DE102004030833A1 - Röngtendiagnostikverfahren und zugehörige Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Röntgendiagnostikverfahren, insbesondere zur Anwendung in der Angiographie und Kardiologie, angegeben, mit welchem in einfach handhabbarer Weise eine besonders gute Bildqualität bei gleichzeitig vergleichsweise geringer Strahlungsbelastung für den Patienten (P) und das medizinische Personal erreichbar ist. Es wird weiterhin eine zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Röntgenvorrichtung (1) mit einem Röntgenstrahler (2), einem Röntgendetektor (3) und einer Steuereinheit (10) zur Ansteuerung des Röntgenstrahlers (2) angegeben. Dabei ist der Steuereinheit (10) ein Bedienelement (15) zugeordnet, mittels welchem ein die Bildqualität, die Detektoreingangsdosis oder das Kontrast-Rausch-Verhältnis charakterisierender Steuerparameter (S) stufenlos variierbar vorgebbar ist, in Abhängigkeit von welchem durch die Steuereinheit (10) eine Anzahl von Aufnahmeparametern (U, I, t, F) eingestellt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein insbesondere digitales Röntgendiagnostikverfahren, insbesondere zur Anwendung in der Angiographie und Kardiologie. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Röntgenvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Bei Röntgenuntersuchungen in der Angiographie und Kardiologie ist eine hervorragende Bildqualität von besonderer Bedeutung, um deutlich zwischen den hier untersuchten, vergleichsweise schwach absorbierenden Körperstrukturen, insbesondere Gewebe und Gefäßen sowie gegebenenfalls vorhandenen Kathedern und Stents unterscheiden zu können. Gleichzeitig ist jedoch zu beachten, dass der Patient und das medizinische Personal einer möglichst geringen Röntgendosis ausgesetzt werden.
  • Es ist daher üblich, eine gattungsgemäße Röntgenvorrichtung in zwei Betriebsmodi, nämlich Durchleuchtung und Akquisition, zu betreiben. Dabei werden im Zuge der Durchleuchtung mit vergleichsweise geringer Röntgendosis vorbereitende Schritte, z.B. die Positionierung des Patienten in der gewünschten Belichtungsposition, die Wahl eines bestimmten Aufnahmeausschnitts oder die Wahl bestimmter Aufnahmeparameter vorgenommen. Die eigentliche Aufnahme des zu Diagnosezwecken herangezogenen Röntgenbilds folgt anschließend im Zuge der Akquisition mit demgegenüber vergleichsweise hoher Strahlungsintensität.
  • Es sind des Weiteren, z.B. aus der US 6,222,907 B1 oder der US 6,233,310 B1 Verfahren bekannt, bei welchen die Bildqualität einer Röntgenaufnahme oder die Detektoreingangsdosis gesteuert bzw. geregelt werden, indem in Abhängigkeit der Tiefe des durchstrahlten Körpergewebes (oder Patientendicke) und in Abhängigkeit des als SID (Source-Image-Distance) bezeichneten Abstands zwischen dem Röntgenstrahler und dem Detektor der Röntgenvorrichtung vorgegebene Aufnahmeparameter, insbesondere die Röhrenspannung (kV), der Röhrenstrom (mA), die Belichtungszeit (ms) sowie die Einstellung eines dem Röntgenstrahler vorgeschalteten Röntgenfilters derart eingestellt werden, dass bei möglichst geringer Patientendodis eine konstante Bildqualität bzw. Detektoreingangsdosis erreicht wird.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere zur Anwendung in der Angiographie und Kardiologie geeignetes Röntgendiagnostikverfahren, anzugeben, mittels welchem auf einfach handhabbare Weise eine besonders gute Bildqualität bei gleichzeitig besonders geringer Röntgenbelastung für den Patienten und das medizinische Personal erzielbar ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Röntgenvorrichtung anzugeben.
  • Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach wird ein Steuerparameter vorgegeben, der derart mit einer Anzahl von Aufnahmeparametern verknüpft ist, dass er ein Maß für die Bildqualität, die Detektoreingangsdosis oder das Kontrast-Rausch-Verhältnis darstellt. Der Steuerparameter ist hierbei stufenlos variierbar, so dass durch Variation des Steuerparameters die Bildqualität, die Detektoreingangsdosis bzw. das Kontrast-Rausch-Verhältnis direkt und stufenlos einstellbar ist. Die Verknüpfung des Steuerparameters mit den Aufnahmeparametern erfolgt wahlweise durch Vorgabe eines Sets von funktionalen Abhängigkeiten, d.h. mathematischen Funktionen, Kennlinienfeldern, etc., durch welche jedem Aufnahmeparameter ein von dem Wert des Steuerparameters abhängiger Wert zugewiesen wird, wahlweise indem der Steuerparameter im Zuge einer Regelung als Sollwert der Detektoreingangsdosis oder des Kontrast-Rausch-Verhältnisses vorgeben wird.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen stufenlosen Einstellmöglichkeit kann der behandelnde Arzt, wann immer er eine Anpassung der Bildqualität bzw. Detektoreingangsdosis für zweckdienlich erachtet, diese durch Betätigung eines einzelnen Bedienelements schnell und direkt vornehmen. Verfahrensgemäß werden die mit dem Steuerparameter verknüpften Aufnahmeparameter automatisch im Hintergrund derart nachgestellt, dass die durch den Steuerparameter vorgegebene Erhöhung oder Erniedrigung der Bildqualität, der Detektoreingangsdosis bzw. des Kontrast-Rausch-Verhältnisses vollzogen wird. Dem behandelnden Arzt ist somit die Möglichkeit gegeben, zu jedem Zeitpunkt einer Röntgenuntersuchung stets eine Bildqualität einzustellen, die hinreichend gut ist, um den momentanen Anforderungen zu genügen. Dem Arzt ist andererseits die Möglichkeit gegeben, die Bildqualität zu jedem Zeitpunkt auf das gerade erforderliche Maß zu beschränken und hierdurch gleichzeitig die Strahlenbelastung für den Patienten und sich selbst zu minimieren.
  • Als Aufnahmeparameter werden bevorzugt die Röhrenspannung, der Röhrenstrom, die Belichtungszeit und/oder die Einstellung eines Röntgenfilters, insbesondere die Filterdicke, herangezogen. In zweckmäßiger Ausführung des Verfahrens werden die Aufnahmeparameter nicht nur in Abhängigkeit des Steuerparameters, sondern zusätzlich in Abhängigkeit mindestens einer weiteren Eingangsgröße angesteuert. Als Eingangsgröße werden hierbei bevorzugt die Patientendicke, der SID und/oder ein Bildvergrößerungsfaktor herangezogen.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Steuerparameter zu jedem Zeitpunkt eine Röntgenuntersuchung, d.h. insbesondere auch während einer Belichtungsphase variierbar ist, so dass der behandelnde Arzt auch während der Bildaufnahme die Aufnahmebedingungen an die aktuellen Anforderungen anpassen kann. Dies verhindert, dass der Arzt aufgrund von Bildqualitätsproblemen falsche Diagnosen stellt, seine Behandlung abändern oder sogar abbrechen muss. Zudem hat der Arzt hier durch eine direkte Kontrolle auf die Patientendosis und kann diese, durch Verzicht auf überdurchschnittliche Bildqualität jederzeit signifikant reduzieren.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mehrere alternative Sets funktionaler Abhängigkeiten zur Verknüpfung des Steuerparameters mit den Aufnahmeparametern bereitgestellt werden, unter denen der behandelnde Arzt auswählen kann. Hierdurch wird insbesondere ermöglicht, verschiedene zu untersuchende Objekte oder Strukturen, z.B. Jod als Kontrastmittel, Gefäße, Stents, etc., zu definieren, in Bezug auf welche die Bildqualität wahlweise optimiert wird. Beispielsweise ist ein entsprechendes Set funktionaler Abhängigkeiten auswählbar, das Stents besonders kontrastierend abbildet, etc.
  • Bezüglich der Röntgenvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs B. Die Vorrichtung umfasst danach einen Röntgenstrahler, einen digitalen Röntgendetektor sowie eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Röntgenstrahlers. Der Steuereinheit ist hierbei ein Bedienelement zugeordnet, mittels welchem der Steuereinheit ein stufenlos einstellbarer Steuerparameter vorgebbar ist, in Abhängigkeit von welchem die Steuereinheit in Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eine Anzahl von Aufnahmeparametern einstellt.
  • Das Bedienelement ist bevorzugt als Joystick, Fußpedal, Drehknopf oder Drehrad oder als Trackball ausgeführt. Anstelle eines physikalisch-gegenständlichen Bedienelements kann jedoch auch ein virtuelles Bedienelement vorgesehen sein, welches innerhalb einer grafischen Benutzeroberfläche einer Bedienungssoftware implementiert ist.
    •
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
  • 1 schematisch eine Röntgenvorrichtung mit einem Röntgenstrahler, einem Röntgendetektor, einer Steuereinheit sowie einem dieser zugeordneten Bedienelement,
  • 2 in einem schematischen Flussdiagramm die Steuereinheit der Vorrichtung gemäß 1, und
  • 3 in Darstellung gemäß 2 eine modifizierte Ausführung der Steuereinheit.
  • Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die in 1 schematisch dargestellte Röntgenvorrichtung 1 umfasst einen Röntgenstrahler 2, einen digitalen Röntgendetektor (nachfolgend kurz: Detektor) 3 sowie ein Steuer- und Auswertesystem 4. Dem Röntgenstrahler 2 und dem Detektor 3 sind in einer Strahlungsrichtung 5 eine Tiefenblende 6 und ein Streustrahlenraster 7 zwischengeschaltet.
  • Die Tiefenblende 6 dient dazu, ein Teilbündel einer gewünschten Größe aus der von dem Röntgenstrahler 2 erzeugten Röntgenstrahlung R auszuschneiden, das durch einen zu untersuchenden Patienten P oder einen zu untersuchenden Gegenstand und das Streustrahlenraster 7 auf den Detektor 3 fällt. Die Tiefenblende 6 enthält zudem eine Filteranordnung 8, durch welche die vom Röntgenstrahler 2 erzeugte Röntgenstrahlung R abgeschwächt und/oder hinsichtlich ihrer Spektralverteilung modifiziert werden kann. Die Filteranordnung 8 ist insbesondere hinsichtlich ihrer Filterdicke F (2) einstellbar.
  • Das Streustrahlenraster 7 dient zur Ausblendung von Streustrahlung, die unter einem kleinen Winkel auf den Detektor 3 auftrifft und ein von dem Detektor 3 aufgenommene Röntgenbild B verfälschen würde.
  • Der Röntgenstrahler 2 und der Detektor 3 sind an einem Stativ 9 oder oberhalb und unterhalb eines Untersuchungstischs verstellbar befestigt.
  • Das Steuer- und Auswertesystem 4 umfasst eine Steuereinheit 10 zur Ansteuerung des Röntgenstrahlers 2 und/oder des Detektors 3. Die Steuereinheit 10 ist zur Ansteuerung des Röntgenstrahlers 2 über eine Datenleitung 11 mit einem Röntgengenerator 12 verbunden, der zur Strahlungserzeugung eine elektrische Versorgungsspannung V generiert und an den Röntgenstrahler 2 ausgibt. Der Spannungsbetrag (nachfolgend als Röhrenspannung U bezeichnet) und die Stromstärke (nachfolgend als Röhrenstrom I bezeichnet) der Versorgungsspannung V werden zusammen mit der Belichtungszeit von der Steuereinheit 10 eingestellt und dem Röntgengenerator 12 als Aufnahmeparameter vorgegeben. Ebenso wird durch die Steuereinheit 10 die Filterdicke F eingestellt und der Tiefenblende 6 als Aufnahmeparameter vorgegeben.
  • Die Steuereinheit 10 ist ein Software-Bestandteil einer Datenverarbeitungsanlage 13, die bevorzugt weitere Software-Bestandteile zum Aufbereiten und Auswerten von Röntgenbildern B aufweist, die von dem Detektor 3 erzeugt und über die Datenleitung 11 an die Datenverarbeitungsanlage 13 übermittelt werden.
  • Die Datenverarbeitungsanlage 13 ist zur Ein- und Ausgabe von Daten mit Peripheriegeräten 14, wie z.B. einem Bildschirm und einer Tastatur, verbunden. Die Datenverarbeitungsanlage 13 ist zudem mit einem Bedienelement 15 verbunden, das bevorzugt als Joystick aufgeführt ist, und mittels welchem der Steuereinheit 10 ein Steuerparameter S zur Einstellung der Bildqualität oder der Detektoreingangsdosis vorgebbar ist.
  • 2 zeigt schematisch eine erste Ausführung der Steuereinheit 10 sowie die dieser zugeführten bzw. von dieser ausgegebenen Größen. Der Darstellung ist zu entnehmen, dass der Steuereinheit 10 zusätzlich zu dem Steuerparameter S der Abstand SID zwischen Röntgenstrahler 2 und Detektor 3 und die Patientendicke D, d.h. die Tiefe des durchstrahlten Gewebes des Patienten P als Eingangsgrößen zugeführt werden. Ausgangsgrößen der Steuereinheit 10 sind, wie bereits erwähnt, die Röhrenspannung U, der Röhrenstrom I, die Belichtungszeit t und die Filterdicke F.
  • Der Steuerparameter S ist ein Signal, dessen Betrag von dem behandelnden Arzt durch Betätigung des Bedienelementes 15 jederzeit stufenlos innerhalb vorgegebener Grenzen, z.B. zwischen 0 und 1, einstellbar ist. Als „stufenlos" wird die Einstellbarkeit des Steuerparameters S auch dann verstanden, wenn der Steuerparameter S insbesondere bei digitaler Informationsverarbeitung eine Vielzahl diskreter, eng beabstandeter Einstellmöglichkeiten aufweist. Der eingestellte Wert des Steuerparameters S wird auf dem Bildschirm 14 angezeigt, so dass der behandelnde Arzt jederzeit seine aktuellen Einstellungen ablesen kann.
  • In der Steuereinheit 10 ist zu jedem Aufnahmeparameter U,I,F,t eine korrespondierende funktionale Abhängigkeit U(S,D,SID), I(S,D,SID), t(S,D,SID) und F(S,D,SID) hinterlegt, durch welche dem entsprechenden Aufnahmeparameter U,I,t bzw. F ein von dem Betrag des Steuerparameters S und der weiteren Eingangsgrößen D,SID abhängiger Wert zugewiesen wird. Die funktionalen Abhängigkeiten U(S,D,SID), I(S,D,SID), t(S,D,SID) und F(S,D,SID) sind in Form mathematischer Modellfunktionen oder in Form von stützstellenweise definierten Kennlinienfeldern hinterlegt. Die funktionalen Abhängigkeiten U(S,D,SID), I(S,D,SID), t(S,D,SID) und F(S,D,SID) sind hierbei derart gewählt, dass bei Variation des Steuerparameters S zwischen seinem Minimalwert und seinem Maximalwert das ausgegebene Set von Aufnahmeparametern U,I,t,F derart variiert wird, dass die Bildqualität eines aufgenommenen Röntgenbildes entsprechend zwischen einem minimalen Zustand und einem maximalen Zustand variiert wird. Der Steuerparameter S stellt auf diese Weise ein direktes Maß für die Bildqualität dar. Das jeweilige Verhältnis der Aufnahmeparameter U,I,t,F bei gegebenem Wert der Eingangsgrößen S,D,SID ist dabei stets derart gewählt, dass die Patientendosis bei konstanter Bildqualität minimiert ist. Die Form der funktionalen Abhängigkeiten U(S,D,SID), I(S,D,SID), t(S,D,SID) und F(S,D,SID) ist durch empirische Versuchsreihen an der Röntgenvorrichtung 1, durch Modellrechnungen, etc. festzulegen.
  • Optional sind in der Steuereinheit 10 mehrere alternative Sets von funktionalen Abhängigkeiten Ui(S,D,SID), Ii(S,D,SID) ti(S,D,SID) und Fi(S,D,SID) hinterlegt, wobei i = 1,2,3, ... die Nummer des auszuwählenden Sets darstellt. Der Steuereinheit 10 wird diese Nummer i zur Auswahl eines bestimmten Sets funktionaler Abhängigkeiten vorgegeben.
  • Auf diese Weise wird ermöglicht, mehrere alternative Definitionen der Bildqualität zur Auswahl zur Verfügung zu stellen, z.B. um jeweils ein spezifisches zu untersuchendes Objekt oder eine spezifische Struktur besonders deutlich zutage treten zu lassen. Beispielsweise ist vorgesehen, dass ein erstes Set U1(S,D,SID), I1(S,D,SID), t1(S,D,SID) und F1(S,D,SID) von funktionalen Abhängigkeiten auf die Darstellung von Jod als eingesetztem Kontrastmittel optimiert ist. Ein zweites Set an funktionalen Abhängigkeiten U2(S,D,SID), I2(S,D,SID), t2(S,D,SID) und F2(S,D,SID) repräsentiert beispielsweise eine auf die Darstellung von Stents optimierte Form der Bildqualität.
  • Bei einer in 3 dargestellten Modifikation der Steuereinheit 10 wird der Steuerparameter S nicht als Maß für die Bildqualität, sondern als Maß für die Detektoreingangsdosis herangezogen, die im Gegensatz zu der Bildqualität eine objektiv messbare Größe darstellt. In dieser Ausführung ist die Steuereinheit 10 als Regelung ausgeführt und erhält zur Durchführung eines Sollwert-Istwert-Vergleichs den fortlaufend gemessenen Wert der Detektoreingangsdosis DE als Ist wert, der mit dem Steuerparameter S als Sollwert verglichen wird. Unterschreitet die gemessene Detektoreingangsdosis DE den Betrag des Steuerparameters S, so werden die Aufnahmeparameter U,I,t,F derart angesteuert, dass die Detektoreingangsdosis DE entsprechend erhöht wird. Ebenso wird die Detektoreingangsdosis DE durch entsprechende Ansteuerung der Aufnahmeparameter U,I,t,F erniedrigt, wenn die gemessene Detektoreingangsdosis DE den Steuerparameter S übersteigt. Das jeweilige Verhältnis der Aufnahmeparameter U,I,t,F ist wiederum anhand von hinterlegten Kennlinien derart festgelegt, dass bei gegebener Detektoreingangsdosis DE die Patientendosis stets minimiert ist.
  • Anstelle der Detektoreingangsdosis DE kann in einer weiteren (nicht näher dargestellten) Modifikation der Steuereinheit 10 das Kontrast-Rausch-Verhältnis als Regelgröße herangezogen werden. Weiterhin können die beiden in den 2 bzw. 3 dargestellten Varianten der Steuereinheit 10 auch gleichzeitig und zur Auswahl bei derselben Röntgenvorrichtung 1 implementiert sein, so dass der behandelnde Arzt auswählen kann, ob mit dem Bedienungselement 15 die Bildqualität, die Detektoreingangsdosis oder gegebenenfalls das Kontrast-Rausch-Verhältnis geregelt wird. Optional werden ferner auch die Einstellungen einer bildaufbereitenden Software automatisch in Abhängigkeit des Steuerparameters S angepasst. Beispielsweise wird bei niedrig eingestellter Detektoreingangsdosis eine stärkere Tiefpassfilterung eingestellt als bei hoher Detektoreingangsdosis.
  • Anstelle eines Joysticks sind weitere mögliche Ausführungsformen des Bedienelementes 15 alternativ vorgesehen, insbesondere ein ähnlich einem „Gaspedal" wirkendes Fußpedal, ein Drehknopf oder ein Drehrad mit der Möglichkeit einer positiven oder negativen Auslenkung, sowie ein Trackball.

Claims (9)

  1. Röntgendiagnostikverfahren, insbesondere zur Anwendung in der Angiographie und Kardiologie, bei welchem in Abhängigkeit eines die Bildqualität oder die Detektoreingangsdosis oder das Kontrast-Rausch-Verhältnis charakterisierenden Steuerparameters (S) eine Anzahl von Aufnahmeparametern (U,I,t,F) eingestellt werden, wobei der Steuerparameter (S) stufenlos variierbar ist.
  2. Röntgendiagnostikverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass als Aufnahmeparameter die Röhrenspannung (U) und/oder der Röhrenstrom (I) die Belichtungszeit (t) und/oder eine Filtereinstellung (F) herangezogen werden.
  3. Röntgendiagnostikverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Aufnahmeparameter (U,I,t,F) in Abhängigkeit von mindestens einer weiteren Eingangsgröße (D,SID) angesteuert werden, wobei als weitere Eingangsgröße die Patientendicke (D) und/oder der Abstand (SID) zwischen Röntgenstrahler 2 und Röntgendetektor 3 und/oder ein Vergrößerungsfaktor herangezogen werden.
  4. Röntgendiagnostikverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerparameter (S) während einer Belichtungsphase variierbar ist.
  5. Röntgendiagnostikverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem oder jedem Aufnahmeparameter (U,I,t,F) eine funktionale Abhängigkeit vorgegeben ist, durch welche dem Aufnahmeparameter (U,I,t,F) ein von dem Betrag des Steuerparameters (S) abhängiger Wert zugewiesen wird.
  6. Röntgendiagnostikverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass mehrere alternative Sets funktionaler Abhängigkeiten zur Verknüpfung des Steuerparameters (S) mit dem oder jedem Aufnahmeparameter (U,I,t,F) vorgesehen sind, von denen wahlweise ein Set zur Einstellung des oder jeden Aufnahmeparameters (U,I,t,F) auswählbar ist.
  7. Röntgendiagnostikverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Aufnahmeparameter (U,I,t,F) derart geregelt wird, dass ein gemessener Istwert der Detektoreingangsdosis (DE) oder des Kontrast-Rausch-Verhältnisses an den den Steuerparameter (S) angeglichen wird.
  8. Röntgendiagnostikvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Röntgenstrahler (2), einem Röntgendetektor (3) und einer Steuereinheit (10) zu Ansteuerung des Röntgenstrahlers (2), wobei der Steuereinheit (10) ein mittels eines Bedienelements (15) stufenlos einstellbarer Steuerparameter (S) vorgebbar ist, und wobei die Steuereinheit (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Steuerparameters (S) eine Anzahl von Aufnahmeparametern (U,I,t,F) einzustellen.
  9. Röntgendiagnostikvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (15) als Joystick, Fußpedal, Drehknopf, Drehrad oder Trackball ausgeführt ist.
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