-
ZUSAMMENHÄNGENDE ERFINDUNG
-
Diese
Anmeldung ist eine zusammenhängende
zur Provisional Application Serien Nr. 60/032,594, eingereicht am
29. November 1996.
-
Diese
Anmeldung ist ebenso zusammenhängend
mit der koanhängigen
Anmeldung mit der Serien Nr. 08/484,904 (
US 5,692,511 ), eingereicht am 7. Juni
1995.
-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine diagnostische
medizinische Bilderstellungs/erkennungs-Vorrichtung, die einen Nahinfrarotlaser
als eine Strahlungsquelle verwendet, und im besonderen ein Verfahren
zur Rekonstruktion eines Bildes eines abgetasteten Objektes, unter
Verwendung von Umfangsdaten, die erhalten werden während des
Abtastprozesses zur Korrektur für
optische Verzerrungen der Objektdaten.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Brustkrebs
ist eine Haupttodesursache unter der amerikanischen weiblichen Bevölkerung.
Eine effektive Behandlung dieser Krankheit wird meistens leicht
erreicht nach einer frühen
Detektion von malignen Tumo ren. Hauptsächlich werden momentan Versuche
unternommen, um ein Massenscreening der Bevölkerung für Symptome von Brusttumoren
bereitzustellen. Solche Screeningversuche werden ausgeklügeltes,
automatisches Equipment erfordern, um den Detektionsprozeß zuverlässig durchzuführen.
-
Die
Röntgenstrahlabsorptionsdichtenauflösung der
vorhandenen fotographischen Röntgenstrahlmethoden
ist nicht ausreichend, um eine zuverlässige frühe Detektion von malignen Tumoren
bereitzustellen. Die Forschung hat aufgezeigt, daß die Möglichkeit
einer Metastasenbildung für
Brusttumore über
1 cm Größe scharf
ansteigt. Tumore von dieser Größe produzieren
selten einen ausreichenden Kontrast in einem Mammogramm, um detektierbar
zu sein. Um einen detektierbaren Kontrast in einem fotographischen
Mammogramm zu erhalten, werden 2–3 cm Dimensionen benötigt. Kalziumablagerungen,
die verwendet werden für
eine schlußfolgernde Detektion
von Tumoren in der konventionellen Mammographie, erscheinen ebenso
assoziiert zu sein mit Tumoren von großer Größe. Aus diesen Gründen hat sich
die fotographische Mammographie als relativ ineffizient bei der
Detektierung dieses Zustandes erwiesen.
-
Die
meisten mammographischen Vorrichtungen, die heute in Kliniken und
Krankenhäusern
verwendet werden, benötigen
Brustkompressionstechniken, die im besten Fall unkomfortabel sind
und in vielen Fällen
schmerzhaft für
den Patienten sind. Darüber
hinaus erzeugen Röntenstrahlen
ionisierende Strahlung, die einen zusätzlichen Risikofaktor bei der
Verwendung von mammographischen Techniken, wie am meisten allgemein
verwendet, einführen.
-
Ultraschall
ist ebenso vorgeschlagen worden im US-Patent Nr. 4,075,883, das verlangt,
daß die Brust
in eine fluidgefüllte
Kammer für
eine Röntenstrahlscanningtechnik
eingetaucht wird.
-
Vor
kurzem ist die Verwendung von Licht und spezieller von Laserlicht,
um nicht-invasiv den Körper im
Inneren zu beobachten, um die innere Struktur zu entdecken, untersucht
worden. Diese Technik wird optisches Imaging/optische Bilderkennung
genannt. Optisches Imaging und Spektroskopie sind Schlüsselkomponenten
von optischer Tomographie. Eine rapide Entwicklung über die
letzte Dekade hat optische Tomographie an den Rand der klinischen Brauchbarkeit
gebracht. Optische Wellenlängenphotonen,
die nicht in Vivo-Gewebe penetrieren, sind eine gerade Linie, wie
dies Röntgenstrahlphotonen tun.
Dieses Phänomen
verursacht an Lichtphotonen, innerhalb des Gewebes zu streuen, bevor
die Photonen aus der abgetasteten/gescannten Probe austreten.
-
Da
Röntgenstrahlphotonenausbreitung
im wesentlichen geradlinig ist, sind relativ geradlinige Techniken,
die auf der Radon-Umwandlung basieren, ausgedacht worden, um berechnete
Tomographiebilder durch die Verwendung von Computeralgorithmen herzustellen.
Multiple Messungen sind über
360° um das
gescannte Objekt gemacht worden. Diese Messungen, bekannt als Projektionen,
werden verwendet, um die Daten rückzuprojizieren,
um ein Bild zu schaffen, das representativ ist für das Innere des gescannten
Objektes.
-
Bei
der optischen Tomographie sind mathematische Formeln und Projektionstechnik
ausgedacht worden, um eine Rekonstruktionsfunktion durchzuführen, die
irgendwie ähnlich
ist mit der Röntenstrahltomographie.
Da jedoch die Lichtphotonenausbreitung keine gerade Linie ist, sind
Techniken, um Querschnittsbilder herzustellen, mathematisch aufwendig
und verlangen fest die Feststellung/Einführung der Grenze des gescannten
Ob jektes. Eine Grenzbestimmung ist wichtig, da diese als Basis für Rekonstruktionstechniken
dient, um innere Strukturdetails zu erzeugen. Bis heute verwenden
Algorithmen nicht jede Form von direkten Meßtechniken, um die Grenze des
gescannten Objektes festzustellen.
-
US 5,148,022 offenbart ein
Verfahren zur optischen Inspektion eines menschlichen Körpers und eine
Vorrichtung für
den gleichen Zweck, um einen Lichtpuls abzutasten mit einer sichtbaren
Wellenlänge
zu einem infraroten auf einem spezifischen geschnittenen Bereich
eines zu inspizierenden Körpers, zum
Erhalten von Teilen von Projektionsdaten über Lichtabsorption und zur
Rekonstruktion eines Bildes über
die Verteilung von Lichtabsorption aus den Projektionsdaten mit
einem Computertomogramm. Die Projektionsdaten werden gemessen durch
abwechselndes Bestrahlen eines ersten Lichtpulses bei einer ersten
Wellenlänge
in einem Absorptionswellenlängenband
spezifisch zu abzubildenden metabolischen Materialien und einem
zweiten Lichtpuls bei einer zweiten Wellenlänge, die näher zur ersten Wellenlänge ist.
Anschließend
werden die Daten über
die ausgesandten Strahlen hergestellt durch Erhalten eines Verhältnisses
von integrierten Werten des ersten Signals zum zweiten, innerhalb
eines spezifischen Zeitfensters liegend.
-
ZIELE UND
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein rekonstruiertes Bild
eines gescannten Objektes unter Verwendung einer Laserscanningvorrichtung
mit minimaler Datenverzerrung bereitzustellen.
-
Zusammengefaßt stellt
die vorliegende Erfindung bereit ein Verfahren zur Rekonstruktion
eines Bildes eines gescannten Objektes, aufweisend die Schritte
des Sammelns von Objektdaten durch Abtasten des Objektes mit einem
Laserstrahl und Detektieren des durch das Objekt passierenden Lichtes; des
Sammelns von Umfangsdaten des Objektes während des Abtastschrittes;
des Umwandelns der Objektdaten in eine parallele Strahlengeometrie;
des Korrigierens der Projektionsdaten unter Verwendung der Umfangsdaten;
und des Rückprojizierens
der Daten in einen Bildraum.
-
Diese
und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus
der folgenden detaillierten Beschreibung.
-
KURZE BESCHREIBUNGEN
DER ZEICHUNGEN
-
1 ist
eine schematische vergrößerte Seitenansicht
einer Abtastvorrichtung einschließlich einer Abtastkammer, hergestellt
gemäß der vorliegenden
Erfindung, eine Patientin auf einer Stützplattform zeigend mit deren
Brust, die in der Abtastkammer für ein
optisches tomographisches Studium hängt.
-
2 ist
eine schematische Ansicht der Abtastkammer von 1,
zeigend das beschränkte Feld
an Ansichten der entsprechenden Detektoren und die optischen Sehnenlängen des
Laserstrahls durch das Objekt.
-
3 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Schaltkreises zum Sammeln
von Daten aus jedem Detektor.
-
4 ist
ein schematisches Diagramm der Abtastkammer von 2.
-
5 ist
eine Antwortkurve, repräsentierend die
Datenpunkte für
jeden der Detektoren an jeder Winkelposition im Orbit des Scanners.
-
6 ist
eine schematische Darstellung eines Datenarrays für jede Detektordaten
für jede
Winkelposition im Orbit in einem vollständigen Kreis um das Ob jekt.
-
7 ist
eine Parallelstrahl-Geometrie, die verwendet wird zur Rückprojektionsrekonstruktion.
-
8 zeigt
die tiefenabhängige
Störung
von einem Einschluß innerhalb
des Objekts.
-
9 ist
ein Flußdiagramm,
das die Verwendung von abcd-Parametern eines jeden einzelnen Pixels
innerhalb des Umfangs des Bildraums darstellt, um eine Aufsicht-Tabelle
von gefilterten Daten zu erhalten.
-
10 ist
ein Flußdiagramm
der Bildrekonstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Eine
Abtastvorrichtung 2, wie beispielsweise die in der koanhängigen Anmeldung
Serien Nr. 08/484,904, eingereicht am 7. Juni 1995, beschriebene,
ist schematisch offenbart in 1. Eine
Patientin 4 wird positioniert auf dem Bauch liegend auf
der oberen Oberfläche
der Vorrichtung 2 mit deren Brust 6, die in einer
Abtastkammer 8 hängt.
Ein Laserstrahl aus einer Laserquelle 10 ist vom Betrieb
her verbunden mit der Abtastkammer 8, um die Brust 6 zu
bestrahlen.
-
Die
Abtastkammer 8 ist schematisch in der Konzeptansicht in 2 gezeigt.
Die Abtastkammer beinhaltet eine Mehrzahl von Detektoraufbauten 12, die
in einem Bogen angeordnet sind, um eine Öffnung zu definieren, in die
ein abzutastendes Objekt 14, wie beispielsweise die Brust,
positioniert wird. Ein Laserstrahl 16 trifft das Objekt
am Punkt 18. Lichtaustritt aus dem Objekt 18,
wie beispielsweise die Strahlen 20, wird aufgenommen mittels
eines entsprechenden Detektoraufbaus 12, der anschließend verwendet
wird, um ein Bild des gescannten Objektes bereitzustellen. Die Strahlen 20 stellen
Sehnen dar, die ihren Ursprung vom Punkt des Eintritts 18 des
Laserstrahls 16 haben und an verschiedenen Punkten auf
dem Umfang des gescannten Objektes austreten. Die Detektoraufbauten 12 sind
digital um das Objekt 14 über ein Orbitzentrum 22 an
gleichen Winkelinkrementen für
eine totale Winkelverteilung von 360° auf einem Orbit angeordnet.
Das Objekt wird bestrahlt mit dem Laserstrahl 16 an jeder
Winkelposition im Orbit 23, wobei Licht, das vom Objekt austritt,
am Umfang des gescannten Objektes, bezeichnet durch die Sehnen 20,
zu einem augenblicklichen Zeitpunkt oder simultan in einer Zeitperiode
erworben, aufgenommen wird durch die entsprechenden Detektoraufbauten 12.
Jeder Detektoraufbau weist dessen longitudinale Achse auf, die in
Richtung des Orbitzentrums 22 gerichtet ist. Die Detektoraufbauten 12 sind
gesichert an einem Träger 36,
der in einer Kreisbahn im Orbit 23 um das abzutastende Objekt 14 angeordnet
ist. Nach jedem vollständigen Kreisumlauf
(Orbit) werden das Array der Detektoraufbauten 12 und der
Laserstrahl 16 vertikal in eine neue Position verfahren,
um eine unterschiedliche Schnittebene des Objektes abzutasten. Dies
wird so lange wiederholt, bis sämtliche
Schnittebenen des Objektes abgetastet worden sind.
-
Jeder
Detektoraufbau 12 beinhaltet ein opakes Gehäuse 24 mit
einem offenen Vorderende 26 und einem hinteren Ende 28,
in dem ein Detektor 30 angeordnet ist. Die innere Oberfläche des
Gehäuses 24 kann
röhrenartig,
rund, rechteckig sein oder eine andere Querschnittsform aufweisen.
Das Gehäuse 24 ist
ausgebildet, um das Sichtfeld des entsprechenden Detektors 30 zu
beschränken,
derart, daß jeder Detektor
lediglich dessen eigenen schmalen Bereich des gescannten Objektes
sieht. Das Sichtfeld jedes Detektoraufbaus 12 ist sche matisch
angezeigt bei 32. Ein Fleck oder eine Oberfläche, die
auf dem abgetasteten Objekt durch den entsprechenden Detektoraufbau
gesehen wird, ist schematisch angezeigt bei 34.
-
Das
Sichtfeld
32 und der entsprechende Fleck der Oberfläche
34 sind
derart konfiguriert, daß benachbarte
Oberflächenflecken
sich nicht überlappen.
Auf diese Art und Weise wird jeder Detektoraufbau eigens einem Oberflächenfleck
an jeder Winkelposition des Orbits zugeordnet, so daß Licht,
das von einem Fleck der Oberfläche
kommt, lediglich durch den entsprechenden Detektor detektiert werden kann,
dessen Sicht den besonderen Oberflächenfleck abdeckt. Jeder Detektor
30 ist
aktiv, um jedes Licht, das aus dessen entsprechendem Oberflächenfleck
vorgeht, zu detektieren, da der Lichtstrahl
16 durch das
Objekt jeden Weg gehen kann, so beispielsweise diese, die durch
die Sehnen
20 bezeichnet sind. Jedes Gehäuse ist
weiterhin beschrieben in einer koanhängigen Anmeldung, die am 4.
November 1997 angemeldet worden ist, eine Priorität beanspruchend,
die auf einer Provisional Application Serien Nr. 60/032,591 (
US 6,100,520 ) basiert, angemeldet
am 29. November 1996.
-
Jeder
Detektor oder Sensor
30 ist operabel verbunden mit dessen
entsprechendem Abtast- und Halte-Integrator (sample an hold integrator)
40,
wie bestens gezeigt in
3. Ein Multiplexer
42 wird
verwendet, um die entsprechenden Integratorausgänge mit einem Analog-Digital-Wandler
44 zu
verbinden. Die digitalisierte individuelle Detektor- oder Sensorantwort
wird gespeichert im Speicher
46 für eine spätere Verwendung bei der Bildrekonstruktion
durch einen Computer
47. Der Schaltkreis erlaubt die simultane
Aufnahme von Daten von sämtlichen
Detektoren
30 an jeder Winkelposition im Orbit der Abtastkammer
8.
Der Abtast- und Halteintegra tor
40 ist weiterhin beschrieben
in einer koanhängigen
Anmeldung, die am 26. November 1997 (
US
6,150,649 ) eingereicht worden ist, eine Priorität beanspruchend, die
auf einer Provisional Applikation Serien Nr. 60/032,590, angemeldet
am 29. November 1996, basiert.
-
Umfangsdaten
des abzutastenden Objekts werden erhalten an jeder Winkelposition
im Orbit der Abtastkammer
8. Verschiedene Methoden sind
offenbart worden in koanhängigen
Anmeldungen mit der Bezeichnung "Apparatus
für Determining
the Perimeter of the Surface of an Object Being Scanned", angemeldet am 6.
November 1997 (
US 6,044,288 ), eine
Priorität
beanspruchend aus der Provisional Application Serien Nr. 60/029,897,
angemeldet am 8. November 1996 (
US
6,029,677 ), und "Device
for Determining the Perimeter of the Surface of an Object Being
Scanned and for Limiting Reflection From the Object Surface", angemeldet am 6.
November 1997, eine Priorität
beanspruchend aus der Provisional Application Serien Nr. 60/029,898,
angemeldet am 8. November 1996. Eine Methode ist es, ein Sensorarray
49,
das auf der gleichen Seite wie der Laserstrahl
16, wie
bestens gezeigt in
2, angeordnet ist, zu verwenden.
Der Laserstrahl
16 trifft auf das gescannte Objekt durch
das Zentrum des Orbits. Ein heller Spot wird am Punkt
18 erzeugt.
An jeder Distanz vom Orbitzentrum wird ein spezifisches Element
im Sensorarray
49 den hellen Spot detektieren. Da der Laserstrahl
16 und
der Rest des Scanners um das gescannte Objekt in einer Kreisbahn
angeordnet sind, wird das Ausgangssignal des Sensorarrays
49 in
einer direkten Beziehung zum Umfang des gescannten Objektes stehen.
Durch Aufnahme von Daten unter Verwendung eines oder mehrerer gescannter
Objekte bekannten Umfangs kann der Level des Sensorsignals kalibriert
werden bezüglich
der gescannten Objektdurch messer. Nach Kalibrierung kann das Sensorsignal
elektronisch dekodiert werden, um die Koordinaten für den Umfang
des gescannten Objektes zu plotten, da der Scanner um das gescannte
Objekt kreisbahnartig angeordnet ist.
-
Es
ist vorteilhaft, die Umfangsdaten während des Datensammelns jeder
einzelnen Schicht zu erhalten, um Fehler zu minimieren, die auftreten
aufgrund eines Verschiebens (Shiftings) des Objektes zwischen den
Schichtpositionen. Umfangsdaten und die entsprechenden Detektordaten
werden zusammen verwendet, um das Bild des Objektes zu rekonstruieren.
Umfangsdaten bestehen aus Distanzen vom Zentrum des Orbits bei jeder
Winkelposition des Orbits.
-
Die
Abtastkammer 18 ist in 4 schematisch
dargestellt. Die Detektoren 30 sind als AA, BB, ... KK,
dargestellt, anzeigend deren entsprechende Positionen entlang des
Bogens. Optische Weglängen,
die genommen werden durch den Laserstrahl durch das Objekt, werden
dargestellt als Sehnen 18-A, 18-B, ..., 18-K.
Bei jeder Winkelposition im Orbit 23 werden die Daten,
die durch die Detektoren AA, BB, ..., KK gesammelt werden, üblicherweise
angezeigt durch die Antwortkurve 48, die in 5 gezeigt
ist. Die Signale, die durch die Detektoren AA und KK erkannt werden,
sind die stärksten
aufgrund der kürzeren
Sehnenlängen 18-A und 18-K.
Das Signal, das durch den Detektor FF erkannt wird, ist kleiner
aufgrund dessen entsprechender längerer
Sehnenlänge 18-F.
Es ist daher zu erkennen, daß das
Signal üblicherweise
sich von den Detektoren AA bis FF verkleinert und von den Detektoren
FF bis KK vergrößert.
-
Die
durch die Kurve 48 dargestellten Daten und die Umfangsdaten
an jeder Winkelposition des Orbits werden simultan gesammelt bis
der Orbit einen vollständigen Kreis
gezogen hat. Die Bilddaten für
jede Orbitposition des Scanners werden in einer Matrix 50 gemappt,
wie bestens gezeigt in 6. Jede Reihe der Matrix stellt
Werte von Signalen dar, die empfangen werden an jeder einzelnen
entsprechenden Detektorlokalität
für jede
Orbitposition. Eine außerzentrische
Inklusion (Einschluß)
von der Orbitachse innerhalb des Objekts 14 wird aufgespürt als eine
sinusförmige
Kurve 52, wenn die Matrix in Grauskalen betrachtet wird.
Aufgrund von optischer Verzerrung wird die Inklusion wesentlich
größer und von
dessen wahrer Position entfernt erscheinen, wie durch die Sinusförmige 54 dargestellt.
-
Eine
Einhüllenden-Subtraktion
wird durchgeführt
auf den Fächerdaten,
dargestellt durch die Kurve 48, um eine Fächerstrahlmatrix
zu erzeugen, die die Störungen
in den gemessenen Daten enthält
bezüglich
eines Exponentialmodells. Stördaten
(Projektionsdaten mit Störungen)
werden erzeugt durch Subtraktion von den gemessenen Daten einer
Einhüllenden,
dies basierend auf der Lösung
zur Diffusionsgleichung in einem infiniten ganzen Raum. Sie stellt
lediglich Störungen
in Intensitätsmessungen bereit,
die resultieren in Veränderungen
in μs' und μa von deren
Hintergrundwerten. Bei gegebenen Sehnenlängen von den Umfangsdaten wird
eine Initial-Einhüllende
erzeugt durch Ersetzen der Initialwerte von μs' = 1 und μa = 0,006 in die Diffusionsgleichung, Φ(r)
= [1/(r*c*D(2Π)3/2)][exp – (μa/D)1/2*r],wobei
r
= Sehnenlänge,
c
= Lichtgeschwindigkeit,
D = 1/3(μa + μs),
μs = Streukoeffizient ≈ 1,0 mm–1,
μa = Absorptionskoeffizient ≈ 0,006 mm–1.
-
Ein
erster Ordnung lineares Fitten des Logarithmus des Modells auf den
Logarithmus der gemessenen Daten wird für jeden Datenfächer durchgeführt. Daher
hat jeder Fächer
einen eindeutigen Satz an Linearkoeffizienten. Der Durchschnitt
sämtlicher Koeffizienten
wird anschließend
verwendet als der Finalkoeffizient, um die Modelldaten zu den ungestörten Hintergrunddaten
zu matchen, unter Verwendung eines ersteordnungspolynomialen Fittings,
um die Modelleinhüllende
zu den Daten, wie folgt, zu matchen. Gemessene
Daten = [Φ(r)*konstanter
Multiplikator + Konstant-Offset]
-
Die
Modelldaten werden anschließend
subtrahiert von den gemessenen Daten, um die Störfunktion zu erhalten.
-
Die
Einhüllenden-Subtraktion
wird verwendet, daß die
Detektoren gleiche Signale für
ein homogenes Objekt erkennen, bewirkend ein Abflachen der Antwortkurve 48,
so daß jede
Störung,
die hervorgerufen wird durch eine Inklusion innerhalb des Objektes,
hervorgehoben würde.
-
Die
Bilddaten nach Einhüllenden-Subtraktion werden
transformiert in eine Standard-CT-Geometrie, unter Verwendung von
Parallelstrahlkonfiguration, mit der P-Achse anzeigenden Orten des
Detektors und Winkel θ als
der Orbitposition für
jede Fächerdaten,
wie bestens gezeigt in 7. Die Transformation beinhaltet
ebenso wohlbekannte Interpolationstechniken. Die Umfangsinformation
wird verwendet in der Parallelstrahltransformation. P-θ-Raum entspricht
der traditionellen Datendomäne für röntgenstrahlbasierende
Tomographie. Daten im p-θ-Raum bestehen
aus regulär
beabstandeten Proben des Objektes, aufgenommen entlang paralleler Strahlen 58,
die senkrecht zur p-Achse verlaufen, die in einigem Abstand θ um den
Ursprung des Rekonstruktionsraums rotiert wird. Die Parallelstrahlen durchlaufen
den Objektumfang 59. Die gesampelten Daten für einen
einzelnen Winkel θ sind
das Profil 60 des Objekts bei diesem Winkel. Profile von
vielen verschiedenen Winkeln werden aufsummiert während des
Rückprojektions-Rekonstruktionsprozesses,
um ein Bild des Objektes zu erzeugen.
-
Fächerdaten
oder Projektionsdaten leiden an tiefenabhängiger Unschärfe, geometrischer
Verzerrung und Amplitudenmodulation. Bezugnehmend auf 8 weist
ein Einschluß 62,
der angeordnet ist bei Distanzen a, b, c und d vom Umfang 59,
Projektionsdaten 64 auf, die relativ weit und kurz sind.
Ein anderer Einschluß 66 gleicher
Größe, lokalisiert
bei a', b', c' und d' vom Umfang, weist
Projektionsdaten 68 auf, die relativ schmaler/länger und
enger sind. Der Einschluß 62 erscheint
weiter von dessen Signalprofil 64 aufgrund, daß dieses
tiefer im Objekt ist als der Einschluß 66, der näher am Umfang
ist, basierend auf deren entsprechenden abcd-Parametern. Im allgemeinen
würde ein
Einschluß am
Zentrum des Objektes größer erscheinen
als eines, das näher dem
Umfang ist. Die Signalprofile 64 und 68 sind ebenso
verschoben, anzeigend eine geometrische Verzerrung zum rekonstruierten
Bild, falls nicht korrigiert.
-
Jedes
Pixel oder Matrixelement innerhalb des Umfangs ist definiert durch
dessen orthogonale Distanzen a, b, c und d. In Abhängigkeit
von der Lokalität
des Matrixelementes werden ein Unschärfekorrekturfaktor und ein
Verzerrungskorrekturfaktor auf jedes Pixel appliziert, um ein akurates
rekonstruiertes Bild zu erzeugen.
-
Phantomdaten
werden aufgenommen durch das Abtasten verschiedener Phantome, die
Brustgewebe simulieren mit bekannter Objektgröße und Lokalität. Ein zylindrisches
Gefäß wird verwendet
und mit einem Liquid, beispielsweise als Interlipid, das Brustgewebe
simuliert, gefüllt.
Ein Pin von bekanntem Durchmesser wird platziert in einem bekannten Abstand
von der Kante des Gefäßes. Ein
Scan/eine Abtastung wird durchgeführt und das erhaltene rekonstruierte
Bild verglichen mit dem aktuellen Phantom. Der Betrag, um wieviel
weiter der Pin erscheint, wird aufgenommen, um bereitzustellen eine
Menge, um wieviel schmaler/kleiner (zur Verschärfung) das Pinbild gemacht
werden muß.
Die Verschiebungsmenge des Pins wird ebenso aufgezeichnet, um die Menge
bereitzustellen, um wieviel dieser von seiner wahren Lokalität verschoben
werden muß.
Der Pin wird anschließend
an eine unterschiedliche Lokalität bewegt,
ein anderer Scan durchgeführt
und die Bildgröße und Lokalität verglichen
mit dem aktuellen Phantom. Dieser Prozeß wird so lange wiederholt, bis
genügend
Punkte geplottet sind, um ein Kurvenfitting zu erhalten. Die erhaltene
Kurve, eine Funktion, wieviel zu verschärfen ist, basierend auf der
Distanz zur Kante, wird entwickelt und zur Verwendung bei der Bildrekonstruktion
gespeichert. Eine andere Kurve wird entwickelt aus den Phantomdaten
für die Verzerrungs-(Verschiebungs-)Korrektur.
-
Verschiedene
Kurven werden entwickelt, die spezifisch zu unterschiedlichen Typen
von Brustgewebe (jünge
Brust, fette Brust etc.) sind, gekennzeichnet durch deren eigenen
speziellen Satz an Streuungs- und Abschwächungscharakteristiken. Die Phantomdaten
werden verwendet mittels eines Off-Line-Diffusionsmodellierers,
um Diffusionskalibrierungsdaten, μa
und μs,
zu berechnen. Die Diffusionskalibrierungsdaten und Um fangsdaten
werden verwendet, um einen Verzerrungskorrekturfaktor und einen
gematchten Filterverschärfungsfaktor
für den abzutastenden
Brustgewebetyp zu berechnen.
-
Multiple-weite
Gauss-Funktionen werden generiert und bei der Erzeugung eines konvolvierten
tiefenabhängigen
Arrays verwendet. Diese Filter werden empirisch bestimmt aus Phantomabtastungen, basierend
auf der maximalen Größe des zu
erwartenden Objekts und den inhärenten
Eigenschaften der Störfunktionen,
und optimiert für
eine spezifische Unschärfeweite.
Vorzugsweise acht Filter werden erzeugt, wobei jeder Filter designt
wird für
verschiedene Pixeltiefen im Bildraum von der Kante der Grenze des
Bildes. Jeder Filter ist das Produkt der FFTs einer Gauss-Funktion
und eines Rampenfilters. Ein gematchter Filter unterscheidet sich
vom nächsten
lediglich in der FWHM der Gauss-Funktion. Jeder gematchte Filter
ist das Frequenzdomainprodukt einer Gauss-Funktion und eines Standardrampenfilters. Jede
gematchte Filter-Gauss-Komponente weist eine unterschiedliche Standardabweichung
auf, nämlich
0,1, 0,1, 0,15, 0,25, 0,4, 0,6, 0,85 und 1,15. Pixel, die nachher
an der Kante der Grenze sich befinden, verwenden einen Rampenfilter,
konvolviert mit einer Gauss'schen
Weite von 0,1, um hohe Frequenzen zu verstärken. Pixel im Zentrum werden konstruiert
mit Projektionsdaten, die gefiltert sind mit einem Rampenfilter,
konvolviert mit einer Gauss'schen
Weite (Standardabweichung) von 1,15, um Hochfrequenzen abzuschneiden
(cut-off). Pixel zwischen der Kante und dem Zentrum verwenden die intermediären Filter.
-
Die
Eingabeprojektion an jedem Winkel θ ist konvolviert mit den acht
gematchten Filtern, erzeugend eine konvolvierte Tiefendatenarray(CDDA)-Tabelle,
die tiefenabhängig
und hintergrundrauschend entfernt ist. Die CDDA wird verwendet während der Rückprojektionsrekonstruktion,
die eine pixelabhängige
Auswahl eines der vorberechneten gefilterten Projektionen ist. Zusätzlich zur
Verschärfung
verstärken
die gematchten Filter die Detektierbarkeit in der Rekonstruktion,
da diese das Signalrauschverhältnis erhöhen.
-
Korrektur
zur Amplitudenverzerrung ist eine pixelabhängige Fließpunktmultiplikationskorrektur. Rekonstruktion
verwendet einen tiefenabhängigen Verstärkungsfaktor,
um das rekonstruierte Bild zu gewichten. Der Verstärkungsfaktor
wird empirisch bestimmt aus Phantom-Scans. Im allgemeinen ist dies eine
sinusförmige
Funktion einer Pixeltiefe innerhalb des rekonstruierten Bildes.
Pixel im Zentrum des Bildes haben einen höheren Verstärkungsfaktor als dies Pixel
an der Kante des Bildes haben.
-
Rückprojektion
ist tiefenabhängiges
gematchtes Filtern mit geometrischer Verzerrungskorrektur. Jede
Projektionsdaten sind konvolviert mit jedem der acht gematchten
Filter, um die CDDA-Tabelle zu erzeugen. Für jedes Detektorlesen, das
rückprojiziert
ist, werden die abcd-Parameter jedes Pixels berechnet aus den Umfangsdaten,
wie bestens gezeigt in 9. Die Abhängigkeit von der Pixeltiefe schreibt
vor, welches der konvolvierten Arrays zu verwenden ist. Jedes Pixel
erhält
seine Eingabe von einem Punkt auf der Projektionslinie von einer
ausgewählten
Reihe der CDDA-Tabelle, basierend auf dieser Pixeltiefe, oder möglicherweise
einer Interpolation zwischen zwei Reihen. Die Weite des Projektionsdatenprofils
an jeder Reihe verringert sich mit ansteigender Tiefe an der Quelle
(Laserstrahl), wie allgemein angezeigt durch die Kurven 79, 72 und 74.
-
Geometrische
Verzerrung wird korrigiert durch Ver schieben nach links oder rechts
auf dem konvolvierten Array und Herausgreifen des Wertes nach Verschieben,
um die Rückprojektion
zu verwenden. Die erforderliche geometrische Verschiebung ist abhängig von
der Tiefe als auch von der Weite jeder einzelnen Pixelposition von
der Grenze für
jeden Projektionswinkel und wird empirisch bestimmt aus den Phantom-Scans.
-
Während diese
Erfindung beschrieben worden ist als bevorzugtes Design aufweisend,
ist diese dahingehend zu verstehen, daß sie für weitere Modifikationen, Verwendungen
und/oder Anpassungen geeignet ist, im allgemeinen dem Prinzip der
Erfindung folgend und einschließend
solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung, die mit bekannter
oder üblicher
Praxis aus dem Stand der Technik sich ergeben, zu denen die Erfindung
aufrechterhalten wird, und auf die wesentlichen aufgestellten Merkmale
appliziert werden kann und in den Schutzbereich der Erfindung oder
Grenzen der angehängten
Ansprüche
fallen.