DE102004060582A1

DE102004060582A1 - Röntgeneinrichtung mit Streustrahlunterdrückung

Info

Publication number: DE102004060582A1
Application number: DE102004060582A
Authority: DE
Inventors: Philipp Dr. Bernhardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-06-29
Also published as: US7813479B2; US20080273664A1; WO2006063950A1

Abstract

Röntgeneinrichtung mit einer Röntgen-Strahlungsquelle und einem in deren Strahlengang hinter dem Objekt, insbesondere einem Patienten, angeordneten, vorzugsweise digitalen, Detektor, wobei mittels einer Scaneinrichtung, durch die das Objekt und der Detektor nur abschnittsweise abgetastet werden, Streustrahlen unterdrückt werden, wobei im Halbscanverfahren das Röntgenbild aus Halbbildern zusammengesetzt wird, wobei jeweils die eine Bildhälfte ausgeblendet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgeneinrichtung mit einer Röntgen-Strahlungsquelle und einem in deren Strahlengang hinter dem Objekt, insbesondere einem Patienten, angeordneten, vorzugsweise digitalen, Detektor, wobei mittels einer Scaneinrichtung, durch die das Objekt und der Detektor nur abschnittsweise abgetastet werden, Streustrahlen unterdrückt werden.
Röntgenstrahlung wird seit langem in der medizinischen Bildgebung verwendet. Die Röntgenstrahlen werden in einer nahezu punktförmigen Quelle erzeugt und nach der Durchstrahlung des Patienten wird die geschwächte Strahlung in einem Detektor aufgenommen. Im Patienten entsteht dabei eine Streustrahlung, die einen Untergrund auf den Bildern erzeugt und aufgrund der Quantennatur der Röntgenphotonen die Röntgenbilder verrauscht.

Eine solche Streustrahlung kann mit Hilfe von Scanverfahren unterdrückt werden, indem jeweils nur ein kleines Gebiet des Detektors direkt bestrahlt wird, welches rasch innerhalb eines Pulses über den ganzen Detektor verschoben wird. Die Summation der einzelnen Bildpunkte ergibt das Gesamtbild. Der Nachteil eines solchen Scanverfahrens ist im Allgemeinen eine Reduktion der Leistungsfähigkeit der Röntgenröhre, da ein großer Teil der erzeugten Strahlung ausgeblendet werden muss. Die Verminderung der Strahlungsleistung der Röntgenröhre muss durch eine Herabsetzung der Vorfilterung, eine höhere Spannung oder durch längere Belichtungszeiten kompensiert werden, was zu einer schlechteren Monochromatisierung des Strahls oder zu Bewegungsunschärfen führt. Darüber hinaus ist der mechanische Aufbau relativ kompliziert und anfällig, da zwei Blendensysteme vor und hinter dem Patienten synchron verschoben werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Röntgeneinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass bei einfachem betriebssicherem Aufbau eine wirksame Verminderung der Streustrahlung erreicht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Halbscanverfahren das Röntgenbild aus Halbbildern zusammengesetzt wird, wobei jeweils die eine Bildhälfte ausgeblendet wird.

Das erfindungsgemäße Halbscanverfahren im Gegensatz zur punktförmigen Abtastung beinhaltet zum einen einen Kompromiss zwischen der Unterdrückung der Streustrahlung und der Herabsetzung der Strahlungsleistung der Röhre. Darüber hinaus werden im Gegensatz zum klassischen Scanverfahren die nicht belichteten Stellen beim digitalen Detektor einfach ignoriert, das heißt die auftretende Streustrahlung muss nicht durch ein zweites Blendensystem absorbiert werden, was den mechanischen Aufbau erheblich vereinfacht.

Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Strahlungsquelle benachbart im Strahlengang ein rotierendes Plättchen vorgesehen ist, dessen Rotationsachse senkrecht durch die Mittelachse des Strahlungskegels verläuft und das auf einer Seite der Achse aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material besteht oder damit beschichtet ist, sodass bei einer Umdrehung zeitversetzt zwei Zeitfenster bestehen, in denen abwechselnd die eine bzw. die andere Bildhälfte ausgeblendet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als sehr zweckmäßig erwiesen, dass das röntgenabsorbierende Material in einem kleinen Abstand zur Rotationsachse endet, um eine Überlappung der Teilbilder zu erreichen.

Obgleich es im Prinzip möglich wäre, das Plättchen praktisch nach Art einer Fahne auszubilden, die nur einseitig über die Rotationsachse übersteht, hat es sich in der Praxis als wesentlich einfacher erwiesen, wenn das Plättchen im Wesentlichen rechteckig symmetrisch zur Rotationsachse ausgebildet ist, wobei die zweite Hälfte aus einem zur Auswuchtung dienenden Rahmen oder einer Platte aus röntgenstrahldurchlässigem Material besteht. Diese ausgewuchtete Ausbildung ist im Hinblick auf die doch sehr hohen Drehzahlen beim Betrieb eines solchen Plättchens zweckmäßig, was im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung noch im Einzelnen erläutert werden soll.

Die beiden Zeitfenster, in denen die eine Hälfte des Detektors und dann die andere Hälfte des Detektors ausgeblendet ist, sind durch, je nach Größe des Plättchens und der Rotationsgeschwindigkeit, unterschiedlich große Zeitintervalle getrennt, in denen Strahlung auf beide Bildhälften gelangen würde. Um dies im Hinblick auf die angesprochene Streustrahlungsunterdrückung zu vermeiden, ist gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass in den Zeitintervallen zwischen den Halbbild-Bestrahlungszeitfenstern die Röntgenstrahlung unterbrochen ist, was entweder dadurch geschehen kann, dass die Röntgenquelle im Pulsbetrieb betrieben wird und in diesen Zeitintervallen dann abgeschaltet ist oder aber dass in den Zeitintervallen zwischen den Halbbild-Bestrahlungszeitfenstern eine Blende den Strahlengang der Röntgenröhre unterbricht.

Mit dem erfindungsgemäßen Halbscanverfahren kann der Streustrahlanteil um bis zu 50% reduziert werden. Dieses Halbscanverfahren eignet sich vor allem dann, wenn große Streustrahlungsanteile auftreten, das heißt bei großflächigen Röntgendetektoren oder bei kleinen Abständen zwischen dem Brennpunkt und dem Detektor, wie zum Beispiel bei einem C-Bogengerät. Unter Umständen kann bei einem Halbscanverfahren aufgrund der niedrigen Streustrahlungsanteile das Raster ganz weggelassen werden, was zusätzlich die Primärstrahlung am Detektoreingang erhöht. Das erfindungsgemäße Halbscanverfahren zeichnet sich im Gegensatz zu herkömmlichen Scanverfahren durch eine einfache Mechanik aus, da ein mechanisches Blendensystem auf der Patientenseite nicht benötigt wird. Durch die Unterdrückung der Streustrahlung kann die Bildqualität erheblich verbessert werden. Wenn diese Bildqualität Verbesserungen zugunsten einer Patientendosisreduzierung verwendet wird, ist darüber hinaus eine erhebliche Erhöhung der Strahlungsleistung um eine Faktor 2 nicht erforderlich.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung,
2 eine Draufsicht auf ein in der Röntgeneinrichtung nach 1 verwendete zur Ausblendung der Röntgenstrahlung verwendetes rotierendes Plättchen und
3 und 4 Ansichten der Stellung des Plättchens am Beginn und Ende des Zeitfensters zur Bestrahlung der linken Bildhälfte bzw. des Anfangs und Endes eines Zeitintervalls ohne Röntgenstrahlung zwischen zwei Zeitfenstern.
Die 1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung mit einer Röntgenstrahlungsquelle 1, in deren Strahlungskegel 2 sich – möglichst nahe an der Strahlungsquelle angeordnet, sodass es nicht zu groß ausgebildet sein muss – ein rechteckiges rotierendes Plättchen 3 befindet, dessen eine Hälfte 4 aus röntgenstrahlabsorbierendem Material besteht, während die anderen Hälfte im gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich aus einem Rahmen 6 besteht, der den Strahlengang des Strahlungskegels 2 nicht beeinflusst. Der Rahmen dient lediglich zur Auswuchtung, sodass ein rundes Rotieren des Plättchens gewährleistet ist. Die Rotationsachse 7 liegt dabei in einem geringen Abstand zum röntgenabsorbierenden Material auf der einen Hälfte 4 des Plättchens 3. In der Zeit, in der das Plättchen mit der absorbierenden Seite eine Hälfte des Strahlengangs abdeckt, kann die eine Hälfte des Bildes aufgenommen werden. Nach einer halben Umdrehung überdeckt die röntgenstrahlabsorbierende Seite die andere Hälfte des Bildes und nun kann die zweite Hälfte des Bildes aufgenommen werden. An der Trennstelle zwischen beiden Bildern ist durch den geringen Abstand des röntgenstrahlabsorbierenden Materials auf der Plättchenhälfte 4 zur Achse 7 ein kleiner Strahlungsüberlapp vorhanden, um sicher zu stellen, dass die Randbereiche ausgeleuchtet werden.
Bei 8 erkennt man schematisch einen Patienten, hinter dem ein, vorzugsweise digitaler, Detektor 9 zur Aufnahme des Bildes im erfindungsgemäßen Halbscanverfahren dargestellt ist.
Als absorbierendes Material für das Plättchen kann beispielsweise ein Schwermetall wie Wolfram verwendet werden, das bereits bei einer Dicke von 0,5 mm ausreicht, um die Strahlungsleistung auf 1% zu reduzieren. Das Plättchen muss dabei durch Gewichte auf der nicht absorbierenden Seite für einen runden Lauf ausgewuchtet sein.
Das Plättchen wird über einen Elektromotor mit einer Umlaufgeschwindigkeit von beispielsweise 900 rpm, das heißt für eine Bildfrequenz von 900/60 = 15 Hz betrieben. Die Pulslänge (=Belichtungszeit) für ein Halbbild wird mit 7 ms festgelegt, die Zeit ohne Bestrahlung zwischen zwei Halbbildern 26,3 ms. Dann bildet das Plättchen bei Pulsbeginn und Pulsende mit der Ebene senkrecht zur Hauptstrahlrichtung einen Winkel a von 19°. Während das Plättchen den Weg von der Stellung 3' in 3 bis zur Stellung 3'' durchläuft, also während des Umlaufs um 38 Grad, erfolgt die Belichtung der linken Bildhälfte und später 26,3 Sekunden von diesem Zeitfenster getrennt, die Belichtung der rechten Bildhälfte. Aus diesen Angaben errechnet sich die Pulslänge wie folgt: die Dauer eines Umlaufs des Plättchens beträgt 1/15 s = 66,7 ms. Der Winkel alpha von 18–19 Grad entspricht einem Verschiebewinkel des Plättchens von der Stellung 3' nach 3'' von etwa 36–38 Grad, also etwa einem Zehntel von 360 Grad und daraus ergibt sich dann die Pulslänge für ein Halbbild von ca. 7 ms.
Durch geeignete intelligente Bildnachverarbeitungsalgorithmen, die im Stand der Technik bekannt sind, können die beiden Teilbilder harmonisch aneinander gefügt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Pixelshiftkorrektur usw. Der Nachteil eines solchen Verfahrens ist die relativ lange Zeit von 26,3 ms zwischen der Aufnahme der beiden Halbbilder. Um diese Zeit zu verringern, kann folgendes Verfahren verwendet werden: Das Plättchen 3 rotiert mit der doppelten Umlaufgeschwindigkeit von 1800 rpm. Die Belichtungszeit für ein Halbbild soll wiederum 7 ms betragen, was hier zur Folge hat, dass der Winkel alpha 38 Grad sein muss. Dies bedeutet natürlich, dass man ein größeres Plättchen braucht, da länger abgeschirmt werden muss. Bei dieser Konstellation kann das zweite Halbbild bereits nach 9,67 Sekunden aufgenommen werden. Bei der anschließenden vollen Umdrehung des Plättchens wird keine Aufnahme gemacht. Auf diese Art und Weise ergibt sich wiederum eine Bildfrequenz von 15 Hz. Maximal ist ein Winkel alpha von 60 Grad denkbar, bei dem die aufnehmbaren Halbbilder fast lückenlos aneinander anschließen können.
Selbstverständlich ist beim erfindungsgemäßen Verfahren sichergestellt, dass zwischen der Aufnahme der beiden Halbbilder eine Zeit ohne Bestrahlung liegt, was bevorzugt durch einen entsprechenden Pulsbetrieb der Röntgenröhre 1, gegebenenfalls aber auch durch Vorsehen einer nicht gezeigten weiteren Blende zwischen dem Plättchen 3 und der Röntgenstrahlungsquelle 1 erreicht werden könnte.

Claims

Röntgeneinrichtung mit einer Röntgen-Strahlungsquelle und einem in deren Strahlengang hinter dem Objekt, insbesondere einem Patienten, angeordneten, vorzugsweise digitalen, Detektor, wobei mittels einer Scaneinrichtung, durch die das Objekt und der Detektor nur abschnittsweise abgetastet werden, Streustrahlen unterdrückt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Halbscanverfahren das Röntgenbild aus Halbbildern zusammengesetzt wird, wobei jeweils die eine Bildhälfte ausgeblendet wird.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsquelle (1) benachbart im Strahlengang (2) ein rotierendes Plättchen (3) vorgesehen ist, dessen Rotationsachse (7) senkrecht durch die Mittelachse des Strahlungskegels verläuft und das auf einer Seite (4) der Achse aus röntgenstrahlabsorbierendem Material besteht oder damit beschichtet ist, sodass bei einer Umdrehung zeitversetzt zwei Zeitfenster bestehen, in denen abwechselnd die eine bzw. die andere Bildhälfte ausgeblendet ist.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das röntgenstrahlenabsorbierende Material in einem kleinen Abstand zur Rotationsachse (7) endet, um eine (Überlappung der Teilbilder zu erreichen.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen (3) im Wesentlichen rechteckig symmetrisch zur Rotationsachse ausgebildet ist, wobei die zweite Hälfte aus einem zur Auswuchtung dienenden Rahmen (6) oder einer Platte aus röntgenstrahldurchlässigem Material besteht.
Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zeitintervallen zwischen den Halbbild-Bestrahlungszeitfenstern die Röntgenstrahlung unterbrochen wird.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenquelle im Pulsbetrieb betrieben wird.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zeitintervallen zwischen den Halbbild-Bestrahlungszeitfenstern eine Blende den Strahlungsgang der Röntgenstrahlungsquelle unterbricht.
Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen gegenüber einem Normalbetrieb mit doppelter oder mehrfacher Geschwindigkeit rotiert und zur Vermeidung einer verdoppelten oder vermehrfachten Bildfrequenz nur bei jeder ersten Umdrehung zwei Halbbilder aufgenommen werden.