AT394654B - Testphantom zur laufenden kontrolle der bildguete in der roentgendiagnostik - Google Patents

Description

AT 394 654 B

Die Erfindung stellt ein Testphantom zur Kontrolle der Güte eines Röntgenbildes dar.

Die Nutzung von Röntgenstrahlung (im Gegensatz zur Korpuskular- <a-, ß-> Strahlung - eine elektromagnetische Wellen- bzw. Photonenstrahlung) für diagnostische Zwecke zur Bilderzeugung (in Form des klassischen Rontgenfilmbildes, der Durchleuchtung oder bei der digitalen Radiographie) stellt - ebenso wie die Strahlentherapie - einen Arbeitsbereich der Radiologie dar. Die Nuklearmedizin, früher hierzu gezählt, später als eigenständiger Bereich definiert, stellt die Anwendung von Radionukliden zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken dar. Als Teilgebiet der nuklearmedizinischen Diagnostik ist die Szintigraphie zu sehen, ein Verfahren, bei dem kurzlebige γ-strahlende Radiopharmaka dem Körper zugeführt, im Körper räumlich verteilt und registriert werden. Die räumliche Verteilungsdichte wird mit der aus dem Körper austretenden Strahlung und entsprechenden Registrierungseinheiten bildgerecht als Szintigramm registriert. Das statische Einzelbild (bei ruhenden Objekten) wird mit einem Scanner aufgenommen, eine Folge von Szintigrammen bei bewegtem Objekt mit der γ-Kamera. Es ist bekannt, daß in diesen Arbeitsbereichen verschiedene Testphantome eingesetzt werden. So gibt es in der konventionellen Röntgendiagnostik verschiedene zur Kontrolle des technischen Zustandes eines Röntgengerätes einsetzbare Testplatten, zur Kontrolle der Dunkelkammerarbeit werden Sensitometer und Densitometer eingesetzt. Zur Kontrolle des gesamten bilderzeugenden Prozesses als auch für "training" und "research" dienen sogenannte Analogphantome, semiantropomorphe und antropomorphe Phantome. Diese Phantome sind zum Teil aus echten Skeletteilen und konservierten tierischen Organen ausgestattet, zum Teil beinhalten sie Kunststoffkopien diverser Gewebe- und Organstrukturen, eingebettet in gewebeäquivalentes unzerbrechliches Plastik. Derartig gestaltete Phantome sind auch in der digitalen Radiographie in Verwendung. Verwiesen sei hier auf das in der Patentschrift EP-Al-218367 (Picker, 4 Seiten) beschriebene, in der Computertomographie zur Kalibrierung des Computertomographen einsetzbare Testphantom, wodurch die Abschätzung des Mineralstoffgehalts des Skelettsystems eines Patienten - wichtig bei bestimmten Stoffwechselstörungen - möglich ist. Dieses Testphantom wird in der "image region" eingebracht und besteht aus einem an 2 Seitenwänden abgeflachten, von der größeren zur kleineren Seitenfläche konisch verlaufenden zylindrischen Behälter aus gewebeäquivalentem Material, gefüllt mit Wasser. Zusätzlich enthält der Gegenstand einen zylindrisch gestalteten "Knochen” definierten Mineralstoffgehalts, wobei sich dieser Teil wiederum aus 2 Teilen, außen der Substantia corticalis (compacta), innen der Substantia spongiosa mit ihren Trabekeln entsprechend, zusammensetzt.

Ein weiteres zu dieser Gruppe zählbares Testphantom wird in der Patentschrift US-PS-4646334 (Zerhouni, 10 Seiten) beschrieben, ebenfalls eingesetzt in der Computertomographie, speziell dort, wo optimale Tomographiebilder einer Thorax-Lungenregion erzeugt werden müssen. Dieses Testphantom simuliert einen Transversalschnitt durch die besagte Körperregion eines Menschen oder Tieres, ist dieser Körperregion in Gestalt und Form angepaßt und besteht aus entbrechenden röntgenographisch gewebeäquivalentem Material, zusätzlich zur Simulation von Lungenkavitäten ausgestattet mit Hohlräumen, wobei in diesen Hohlräumen aus entsprechenden gewebeäquivalentem Material Lungenknötchen simuliert werden.

Als ein weiters, in der Computertomographie bekanntes und dem Anmeldungsgegenstand ähnliches Testphantom sei hierauf die in der Patentanschrift AT-PS 377 689 (Schuy, 3 Seiten) beschriebene Einrichtung zur Messung der abgebildeten Schichtdicke bei einem Computertomographen verwiesen, bestehend aus einem in der Regel als runde Scheibe gestalteten Grundkörper, charakterisiert dadurch, daß Folien oder dünne Platten übereinander gestapelt sind, wobei jede Platte mehrere vom Mittelpunkt jeder Platte im gleichen und/oder mit verschiedenen Abstand angeordnete Inhomogenitäten (Hohlräume, Löcher) aufweist. In bezug auf die einzelnen Lagen sind die Löcher immer um den gleichen bestimmten Winkel gegeneinander versetzt.

In der Patentanschrift AT-PS 377 692 (Schuy, 5 Seiten) wird eine Erfindung zur Prüfung des Verhaltens des Algorithmus des in der Computertomographieanlage enthaltenen Rechners bei der Erstellung des Bildes der gescannten Schicht beschrieben. Das Phantom besteht aus gewebeäquivalentem Material, erzielt aus einem Harzgrundmaterial mit Beimengung von verschiedenen Stoffen, ist zylindrisch gestaltet, mit beliebigem Querschnitt, und weist voneinander getrennte Kammern (Trennwände senkrecht zur Zylinderachse) auf. Diese einzelnen Kammern sind mit einer Mischung von Wasser und Röntgenkontrastmittel definierter röntgenographischer Dichte gefüllt. Die röntgenographische Dichte sinkt bzw. steigt kontinuierlich oder stufenweise in Richtung Längsachse. Zusätzlich ist das Phantom in einem mit Wasser gefüllten Zylinder (Plexiglas) eingebettet. Das Phantom ist mittels Rollen sowie an einer, an der Deckplatte befestigten Antriebseinrichtung bewegbar.

In der Patentschrift US-PS 4280047 (Enos, 4 Seiten) wird ein zur Testung einer γ-Kamera geeignetes Testphantom beschrieben, charakterisiert dadurch, daß in einem geschlossenen rechteckigen Behälter, gefüllt mit z. B. Wasser oder Wasser mit gelöstem organischen und anorganischem Material, eine zu den Wänden der Oberund Unterseite des Behälters distanziert plazierte Treppe eingebaut ist. Die Treppe setzt sich zusammen aus rechteckigen Platten gleichen Flächenmaßes und gleicher Dicke, arrangiert zu Stufen, wobei die Stufenflächen parallel zu den genannten Wänden verlaufen. Auf den Stufenflächen befindet sich zur Simulation von niederkontrastigen Details eine Mehrzahl von gleichartigen, scheibenförmigen Objekten, geometrisch angeordnet, wobei auf jeder Fläche die geometrische Anordnung sechs Gruppierungen erfaßt, indem in jeder einzelnen Gruppe vier Scheiben in den Ecken eines Quadrates mit einer dem doppelten Durchmesser der Scheiben entsprechenden Seitenlänge angeordnet sind. Somit sind die Scheiben zueinander in einer dem 0 entsprechenden Distanz -2-

AT394 654 B angeordnet, eine fünfte Scheibe befindet sich zentral, in der Mitte des Quadrates, von jeder der genannten Eckscheiben in einer dem 1/2 0 entsprechenden Distanz. Der Durchmesser der Scheiben wird von links nach rechts, von Gruppe zu Gruppe kleiner, bzw. von rechts nach links größer.

Die gegenständliche Erfindung besteht darin, daß das Testphantom in Gestalt einer Treppe, die Stufen mit steigender bzw. sinkender röntgenographischer Dichte, aus einzelnen Platten gewebeähnlichen Materials zusammengesetzt ist, wobei die Grundplatte von einer bestimmten Zahl von Hohlräumen (in Form von Löchern kreisrunden Durchmessers) im rechten Winkel zur Basisfläche, parallel zu den Seitenflächen durchsetzt wird. Diese Löcher sind linear angeordnet und unterscheiden sich in der Querrichtung im Durchmesser, in der Längsrichtung weisen sie jedoch gleichen Durchmesser auf und wiederholen sich stets im gleichen, den Abstufungen entsprechenden Abstand.

Die weiteren Platten verkürzen sich jeweils in der Länge um das gleiche Maß, in der Breite sind sie jedoch gleich schmal gestaltet und ohne Bohrungen ausgestattet. Im Röntgenbild sind die bildbestimmenden Parameter (Schwärzungsumfang, Schwärzungen und Schwärzungsdifferenzen <Kontrastverhältnisse>) durch Densitometrie in einem definierten diagnoserelevanten Abschnitt erfaßbar. Durch die Korrelation von Kontrast und Detailerkennbarkeit ist jedoch die Auswertung ohne zusätzliche Meßgeräte und ohne Meßaufwand, lediglich auf Basis des Kontrast-/Detailtests mit Hilfe einer Tabelle oder Graphik möglich. Nach entsprechender Kalibrierung ist die gegenständliche Erfindung universell in Human- und Veterinärmedizin einsetzbar und gestattet die Beurteilung des am Patienten erzeugten Röntgenbildes.

In den Figuren 1-3 ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt,

Figur la zeigt das Testphantom von unten, Fig. lb von oben,

Figur lc zerlegt in einzelne Teile,

Figur ld in seitlicher Ansicht,

Figur 2 zeigt als Beispiel eine Auswertung mittels Graphik.

Im folgenden Abschnitt sei das Beispiel eines zur Beurteilung von Skelettaufnahmen entwickelten Testphantoms beschrieben:

Das Testphantom besteht aus einem radiologisch dem Knochen äquivalenten Material, dem Kunststoff Polyvinylchlorid (P.v.c., der in annähernd gleicher Schichtdicke wie Knochen die gleiche Schwä chung der Röntgenstrahlen bewirkt und ist (Fig. la-d) zusammengesetzt aus 16 Platten der Dicke 1 +/- 0,3 mm. Das Format der Platten ist unterschiedlich; die (1.1) Grundplatte besitzt die Maße 240 mm x 30 mm und enthält (1.1.1-1.1.5) linear angeordnete, durchgehende Bohrungen mit einem Durchmesser 0 von (1.1.1) 03 mm, (1.1.2) 0,5 mm, (1.1.3) 0,7 mm, (1.1.4) 0,9 mm und (1.1.5) 1,1 mm, die sich in einem Abstand von 15 mm jeweils wiederholen.

Die Bohrungen sind mit entsprechenden Spiralbohrem unter Verwendung einer Ständerbohrmaschine gesetzt.

Auf diese Grundplatte sind (1.2-1.16) 15 gleich breite, jedoch um je 15 mm kürzere Plättchen ohne Bohrungen gelegt. Durch diese Anordnung ergibt sich eine Treppe aus insgesamt 16 Stufen. Das Flächenmaß der Stufe beträgt je 15 mm x 30 mm, die Dicken der Stufen sind: 1. Stufe: 1,3 mm 2. Stufe: 2,6 mm 3. Stufe: 3,85 mm 4. Stufe: 5,15 mm 5. Stufe: 6,45 mm 6. Stufe: 7,85 mm 7. Stufe: 9,15 mm 8. Stufe: 10,25 mm 9. Stufe: 11,60 mm 10. Stufe: 12,90 mm 11. Stufe: 14,15 mm 12. Stufe: 15,45 mm 13. Stufe: 16,65 mm 14. Stufe: 17,85 mm 15. Stufe: 19,00 mm 16. Stufe: 20,25 mm

Die Meßwerte sind mittels Schublehre mit Nonius, auf 1/20 mm genau ermittelt. Die einzelnen Stufen entsprechen somit unterschiedlich dünnen Knochen, von etwa 1,0 mm bis etwa 20 mm Durchmesser. Eine derartige Stufentreppe ist auch für dicke Knochen erweiterbar.

Eine Beschichtung mit einem, dem Weichteilgewebe (Gelenksknorpel, -kapsel, -schmiere, Bänder, Sehnen, Muskulatur, Gefäße, Nerven, Bindegewebe und Haut) äquivalenten Material kann bei Bedarf durchgefiihrt werden.

Eine entsprechende Kalibrierung für die verschiedenen Skelettregionen macht die gegenständliche Erfindung anwendbar.

Das Prinzip der Kalibrierung besteht hier darin, für jeweils eine bestimmte Skelettregion eine Vermessung zwischen dem jeweiligen Objekt und der Treppe durchzufiihren, um dann den entbrechenden Stufenbereich, bzw. die entsprechende Zahl von Stufen als diagnoserelevanten Abschnitt festzulegen. Bei simultaner Darstellung wird das optimale Röntgenbild dadurch definiert, daß die bildbestimmenden Parameter (Schwärzungsumfang, Schwärzungen und Schwärzungsdifferenzen <Kontrastverhältnisse>) im diagnoserelevanten Abschnitt durch -3-

Claims (3)

1. AT 394 654 B Densitometrie (Messung der optischen Dichte o. D.) bestimmte Kriterien erfüllen müssen (Schwärzungsumfang Δ o. D. 1,80; alle bilwichtigen Schwärzungen im diagnostisch nutzbaren Bereich 0,26 < o. D. < 2,00; ca. 30 wahrnehmbare Schwärzungsdifferenzen bei einem gerade noch wahrnehmbaren Kontrastunterschied von Δ o. D. 0,06). Diese Ergebnisse werden dann in Korrelation mit der Detailerkennbarkeit gesetzt und somit ergibt sich letztlich eine zur Auswertung dienliche Graphik bzw. Tabelle. Auf Grund des eingetragenen Ergebnisses ist zwar eine kausale Analyse der Fehler nicht möglich, jedoch wird darauf hingewiesen, ob das Bild für diagnostische Zwecke geeignet ist oder nicht. Fig. 2 zeigt die zur Gütebeurteilung des Röntgenbildes einer distalen Extremität (Hund) erforderliche Graphik. In beschriebener Weise können für weitere Skelettregionen des Hundes, der Katze, des Pferdes usw., aber auch für den Menschen Kalibrierungen durchgeführt werden. Gleiches gilt auch für die anderen Körpersystemen äquivalenten Modelle. PATENTANSPRÜCHE 1. Testphantom für die Röntgendiagnostik zur Bestimmung der Güte eines Röntgenbildes, in Gestalt einer Treppe, mit Stufen von steigender bzw. sinkender röntgenographischer Dichte, zusammengesetzt aus einzelnen Platten gewebeäquivalenten Materials und mit Hohlräumen ausgestattet, gekennzeichnet dadurch, daß die Grundplatte (1.1) von einer bestimmten Zahl von Hohlräumen in Form von Löchern kreisrunden Durchmessers, (1.1.1 bis 1.1.5) im rechten Winkel zur Basisfläche, parallel zu den Seitenflächen durchsetzt wird, wobei die Löcher linear angeordnet, sich in der Querrichtung im Durchmesser unterscheiden, in der Längsrichtung jedoch gleichen Durchmesser aufweisen und sich stets im gleichen Abstand, der Stufenbreite entsprechend wiederholen, und daß die weiteren Platten (12 bis 1.16) sich jeweils in der Länge um das gleiche Maß verkürzen, in der Breite jedoch gleich schmal gestaltet und ohne Bohrungen ausgestattet sind.
2. 2. Das Testphantom nach Anspruch 1 weiters dadurch gekennzeichnet, daß die Maße wahlweise so gestaltet werden können, daß eine Plazierung auf jeder Röntgenkassette beliebigen Formats möglich ist Hiezu
3. 3 Blatt Zeichnungen -4-