachzuahmen, oder in einer beliebigen gewünschten Sequenz um das Bildgebungsvolumen oder die Bildgebungsebene herum getriggert werden.
Wie vorstehend erwähnt, bilden mehrere Detektorelemente einen oder mehrere Detektoren, die die durch die verteilte Quelle oder die verteilten Quellen emittierte Strahlung empfangen. 3 veranschaulicht einen Teil eines derartigen Detektors, der für die vorliegenden Zwecke verwendet werden kann. Jeder Detektor kann Detektorelemente mit unterschiedlicher Auflösung aufweisen, um einer bestimmten Bildgebungsanwendung zu genügen. Bestimmte Konfigurationen für den Detektor oder die Detektoren sind nachstehend kurz zusammengefasst. Im Allgemeinen enthält jedoch der Detektor 64 eine Reihe von Detektorelementen 66 und zugehörigen Signalverarbeitungseinheiten 68. Diese Detektorelemente können eine einzige Größe, zwei oder mehrere Größen haben, was unterschiedliche räumliche Auflösungseigenschaften für unterschiedliche Abschnitte des Sichtfeldes zur Folge hat. Jedes Detektorelement 66 kann ein Array aus Fotodioden und zugehörigen Dünnfilmtransistoren enthalten. Beispielsweise wird in einer Ausführungsform eine auf die Detektoren einfallende Röntgenstrahlung durch einen Szintillator in energieärmere Photonen umgewandelt, und diese Photonen treffen auf die Fotodioden auf. Es wird somit eine über den Fotodioden aufrecht erhaltene Ladung entzogen bzw. aufgebraucht, wobei die Transistoren gesteuert werden können, um die Fotodioden wieder aufzuladen und somit den Entzug bzw. Aufbrauch der Ladung zu messen. Durch sequentielle Messung des Ladungsaufbrauchs bzw. der Ladungsverarmung in den verschiedenen Fotodioden, von denen jede einem Pixel in den für jede Akquisition erfassten Daten entspricht, werden Daten gewonnen, die indirekt eine Strahlungsabschwächung an jeder der Detektorpixelstellen codieren. Diese Daten werden durch die Signalverarbeitungseinheit 68 verarbeitet, die im Allgemeinen die analogen Aufbrauchs- bzw. Verarmungssignale in digitale Werte umwandeln, eine beliebige erforderliche Verarbeitung vornehmen und die akquirierten Daten zu der Verarbeitungsschaltung des Bildgebungssystems in der vorstehend beschriebenen Weise übermitteln.
Es kann eine große Anzahl von Detektorelementen 66 in dem Detektor vorhanden sein, so dass viele Reihen und Spal ten von Pixeln definiert werden. Wie nachstehend beschrieben, positionieren die Detektorkonfigurationen gemäß der vorliegenden Technik Detektorelemente über den unabhängig voneinander adressierbaren verteilten Röntgenquellen in einer derartigen Weise, um eine Datenerfassung von einer oder mehreren Ansichtswinkelpositionen für eine Bilderzeugung oder -rekonstruktion zu ermöglichen. Obwohl der Detektor anhand einer Szintillator basierten Energie intergrierenden Vorrichtung beschrieben ist, sind Direktumwandlungs-, Photonen zählende oder Energie diskriminierende Detektoren in gleicher Weise geeignet.
Wie für einen Fachmann ohne weiteres verständlich, können vielfältige Geometrien, Konfigurationen und Aktivierungsschemen verteilter Quellen gemäß der vorliegenden Technik in der Praxis genutzt werden, um einen schnellen und effizienten Betrieb des Bildgebungssystems zu erzielen, während Rotations- oder Translationslasten an dem Bildgebungssystem wesentlich reduziert oder beseitigt werden. Eine Anzahl beispielhafter Konfigurationen und Schemen für Detektoren und verteilte Quellen ist hier beschrieben und in den 4–13 veranschaulicht. Es ist jedoch zu verstehen, dass die aufgenommenen Beispiele den Rahmen und Schutzumfang der vorliegenden Technik nicht beschränken. Stattdessen kann die vorliegende Technik in einem weiten Sinne derart verstanden werden, dass sie beliebige Quellengeometrien und eine Konfiguration, die mehrere diskrete Emissionspunkte ermöglicht, sowie ein beliebiges Aktivierungsschema für derartige Emissionspunkte umfasst.
Wie in den 4 bis 6 dargestellt, können beispielsweise ein Detektor 70 sowie eine oder mehrere linear verteilte Quellen 72 verwendet werden, um Bilder des Objek tes in den verschiedenen dargestellten Konfigurationen zu akquirieren. Diese Konfigurationen können eine vertikal linear verteilte Quelle (4), eine horizontal linear verteilte Quelle (5), zwei oder mehrere parallele linear verteilte Quellen, zwei oder mehrere nicht parallele linear verteilte Quellen, die einander schneiden können oder auch nicht (6), oder zwei oder mehrere lineare verteilte Quellen, die einander unter einem willkürlichen Winkel schneiden, enthalten, sind jedoch nicht auf diese Konfigurationen beschränkt. Der Detektor 70 kann im Allgemeinen einen herkömmlichen Konstruktionsaufbau aufweisen, in einer ebenen, zylindrischen oder willkürlichen Topologie konfiguriert sein und mehrere Detektorelemente sowie zugehörige Schaltung der vorstehend beschriebenen Art enthalten. Die verteilten Quellen 72 können eine Reihe von Elektronenemissionsvorrichtungen bzw. Elektronenquellen enthalten, um Röntgenemissionspunkte 74 zu erzielen, die derart gestaltet sind, dass sie unabhängig voneinander und gesondert adressierbar sind, um auf eine Anforderung hin eine Röntgenstrahlung in der vorstehend beschriebenen Weise auszusenden. Sowohl der Detektor 70 als auch die Quellen 72 können im Betrieb entweder stationär sein oder sich in einem dreidimensionalen Raum bewegen, wie dies durch die Pfeile 76 angezeigt ist.
Ferner sollte erwähnt werden, dass eine oder mehrere der linearen verteilten Quellen 72 in einer Ebene liegen können, die in Bezug auf die Ebene der Detektoren 70 im Wesentlichen senkrecht oder in sonstiger Weise nichtparallel angeordnet sein, beispielsweise zu dem Detektor 70 oder von diesem weg winkelig verlaufen kann. In einer noch weiteren Ausführungsform können mehrere linear verteilte Quellen 72 derart verwendet werden, dass sie eine Fläche in Bezug auf die Ebene des Detektors 70 bilden, wie dies in 7 veranschaulicht ist. In ähnlicher Weise können mehrere linear verteilte Quellen 72 in vielfältigen weiteren zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen geometrischen Anordnungen verwendet werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Technik zu verlassen. Diese Konfigurationen können mehrere linear verteilte Quellen 72, die Kreuze, Quadrate, Rechtecke, Dreiecke, Sechsecke und dergleichen bilden, enthalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt. In ähnlicher Weise können auch komplexere dreidimensionale Anordnungen, z.B. Konen oder Pyramiden, durch geeignet angeordnete linear verteilte Quellen gebildet werden. Es sollte erwähnt werden, dass die Ausrichtungen dieser Konfigurationen willkürlich in Bezug auf die Ebene des Detektors 70 sein können. Die verteilten Quellen 72, die in derartigen geometrischen Anordnungen verwendet werden, können mehrere Elektronenemissionsvorrichtungen aufweisen, um Röntgenstrahlemissionspunkte 74 zu erzeugen, ähnlich den vorstehend beschriebenen Anordnungen, die unabhängig und gesondert voneinander adressierbar sind, um eine Emission einer Röntgenstrahlung in speziellen Reihenfolgen zu ermöglichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Detektoren 70 und die Quellen 72 während des Betriebs entweder ortsfest sein oder sich in einem dreidimensionalen Raum bewegen, wie dies durch die Pfeile 76 angezeigt ist.
In bestimmten Ausführungsformen können eine oder mehrere bogenförmige verteilte Quellen 78 und der Detektor 70 in vielfältigen Konfigurationen verwendet werden, um Bilder des Objektes zu akquirieren. Wie in 8 veranschaulicht, kann beispielsweise eine bogenförmige verteilte Quelle, die einen Bogen in einer zu der Ebene des Detektors im Wesentlichen senkrechten Ebene bildet, zur Abbildung des Objektes verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann die bogenförmige verteilte Quelle parallel zu der Ebene des Detektors oder unter einem willkürlichen Winkel in Bezug auf den Detektor verlaufen. In ähnlicher Weise können zwei oder mehrere bogenförmige (oder andere) verteilte Quellen verwendet werden, um verschiedene zweidimensionale und dreidimensionale geometrische Gestalten, wie beispielsweise Kreise, Ovale, Ellipsoide, gekrümmte Kreuzstrukturen und dergleichen, zu bilden. Ferner können mehrere bogenförmige verteilte Quellen 78 derart verwendet werden, dass sie einen Bogen, einen umgekehrten Bogen oder eine beliebige sonstige für die Bildgebungsanwendung geeignete Fläche relativ zu der Ebene des Detektors 70 bilden. Wie vorstehend beschrieben, kann die bogenförmige verteilte Quelle 78 mehrere unabhängig voneinander und gesondert adressierbare Emissionsvorrichtungen enthalten, um Röntgenstrahlemissionspunkte 74 zu erzeugen, so dass die Röntgenstrahlemissionen in speziellen Reihenfolgen herbeigeführt werden können. Die Detektoren 70 und die bogenförmigen Quellen 78 können während des Betriebs entweder stationär sein oder sich in einem dreidimensionalen Raum bewegen, wie dies durch die Pfeile 76 angezeigt ist. Um ein weiteres Beispiel anzugeben, können, wie in 9 veranschaulicht, eine oder mehrere lineare 72 und bogenförmige 78 verteilte Quellen in vielfältigen Konfigurationen verwendet werden, um Bilder des Objektes zu akquirieren. In ähnlicher Weise können unterschiedliche Kombinationen von bogenförmigen, linearen oder sonstigen Konfigurationen verteilter Quellen in der gewünschten Weise verknüpft werden, um die gewünschte Quellenkonfiguration zu erzielen.
Ferner können der Detektor 70 und eine oder mehrere verteilte Quellen, bei denen die Emissionspunkte 74 ein krummliniges Segment bilden, in vielfältigen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Konfigurationen zur Abbildung des Objektes verwendet werden. Diese Konfigurationen können variieren und können eine oder mehrere krummlinige Quellen 80 oder sonstige Quellen, wie sie hier beschrieben sind, in Anordnungen enthalten, die im Wesentlichen parallel zu der Detektorebene verlaufen oder nicht parallel zu dieser sein können. 10 veranschaulicht beispielsweise eine einzelne derartige krummlinige verteilte Quelle 80 gemeinsam mit dem Detektor 70. Hier können die Detektoren 70 und die krummlinigen verteilten Quellen 80 wieder während des Betriebs entweder stationär sein oder sich in einem dreidimensionalen Raum bewegen, wie dies durch die Pfeile 76 angezeigt ist.
Wie für einen Fachmann ohne weiteres verständlich, sind die obigen verteilten Quellenarten der Einfachheit wegen mit gleichen Quellenarten beschrieben und dargestellt. Jedoch können Kombinationen der hier beschriebenen verteilten Quellenkonfigurationen in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung realisiert sein. Beispielsweise können eine oder mehrere lineare verteilte Quellen 72 gemeinsam mit einer oder mehreren bogenförmigen verteilten Quellen 78 oder krummlinigen verteilten Quellen 80 in einer beliebigen der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen, die mehrere Quellen verwenden, konfiguriert sein. Im Allgemeinen können mehrfache verteilte Quellenausführungsformen, unabhängig davon, ob sie zu den hier beschriebenen oder sonstigen zählen, aus ähnlichen verteilten Quellenkonfigurationen oder Kombinationen verteilter Quellenkonfigurationen aufgebaut sein.
In bestimmten Ausführungsformen können eine oder mehrere verteilte planare Quellen 82 verwendet werden, bei denen die Röntgenemissionspunkte 74 eine zweidimensionale ebene Fläche bilden. Beispielsweise veranschaulicht 11 eine verteilte planare oder ebene Quelle 82, die parallel zu der Ebene des Detektors 70 verläuft, wobei die Quelle und der Detektor entweder stationär sein oder sich in einem dreidimensionalen Raum bewegen können, wie dies durch die Pfeile 76 angezeigt ist. Es sollte erwähnt werden, dass die verteilte ebene Quelle 82 in bestimmten Ausführungsformen in Bezug auf die Ebene des Detektors 70 geneigt oder schräg verlaufen kann. In ähnlicher Weise können in bestimmten Ausführungsformen eine oder mehrere verteilte Quellen verwendet werden, bei denen die Röntgenemissionspunkte 74 eine im Wesentlichen nicht planare bzw. nicht ebene Fläche bilden. Wie in 12 veranschaulicht, können in bestimmten Ausführungsformen beispielsweise eine oder mehrere verteilte Quellen 84 verwendet werden, wobei die Röntgenemissionspunkte 74 eine im Wesentlichen zylindrische Fläche bilden. Ferner können in bestimmten Ausführungsformen eine oder mehrere verteilte Quellen 86 verwendet werden, bei denen die Röntgenemissionspunkte 74 eine im Wesentlichen dreidimensionale Fläche oder eine in einer Richtung gerade und in anderer Richtung kurvenförmige (engl. curviplanar, „krummplanare") Fläche bilden, wie in 13 veranschaulicht. Es sollte erwähnt werden, dass in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Quelle und der Detektor entweder stationär sein oder sich in einem dreidimensionalen Raum bewegen können, wie dies durch die Pfeile 76 angezeigt ist. Wie vorstehend erwähnt, können außerdem verschiedene Kombinationen der planaren Fläche, nicht planaren Fläche (beispielsweise im Wesentlichen zylindrischen Fläche, im Wesentlichen dreidimensionalen Fläche oder in einer Richtung geraden Kurvenfläche), der linearen, bogenförmigen und krummlinigen verteilten Quellen zur Verwendung in den dargestellten Ausführungsformen oder in sonstigen Ausführungsformen gebildet werden.
Wie für einen Fachmann ohne weiteres verständlich, können in den Ausführungsformen, die mehrere verteilte Quellen verwenden, die verschiedenen verteilten Quellen ferner relativ zueinander bewegbar sein. Darüber hinaus sind Technologien bewegbarer oder ortsveränderlicher zweidimensionaler Detektoren und/oder mehrerer Detektorarrays zur Unterstützung bzw. Erleichterung der Datenakquisitionsprotokolle vorgesehen. Durch Verwendung verteilter Röntgenquellen, beispielsweise Quellen mit thermionischer Glühkathoden- oder Kaltkathoden-Feldemissionstechnologie, kann eine physikalische Bewegung der Quellenstelle und/oder -stellen reduziert, optimiert oder insgesamt vermieden werden. Die verteilte Quellentechnologie verbessert den Betrieb existierender Röntgenbildgebungssysteme für Röntgenmodalitäten, ermöglicht neue Anwendungen oder Prozeduren für mehrfache Bildgebungsmodalitäten, steigert die Bildqualität und verbessert den Patientendurchlauf.
Die verteilte Quellentechnologie kann die Betriebsweise existierender Bildgebungssysteme für Röntgenmodalitäten in unterschiedlicher Weise verbessern. Beispielsweise können die verschiedenen Geometrien, Konfigurationen und Aktivierungsschemen, wie sie in verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, in einer großen Vielfalt von Bildgebungssystemen, beispielsweise einem herkömmlichen Mammographiesystem, einem dreidimensionalen Mammographiesystem, einem Tomosynthesesystem, einem allgemeinen radiographischen Röntgensystem, einem Röntgen- C-Arm-System, einem dreidimensionalen Röntgen-C-Arm-System oder einem Computertomographiesystem, eingesetzt werden. Die flexiblen und/oder anpassbaren Konfigurationen, die in verschiedenen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert sind, ergeben einen verbesserten Patientenzugriff bzw. -zugang und reduzieren die gesamte Systemkomplexität.
In ähnlicher Weise kann die Technologie verteilter Quellen neue Anwendungen und/oder Prozeduren ermöglichen. Beispielsweise können die hier beschriebenen Konfigurationen und Verfahren in Verbindung mit einer planaren Bildgebung, einer axialen tomographischen Bildgebung (Tomosynthese und Computertomographie) sowie mit einer Spiral-Tomographiebildgebung (Tomosynthese und Computertomographie) verwendet werden. Die Bewegung einer oder mehrerer der verteilten Quellen, des Detektors und/oder des Patienten können derartige Bildgebungstechniken gemäß vielfältigen Ausführungsformen oder Aspekten der vorliegenden Technik ermöglichen. Ferner haben die in zahlreichen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläuterten Konfigurationen eine bessere Registrierung zwischen Untersuchungen und/oder mit einem „Atlas" durch Verwendung intrinsischer und/oder nicht intrinsischer Markierungsmittel zur Folge. Es können viele Bildgebungsprozeduren, wie beispielsweise diagnostische, Eingriffs- und/oder chirurgische Prozeduren, durch die Röntgentechnologien und das Bildgebungssystem durchgeführt werden, die durch die verschiedenen Geometrien, Konfigurationen und Aktivierungsschemata, wie sie in verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert sind, ermöglicht werden. Diese Schemata ermöglichen einfachere Quellen- und/oder Detektorkonfigurationen, die zu verbesserten und/oder neuen Akquisitionsprotokollen führen.
Außerdem kann die Technologie verteilter Quellen die Bildqualität auf verschiedene Weise verbessern. Zum Beispiel unterstützen Systemkonfigurationen, die die verteilte Quellentechnologie verwenden, wie sie hier beschrieben ist, eine Verbesserung der Bildqualität durch:
Verbesserung der mathematischen Vollständigkeit der gemessenen Daten für die Bildrekonstruktion (eine mathematische Vollständigkeit von Projektionsdaten bezieht sich auf die Fähigkeit, eine exakte Rekonstruktion des Bildgebungsvolumens, innerhalb von Abtastbeschränkungen bzw. -randbedingungen, aus den akquirierten Projektionsdaten zu erhalten). Eine erhöhte mathematische Vollständigkeit eines Projektionsdatensatzes ermöglicht eine Steigerung der Qualität in rekonstruierten Bildern sowie eine Reduktion von Artefakten, die von fehlenden oder unvollständigen Daten herrühren.
Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses in gemessenen Daten durch Implementierung neuer Streustellenreduktionstopologien und zugehöriger Algorithmen.
Ermöglichung kürzerer Scannzeitdauern, die auf die Bewegung einer dynamischen Struktur, beispielsweise des Herzens, zurückzuführende Artefakte reduzieren oder eliminieren.
Verbesserung der Bildqualität, weil eine Gantrybewegung reduziert oder eliminiert werden kann.
Ermöglichen von Akquisitionstrajektorien, die mit einem physikalischen System schwer wiederholbar sind. Beispielsweise die Möglichkeit, die Röntgenquelle während ei nes Scanns zwischen mehreren Winkelpositionen „springen zu lassen" oder zu triggern, um den Einfluss einer Herzbewegung zu verringern.
Ferner kann eine Technologie verteilter Quellen, wie sie hier beschrieben ist, dazu verwendet werden, den Patientendurchlauf zu verbessern. Eine Aktivierung der verteilten Quellenkonfigurationen, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben ist, kann programmierbar und/oder basierend auf geeigneten Bildgebunsprotokollen automatisiert sein. Die verbesserten Bildgebungsszenarien ergeben einen besseren Durchlauf und einen höheren Patientendurchsatz. Beispielsweise können in Röntgen-C-Arm-Anwendungen die Bilddaten akquiriert werden, indem lediglich der Detektor bewegt wird, wenn die herkömmliche Röntgenröhre durch eine stationäre verteilte Röntgenquelle ersetzt wird. Eingriffsprozeduren werden ebenfalls erleichtert, weil eine Bewegung der Quelle und/oder Detektorstrukturen reduziert oder eliminiert werden kann. Dies verbessert die Sicherheit sowohl eines Patienten als auch eines Klinikarztes. Eine weitere Durchlaufverbesserung betrifft die Dosisreduktion für den Patienten. Es ist erwünscht, die erforderlichen Röntgendaten, die einem Arzt ermöglichen, eine Diagnose zu treffen, unter Minimierung der Röntgenstrahldosis für den Patienten zu akquirieren. Vorstehend aufgelistete Bildqualitätsverbesserungen verbessern das Signal-Rausch-Verhältnis bei den Röntgenmessungen, wodurch Protokolle unterstützt werden, die eine Dosis, der der Patient ausgesetzt wird, reduzieren können.
Ein Beispiel für eine Bildgebungsanwendung, bei der mehrere Vorteile der verteilten Quellentechnologie verwirklicht werden können, ist die Verwendung der Tomosynthese für Mammographie. Tomographische Mammographietechniken, die auf momentaner Technologie basieren, verwenden eine herkömmliche Röntgenquelle und einen hoch auflösenden Bereichsdetektor zur Akquisition mehrerer Röntgenbilder des Bildgebungsvolumens über einem begrenzten Winkelbereich um die Brust herum. Während der Akquisitionsperiode ist eine Zeitspanne erforderlich, um die Röhre zu bewegen und der Gantry zu ermöglichen, stabil zu werden, während der die Brust weiterhin einem Druck ausgesetzt ist. Eine stationäre verteilte Röntgenquelle ermöglicht eine schnelle Umschaltung der Quellenpositionen, eine gesteigerte Bildqualität, weil eine Bewegung eliminiert ist, und eine gesteigerte Annehmlichkeit für einen Patienten, weil das Scannintervall drastisch verringert werden kann. In einer Ausführungsform kann ein tomographischer Mammographiescanner dazu konfiguriert sein, in der Nähe der Brustwand abzubilden, um eine Detektion von Läsionen zu verbessern. In ähnlicher Weise kann eine Ausführungsform eines tomographischen Mammographiescanners ein verteiltes 2D-Array von Quellenpunkten enthalten, wobei jeder Quellenpunkt ein kleines Volumen beleuchtet. In einer derartigen Ausführungsform können bei einer ausreichenden Röntgenausgangsleistung die Röntgenpositionen in dem Array schnell sequentialisiert und kollimiert werden, um ein kleines Volumen der Brust anzustrahlen. Außerdem werden Streustellen stark reduziert, wodurch möglicherweise eine Beseitigung von Antistreustellengittern ermöglicht wird, die die Dosiseffizienz verringern. Eine Reduktion der Streustellen korreliert mit einer Verbesserung des Bildkontrastes für eine Läsionsdetektion. Wie bei der Anwendung der Mammographie kann die Verwendung einer stationären, verteilten Röntgenquelle für Tomosyntheseakquisitionen eine schnelle Umschaltung zwischen Quellenpositionen, eine verbesserte Bildqualität, weil eine Bewegung eliminiert ist, und reduzierte Scannintervalle ermöglichen. Außerdem können anspruchsvollere bzw. verfeinerte Bewegungstrajektorien unter Verwendung einer stationären adressierbaren Quelle nachgebildet werden. Somit kann die Qualität der Daten aus der Perspektive der Vollständigkeit wesentlich verbessert werden, was zu einer besseren Bildqualität und weniger Artefakten führt. Da es möglich ist, den Patienten unter Verwendung einer stationären verteilten Quellentechnologie schnell zu scannen, sind dynamische Tomosyntheseanwendungen möglich, die bislang in der klinischen Umgebung nicht in Betracht gezogen worden sind. Wie in diesem Beispiel beschrieben, verbessert die Technologie der stationären verteilten Quelle gleichzeitig die Betriebsweise des tomographischen Röntgen-Bildgebungssystems (keine Gantrybewegung), ermöglicht neue Prozeduren (d.h. eine dynamische Bilderzeugung), verbessert die Bildqualität (keine Gantrybewegung und Streustellenreduktion) und verbessert den Patientenkomfort und -durchlauf (kürzere Scannzeiten).
Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hier veranschaulicht und beschrieben sind, erschließen sich für einen Fachmann viele Modifikationen und Veränderungen. Es ist deshalb zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche dazu bestimmt sind, all derartige Modifikationen und Veränderungen, soweit sie von dem wahren Rahmen der Erfindung umfasst sind, mit abzudecken.
Es ist ein Röntgenbildgebungssystem 10 geschaffen. Das Röntgenbildgebungssystem 10 enthält eine verteilte Röntgenquelle 48 und einen Detektor 20. Die verteilte Röntgenquelle 48 ist konfiguriert, um Röntgenstrahlen 56 von mehreren Emissionspunkten 74 aus zu emittieren, die als ein im We sentlichen lineares Segment 72, ein im Wesentlichen bogenförmiges Segment 78, ein krummliniges Segment 80 oder eine im Wesentlichen nicht ebene Fläche 86 angeordnet sind, während der Detektor 20 konfiguriert ist, um mehrere Signale in Abhängigkeit von Röntgenstrahlen zu erzeugen, die auf den Detektor 20 auftreffen 18.

10: Bildgebungssystem
12: Quelle
14: Röntgenstrahl
16: Patient
18: abgeschwächter Röntgenstrahl
20: Detektor
22: Systemsteuerungseinrichtung
24: Bewegungsuntersystem
26: Motorsteuerungseinrichtung
28: Strahlungssteuerungseinrichtung
30: Datenakquisitionsschaltung
32: Bildrekonstruktionseinrichtung
34: Computer
36: Speicher
38: Bedienerworkstation
40: Anzeige, Display
42: Drucker
44: PACS
46: entfernt befindlicher Client
48: verteilte Röntgenquelle
50: Emissionsvorrichtungen
52: Target/Anode
54: Elektronenstrahl
56: Röntgenstrahl
58: Kollimator
60: Aperturen
62: kollimierter Röntgenstrahl
64: Detektorarray
66: Detektorelemente
68: Signalverarbeitungseinheit
70: Detektoren
72: lineare verteilte Quellen
74: Emissionspunkte
76: dreidimensionale Richtung der Bewegung
78: bogenförmige verteilte Quellen
80: krummlinige verteilte Quellen
82: verteilte planare Quellen
84: verteilte zylindrische Quellen
86: verteilte „krummplanare" (in einer Richtung gerade, in einer anderen Richtung krummlinige) Quellen

Claims

Röntgenbildgebungssystem (10), das aufweist: eine verteilte Röntgenquelle (48), wobei die verteilte Röntgenquelle (48) konfiguriert ist, um Röntgenstrahlen (56) von mehreren Emissionspunkten (74) auszusenden, die in Form eines im Wesentlichen linearen Segmentes (72), eines im Wesentlichen bogenförmigen Segmentes (78) oder eines krummlinigen Segmentes (80) angeordnet sind; und einen Detektor (20), der konfiguriert ist, um mehrere Signale in Abhängigkeit von auf den Detektor (20) auftreffenden Röntgenstrahlen (18) zu erzeugen.
Röntgenbildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei die verteilte Röntgenquelle (48) konfiguriert ist, um stationär zu bleiben oder sich in Bezug auf ein Bildgebungsvolumen zu bewegen.
Röntgenbildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Detektor (20) konfiguriert ist, um stationär zu bleiben oder sich in Bezug auf ein Bildgebungsvolumen zu bewegen.
Röntgenbildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, das ferner eine Patientenauflage aufweist, die konfiguriert ist, um stationär zu bleiben oder sich in Bezug auf ein Bildgebungsvolumen zu bewegen.
Röntgenbildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Röntgenbildgebungssystem (10) ein Mammographiesystem, ein Toposynthesesystem, ein allgemeines radiographi sches Röntgensystem, ein Röntgen-C-Arm-System oder ein Computertomographiesystem aufweist.
Röntgenbildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei die verteilte Röntgenquelle (48) aufweist: eine oder mehrere adressierbare Emissionsvorrichtungen (50), die dazu eingerichtet sind, Elektronenstrahlen (54) auszusenden; und eine oder mehrere Anoden (52), die von den adressierbaren Emissionsvorrichtungen (50) beabstandet angeordnet sind, um beim Aufprall der Elektronenstrahlen (54) Röntgenstrahlen (56) an mehreren Emissionspunkten (74) zu emittieren.
Röntgenbildgebungssystem (10) nach Anspruch 6, wobei die eine oder mehreren adressierbaren Emissionsvorrichtungen (50) Glühkathodenemissionsvorrichtungen, Kaltkathodenemissionsvorrichtungen, Kohle basierte Emissionsvorrichtungen, Fotoemissionsvorrichtungen, ferroelektrische Emissionsvorrichtungen, Laserdioden oder monolytische Halbleiter aufweist/aufweisen.
Röntgenbildgebungssystem (10), das aufweist: eine verteilte Röntgenquelle (48), wobei die verteilte Röntgenquelle (48) konfiguriert ist, um Röntgenstrahlen (56) von mehreren Emissionspunkten (74) auszusenden, die in Form einer im Wesentlichen nicht planaren Fläche (86) angeordnet sind; und einen Detektor (20), der konfiguriert ist, um mehrere Signale in Abhängigkeit von auf den Detektor (20) auftreffenden Röntgenstrahlen (18) zu erzeugen.
Verfahren zur Akquisition von Röntgenbilddaten, wobei das Verfahren aufweist: Emission von Röntgenstrahlen (56) von einer verteilten Röntgenquelle (48), die mehrere Emissionspunkte (74) aufweist, die in Form eines im Wesentlichen linearen Segmentes (72), eines im Wesentlichen bogenförmigen Segmentes (78) oder eines krummlinigen Segmentes (80) angeordnet sind; Erzeugung mehrerer Signale in Abhängigkeit von Röntgenstrahlen, die auf einen Detektor (20) einwirken (18); und Verarbeitung der mehreren Signale, um wenigstens ein Bild zu erzeugen.
Verfahren zur Akquisition von Röntgenbilddaten, wobei das Verfahren aufweist: Emission von Röntgenstrahlen (56) von einer verteilten Röntgenquelle (48), die mehrere Emissionspunkte (74) aufweist, die in Form einer im Wesentlichen nicht planaren Fläche (86) angeordnet sind; Erzeugung mehrerer Signale in Abhängigkeit von Röntgenstrahlen, die auf einen Detektor (20) auftreffen (18); und Verarbeitung der mehreren Signale, um wenigstens ein Bild zu erzeugen.