DE102005022544A1

DE102005022544A1 - Verfahren und Einrichtung zum Aufnehmen eines digitalen Röntgenbildes

Info

Publication number: DE102005022544A1
Application number: DE102005022544A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Mertelmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-23
Also published as: FI122544B; US7313225B2; US20060262904A1; FI20060475A0; FI20060475A

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Aufnehmen eines digitalen Röntgenbildes von einem Untersuchungsobjekt (4) mit einem digitalen Röntgenempfänger (10) wird dieses aus einer Mehrzahl von zeitlich nacheinander aufgenommenen und sich jeweils zumindest in einem diagnostisch relevanten Objektbereich überlagernden Einzelbildern (B¶i¶) zusammengesetzt, wobei zumindest ein aus einer Anzahl von Einzelbildern (B¶i¶) zusammengesetztes Zwischenbild (B¶i¶, SIGMAB¶i¶) zur Steuerung zumindest eines zur Erzeugung des Röntgenbildes (B) verwendeten Aufnahmeparameters (P¶i¶) ausgewertet wird. Durch diese Maßnahme ist bei der Aufnahme digitaler Röntgenbilder eine Belichtungssteuerung ohne zusätzliche Dosisbelastung möglich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Einrichtung zum Aufnehmen eines digitalen Röntgenbildes von einem Untersuchungsobjekt.

Bei der Aufnahme eines Röntgenbildes von einem Untersuchungsobjekt, beispielsweise bei der Mammographie, muss sichergestellt sein, dass die Aufnahmeparameter, insbesondere die Belichtungszeit, korrekt eingestellt sind, um eine zur diagnostischen Auswertung geeignete Bildqualität zu gewährleisten. Um die Strahlenbelastung des durchstrahlten Bereiches des Untersuchungsobjektes auf das diagnostisch erforderliche Minimum zu beschränken, wird angestrebt, die Aufnahmeparameter bereits bei der ersten Aufnahme korrekt einzustellen. Hierzu wird im Stand der Technik eine sogenannte Belichtungsautomatik (AEC, automatic exposure control) verwendet. In der analogen Mammographie sind hierzu, in Fortpflanzungsrichtung der Röntgenstrahlen gesehen, hinter dem Röntgenfilm eine Mehrzahl von Festkörperdetektoren angeordnet, die die Intensität des durch den Röntgenfilm transmittierten Röntgenstrahles messen, und deren Ausgangssignal zum Steuern der Aufnahmeparameter (z.B. Belichtungszeit, Betriebsspannung der Röntgenröhre, Röhrenstrom, Anoden-Filter-Kombination) verwendet wird.

Aufgrund der höheren Absorption der bei der Aufnahme von digitalen Röntgenbildern verwendeten Festkörperdetektor-Arrays ist eine solche Vorgehensweise bei der Aufnahme digitaler Röntgenbilder nicht möglich. Bei der digitalen Röntgenaufnahme werden deshalb die zur Steuerung der Belichtung geeigneten Aufnahmeparameter in einem sogenannten Vorschuss (preshot) mit verringerter Dosis ermittelt, bei dem jeweils eine Vielzahl von Einzeldetektoren des matrixförmigen Festkörperdetektor-Arrays zu einem Messfeld zusammengefasst werden, und eine mittlere Intensität innerhalb dieses Messfeldes gebildet wird. Auf diese Weise werden eine Vielzahl von Messfeldern, beispielsweise 600 Messfelder, erzeugt, in denen jeweils die mittlere Helligkeit bestimmt wird. Aus diesen 600 Mittelwerten werden dann die Aufnahmeparameter, insbesondere die Belichtungszeit für die darauffolgende Aufnahme des digitalen Röntgenbildes abgeleitet. Durch diese Mittelwertbildung können die bei dem Vorschuss gewonnenen Messdaten diagnostisch nicht verwertet werden und stellen somit eine zusätzliche Strahlenbelastung für die Patienten dar.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufnehmen eines digitalen Röntgenbildes von einem Untersuchungsobjekt mit einem digitalen Röntgenempfänger anzugeben, bei dem der vorstehend genannte Nachteil vermieden ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens anzugeben.

Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird das digitale Röntgenbild aus einer Mehrzahl von zeitlich nacheinander aufgenommenen und sich jeweils zumindest in einem diagnostisch relevanten Objektbereich überlagernden Einzelbildern zusammengesetzt, wobei zumindest ein aus einer Anzahl von Einzelbildern zusammengesetztes Zwischenbild zur Steuerung zumindest eines zur Erzeugung des folgenden Einzelbildes verwendeten Aufnahmeparameters ausgewertet wird. Da zur Steuerung des Aufnahmeparameters ein Zwischenbild ausgewertet wird, das aus einer Anzahl von mit entsprechend dem verwendeten digitalen Röntgendetektor maximal möglicher räumlicher Auflösung vorliegenden Einzelbildern, beispielsweise aus dem ersten Einzelbild oder aus einer Mehrzahl von Einzelbildern zusammengesetzt ist, das seinerseits zur Erzeugung des fertigen Röntgenbildes (Endbild) verwendet wird, ist ein mit einer unnötigen Dosisbelastung einhergehender diagnostisch nicht verwertbarer Vorschuss (preshot) nicht mehr erforderlich.

Unter Aufnahmeparametern sind dabei alle Größen zu verstehen, die den Betrieb der Röntgenröhre festlegen. Dies sind vor allem die Belichtungszeit, sowie Betriebsparameter der Röntgenröhre wie beispielsweise Anoden-Filter-Kombinationen, Hochspannung oder Röhrenstrom, sowie außerdem gegebenenfalls vorhandene steuerbare Blenden, mit denen das Bildfeld begrenzt werden kann.

Die Einzelbilder überlagern sich dabei jeweils zumindest in einem diagnostisch relevanten Objektbereich, wobei die in den Einzelbildern jeweils wiedergegebenen Bildfelder identisch sein können. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, nach Auswertung eines oder mehrerer Einzelbilder, das Bildfeld auf das diagnostisch notwendige Ausmaß durch eine steuerbare Blende zu begrenzen.

Da das Zwischenbild, das aus einem einzigen Einzelbild, vorzugsweise dem zuerst gewonnenen Einzelbild oder aus einem aus einer Serie aufeinanderfolgender Einzelbilder zusammengesetztem Zwischenbild bestehen kann, auch für sich genommen diagnostisch verwertbar ist, lassen sich durch dessen Auswertung auch andere Aufnahmeparameter bestimmen. Wenn zusätzlich die Dicke des Untersuchungsobjektes erfasst wird, kann aus dem zumindest einen in hoher Auflösung vorliegenden Zwischenbild für jeden Bildpunkt (pixel) die Zusammensetzung des Gewebes – Fettanteil, Drüsenanteil, eventuelle vorhandene Mikrokalzifikationen – des Untersuchungsobjektes längs des Röntgenstrahls abgeleitet und als zusätzliches Kriterium für die Steuerung des Aufnahmeparameters verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der zumindest eine Aufnahmeparameter in Abhängigkeit von einem mittleren Intensitätswert in zumindest einem vorgegebenen Gebiet innerhalb des Zwischenbildes, insbesondere unter ergänzender Berücksichtigung der Dicke des Untersuchungsobjektes bestimmt.

Werden jeweils die aus vorhergehenden Einzelbildern gewonnenen Zwischenbilder ausgewertet, so kann der Aufnahmeparameter sukzessiv optimiert werden.

Insbesondere kann das aus einem einzigen Einzelbild, beispielsweise dem ersten Einzelbild gebildete oder aus einer Mehrzahl von Einzelbildern zusammengesetzte Zwischenbild zur Entscheidung über die Fortführung oder den vorzeitigen Abbruch der Aufnahme des Röntgenbildes ausgewertet werden. So kann beispielsweise in der Mammographie durch entsprechende Auswertealgorithmen festgestellt werden, ob die Brust richtig, d.h. den medizinischen Regeln entsprechend, auf dem Patiententisch positioniert ist. Bei sogenannten MLO-Aufnahmen muss beispielsweise der Pectoralmuskel bis zur Höhe der Brustwarze auf dem Bild erkennbar sein und konvex erscheinen. Ebenso können Artefakte, beispielsweise Detektorfehler bereits im Zwischenbild festgestellt werden und einen Abbruch empfehlen.

Werden zumindest zwei Zwischenbilder miteinander verglichen, kann anhand dieses Vergleiches entschieden werden, ob die Aufnahme des Röntgenbildes fortgesetzt oder abgebrochen wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn aufgrund einer Patientenbewegung sich das Untersuchungsobjekt während einer Aufnahmesequenz verlagert.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 11, deren Vorteile sich ebenso wie die Vorteile der in den nachgeordneten Unteransprüchen enthaltenen Merkmale sinngemäß aus den Vorteilen der diesen Patentansprüchen jeweils zugeordneten Verfahrensansprüche ergeben.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung in einem schematischen Prinzipbild,

2 ein Flussdiagramm, in dem das Verfahren gemäß der Erfindung veranschaulicht ist.

Gemäß dieser Figur enthält die Einrichtung, im Ausführungsbeispiel, ein Mammographiegerät, eine Röntgenröhre 2 zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, die ein Untersuchungsobjekt 4 durchqueren. Das Untersuchungsobjekt 4, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine weibliche Brust, ist zwischen einer Kompressionsplatte 6 und einer Lagerplatte 8 eingebettet. Die das Untersuchungsobjekt 4 und die Kompressionsplatten 6 und 8 durchquerende Röntgenstrahlung 9 wird von einem digitalen Röntgendetektor 10 empfangen, der aus einer Vielzahl von in einem matrixförmigen Array angeordneten Einzeldetektoren 12 aufgebaut ist. Die Messsignale der Einzeldetektoren 12 werden in einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 mit einem Bildrechner 16 zu einem digitalen Einzelbild B_i zusammengesetzt. Im Ausführungsbeispiel ist eine Situation dargestellt, in der eine Blende 17 das von der Röntgenstrahlung 9 in der Empfangsebene erfasste Bildfeld derart begrenzt, dass es die gesamte Empfangsfläche des Röntgendetektors 10 ausfüllt.

Durch eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Einzelschüssen werden eine Vielzahl von Einzelbildern B_i aufgenommen und in einem Bildspeicher 18 gespeichert und summiert. Aus einem Einzelbild B_i oder durch Summation einer Mehrzahl von gespeicherten Einzelbildern B_i werden Zwischenbilder ΣB_i gebildet (das Summenzeichen Σ bedeutet somit nicht, dass ein Zwischenbild ΣB_i zwangsläufig aus der Summe mehrerer Einzelbilder bestehen muss) und in einer Auswerteeinrichtung 20 ausgewertet und es werden die für die nachfolgende Aufnahme geeigneten Aufnahmeparameter P_i+1 ermittelt und zu Steuersignalen S_i+1 weiterverarbeitet, mit denen die Röntgenröhre 2 gesteuert wird.

In der Auswerteeinrichtung 20 werden außerdem die Zwischenbilder ΣB_i miteinander verglichen, um eine Verlagerung des Untersuchungsobjektes 4 zu erkennen. Wird eine solche Verlagerung festgestellt, erfolgt ein Abbruch der Aufnahmesequenz. Andernfalls wird die Aufnahmesequenz fortgesetzt und beendet. Nach dem Ende der Aufnahmesequenz werden die Einzelbilder B_i zu einem fertigen, diagnostisch verwertbaren digitalen Röntgenbild B (Endbild) zusammengesetzt und in einer Wiedergabeeinrichtung wiedergegeben.

In der Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 werden für die Bildauswertung außerdem noch die Dicke d des Untersuchungsobjekts, d.h. der Abstand der Kompressionsplatten 6 und 8 erfasst und berücksichtigt.

Gemäß 2 wird in einem ersten Schritt i = 1 mit einem ersten voreingestellten Parametersatz P_i = P₁ ein erstes Einzelbild B_i = B₁ mit einer Dosis erzeugt, die signifikant kleiner ist als eine in der Regel für ein diagnostisch verwertbares Röntgenbild benötigte Dosis und beispielsweise gegenüber dieser Dosis um den Faktor 10 verringert ist. Anhand des aus dem ersten Einzelbild B_i = B₁ bestehenden Zwischenbildes ΣB_i = B₁ werden nun das Steuersignal S_i+1 = S₂ sowie die Aufnahmeparameter P_i+1 = P₂ für die Aufnahme des nächsten Einzelbildes B_i+1 = B₂ ermittelt. Zugleich wird anhand des zuerst gewonnenen Zwischenbildes ΣB_i überprüft, ob das Untersuchungsobjekt korrekt positioniert ist. Im Falle einer unkorrekten Positionierung, im Flussdiagramm veranschaulicht durch den Wert K = 0 eines binären Kontrollsignals K, erfolgt ein Abbruch der Aufnahmesequenz. Andernfalls (K = 1) wird der Laufindex i um 1 erhöht, und mit dem neu ermittelten Parametersatz P_i+1 = P₂ die Aufnahme des nächsten Einzelbildes B_i+1 = B₂ vorgenommen. Dieses nächste Einzelbild B₂ wird mit dem aus dem vorhergehenden Einzelbild B₁ bestehenden Zwischenbild ΣB_i = B₁ oder für i > 2 mit vorhergehenden Zwischenbildern ΣB_i verglichen, um eine Verlagerung des Untersuchungsobjektes festzustellen. Wird eine solche Verlagerung erkannt, erfolgt ein Abbruch der Aufnahmesequenz (K = 0). Dieser Vorgang wird für den Fall, dass in keinem der Einzelschritte ein Abbruch indiziert ist, solange wiederholt, bis der Laufindex i eine vorgegebene Anzahl n überschreitet. Auf diese Weise werden sukzessive eine Anzahl n von Einzelbildern B_i mit jeweils optimierten Aufnahmeparametern P_i aufgenommen und am Ende zu dem fertigen Röntgenbild

zusammengesetzt.

Abweichend zu dem in der 2 dargestellten Verfahrensablauf, bei dem nach jedem Einzelbild B_i eine Überprüfung und Neubestimmung der Aufnahmeparameter P_i erfolgt, ist es grundsätzlich auch möglich, die nach dem ersten Einzelbild B₁ ermittelten Aufnahmeparameter P₂ für alle darauf folgenden Aufnahmen B₂ bis B_n zu verwenden. Alternativ hierzu kann auch eine erste Aufnahmesequenz bis zu einem m-ten Einzelbild B_m mit konstanten Aufnahmeparametern P₂ durchgeführt werden, wobei m < n, und aus einem aus diesen Einzelbildern B₁–B_m gebildeten Zwischenbild B₁ + B₂ + ... + B_m die Aufnahmeparameter P_m+1 für die restlichen Einzelbilder B_m+1–B_n ermittelt werden. Mit anderen Worten: Es ist nicht zwingend erforderlich, vor der Aufnahme eines jeden Einzelbildes B_i anhand der vorhergehenden Einzelbilder B₁, ..., B_i–1 die Aufnahmeparameter P_i erneut zu bestimmen. So können beispielsweise bei einer vorgewählten Anzahl n = 10 Einzelaufnahmen die Einzelbilder B₂–B₅ alle mit denselben Aufnahmeparametern P₂ durchgeführt werden, wie sie anhand der Auswertung des ersten Einzelbildes B₁ ermittelt worden sind. Ein aus den nunmehr vorliegenden 5 Einzelbildern B₁–B₅ durch Summation gebildetes Zwischenbild ΣB_i kann nun, gegebenenfalls durch zusätzliche Auswertung der Dicke des durchstrahlten Bereiches herangenommen werden, um die Aufnahmeparameter P₆ zu ermitteln, die dann für die darauf folgenden restlichen Einzelaufnahmen B₆–B₁₀ verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Aufnehmen eines digitalen Röntgenbildes (B) von einem Untersuchungsobjekt (4) mit einem digitalen Röntgenempfänger (10), bei dem dieses aus einer Mehrzahl von zeitlich nacheinander aufgenommenen und sich jeweils zumindest in einem diagnostisch relevanten Objektbereich überlagernden Einzelbildern (B_i) zusammengesetzt wird, wobei zumindest ein aus einer Anzahl von Einzelbildern (B_i) zusammengesetztes Zwischenbild (ΣB_i) zur Steuerung zumindest eines zur Erzeugung des Röntgenbildes (B) verwendeten Aufnahmeparameters (P_i) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zumindest das zuerst gewonnene Einzelbild (B₁) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zumindest eine Aufnahmeparameter (P_i) die Belichtungszeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Dicke (d) des Untersuchungsobjektes (4) bestimmt wird und aus dem zumindest einem Zwischenbild (ΣB_i) die Zusammensetzung des Gewebes des Untersuchungsobjektes (4) abgeleitet und als zusätzliches Kriterium für die Steuerung des zumindest einen Aufnahmeparameters (P_i) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem als zumindest ein weiterer Aufnahmeparameter (P_i) ein Betriebsparameter der zum Erzeugen der Röntgenstrahlung (9) verwendeten Röntgenröhre (2) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Zwischenbild (ΣB_i) zur Entscheidung über die Fortführung oder den vorzeitigen Abbruch der Aufnahme des Röntgenbildes (B) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest zwei Zwischenbilder (ΣB_i) miteinander verglichen werden und anhand dieses Vergleiches entschieden wird, ob die Aufnahme des Röntgenbildes (B) fortgesetzt oder abgebrochen wird.
Einrichtung zum Aufnehmen eines digitalen Röntgenbildes (B) von einem Untersuchungsobjekt (4), insbesondere Mammographiegerät, mit einer Röntgenröhre (2) und einem digitalen Röntgenempfänger (10), sowie mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) zum zeitlich aufeinanderfolgenden Aufnehmen und Zusammensetzen einer Mehrzahl von Einzelbildern (B_i) und zum Steuern zumindest eines zur Erzeugung des Röntgenbildes (B) verwendeten Aufnahmeparameters (P_i) durch Auswertung eines zumindest aus einer Anzahl von Einzelbildern (B_i) zusammengesetzten Zwischenbildes (ΣB_i).
Einrichtung nach Anspruch 8, bei der zumindest das zuerst gewonnene Einzelbild (B₁) ausgewertet wird.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der zumindest eine Aufnahmeparameter (P_i) die Belichtungszeit ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen der Dicke (d) des Untersuchungsobjektes (4) im bestrahlten Bereich, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) Mittel zum Bestimmen Zusammensetzung des Gewebes des Untersuchungsobjektes (4) aus dem zumindest einem Zwischenbild (ΣB_i) umfasst und diese als zusätzliches Kriterium für die Steuerung des Aufnahmeparameters (P_i) verwendet.
Einrichtung nach Anspruch 11, bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) als zumindest einen weiteren Aufnahmeparameter (P_i) einen Betriebsparameter der zum Erzeugen der Röntgenstrahlung (9) verwendeten Röntgenröhre (2) steuert.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) das Zwischenbild (ΣB_i) zur Entscheidung über die Fortführung oder den vorzeitigen Abbruch der Aufnahme des Röntgenbildes (B) auswertet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei der die Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) zumindest zwei Zwischenbilder (ΣB_i) miteinander vergleicht und anhand dieses Vergleiches die Aufnahme des Röntgenbildes (B) fortsetzt oder abbricht.