DE102005001681B4

DE102005001681B4 - Verfahren zur Ermittlung von Aufnahmeparametern für eine medizinische Tomographieeinrichtung sowie zugehörige Vorrichtung

Info

Publication number: DE102005001681B4
Application number: DE102005001681A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Haras
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: JP2006192270A; US7657074B2; DE102005001681A1; US20060153436A1; CN1803097A

Abstract

Verfahren zur Ermittlung eines eine Anzahl vorgegebener Aufnahmeparameter (a_i, b_j) umfassenden Aufnahmeparametersatzes (A) für eine medizinische Tomographieeinrichtung (3), bei welchem ein Vorlagebild (B'_mn) zur Auswahl zur Verfügung gestellt wird, wobei anhand der Auswahl des Vorlagebildes (B'_mn) ein diesem zugeordneter Vorlageparametersatz (A'_mn) als Aufnahmeparametersatz (A) ausgewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung des Vorlagebildes (B'_mn) ein zugrundeliegender Tomographie-Rohdatensatz (R_m) vor Durchführung einer 3D-Rekonstruktion mittels eines Verrauschalgorithmus (F') zur Simulierung eines virtuellen Bildqualitätsmaßes (M_mn) modifiziert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung eines eine Anzahl vorgegebener Aufnahmeparameter umfassenden Aufnahmeparametersatzes für eine medizinische Tomographieeinrichtung, bei welchem ein Vorlagebild zur Auswahl zur Verfügung gestellt wird, wobei anhand der Auswahl des Vorlagebildes ein diesem zugeordneter Vorlageparametersatz als Aufnahmeparametersatz ausgewählt wird. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.
Als Tomographie wird allgemein ein bildgebendes medizinisches Schichtaufnahmeverfahren bezeichnet, das die Erzeugung einer dreidimensionalen Bildinformation eines zu untersuchenden Körperbereichs eines Patienten ermöglicht. Der Begriff Tomographie umfasst in diesem Sinne insbesondere Computertomographie, aber auch Magnetresonanz(MR)-Tomographie.
Computertomographie einerseits und MR-Tomographie andererseits gleichen sich – unbeachtet des verschiedenen Messprinzips – dahingehend, dass zunächst ein Rohdatensatz des zu untersuchenden Körperbereichs des Patienten aufgenommen wird, aus dem die gewünschte dreidimensionale Bildinformation erst nachträglich unter Anwendung mathematischer Algorithmen berechnet wird. Dieser Berechnungsschritt ist nachfolgend als 3D-Rekonstruktion bezeichnet.
Computertomographie und MR-Tomographie ähneln sich des Weiteren auch dahingehend, dass die Bildqualität des mittels 3D-Rekonstruktion berechneten Bildes (oder Tomogramms) von einer Vielzahl von Aufnahmeparametern der jeweiligen Tomographieeinrichtung abhängt. Im Falle der Computertomographie umfas sen die Aufnahmeparameter insbesondere technische Parameter wie die Röhrenspannung und den Röhrenstrom der Röntgenröhre, die Tischvorschubgeschwindigkeit, die Röhrenrotationszeit, die Kollimation, etc. Im weiteren Sinne werden nachfolgend auch Größen, die die Bildbearbeitung, insbesondere die Bildrekonstruktion, charakterisieren, zu den Aufnahmeparametern gezählt. Zu den Aufnahmeparametern der letzteren Art gehören somit vor allem die Parameter des 3D-Rekonstruktionsalgorithmus, insbesondere die Schichtdicke und das Inkrement.
Aufgrund der Vielzahl der Aufnahmeparameter und der mitunter komplexen Wechselwirkung zwischen verschiedenen Aufnahmeparametern ist für den Anwender einer Tomographieeinrichtung eine erhebliche Erfahrung erforderlich, um auf Anhieb im Hinblick auf eine bestimmte vorzunehmende Untersuchung und einen bestimmten Patienten eine günstige Konfiguration der Aufnahmeparameter aufzufinden. Eine ungünstige Parameterkonstellation kann einerseits eine niedrige, mitunter sogar unzureichende Bildqualität zur Folge haben, die im Extremfall sogar eine Wiederholung der Untersuchung erforderlich machen kann. Andererseits können Parameter gewählt werden, die mit vergleichsweise hoher Dosis einhergehen, aber im Hinblick auf die angestrebte Untersuchung gegenüber einer Standard-Bildqualität in der Regel mit keinem oder nur geringem Informationsgewinn verbunden sind. In beiden Fällen kommt es zu einer unnötigen, da zusätzlichen Belastung, insbesondere Strahlenbelastung, für den Patienten, einer zusätzlichen Belastung der medizinischen Einrichtung und einem unnötigen Zeitverlust.
Moderne Tomographieeinrichtungen bieten häufig eine Vielzahl unterschiedlicher Protokolle mit Vorgaben für die Einstellung der Aufnahmeparameter an, um dem Anwender die komplexe Parametereinstellung zu erleichtern. Diese Protokolle müssen in der Regel aber manuell der spezifischen Fragestellung und/oder dem Patientenprofil (Körpergröße, Gewicht,...) angepasst werden. Bei modernen Computertomographen wird des Weiteren teilweise der Röhrenstrom automatisiert an das Patientenprofil angeglichen.
Insbesondere für die Untersuchung von Kindern führt die Bereitstellung solcher Protokolle bislang aber allenfalls zu einer vergleichsweise geringen Erleichterung, zumal gerade bei Kindern die für eine bestimmte Fragestellung "optimale" Einstellung der Aufnahmeparameter wachstums- und entwicklungsabhängig erheblich variieren kann. Gerade bei der tomographischen Untersuchung von Kindern besteht aber andererseits häufig ein gewisses Erfahrungsdefizit. Einerseits hat das Bedienpersonal einer Tomographieeinrichtung, insbesondere der mit einem Computertomographen betraute Radiologe, häufig nur vergleichsweise geringes Spezialwissen über die besonderen Anforderungen bei der tomographischen Untersuchung von Kindern. Andererseits haben wiederum spezialisierte Kinderradiologen häufig keinen ständigen Zugang zu einer Tomographieeinrichtung und können somit nur beschränkt Erfahrung mit dem konkreten Gerät gewinnen.
In der DE 101 60 611 A1 wird für eine vereinfachte Einstellung von Aufnahmeparametern eines bildgebenden medizinischen Untersuchungsgeräts vorgeschlagen, die Aufnahmeparameter im gattungsgemäßen Sinn mittelbar durch Auswahl eines aus einer früheren Untersuchung stammenden hinterlegten Bildbeispiels vorzunehmen. Das Bildbeispiel wird hierbei durch Änderung des Kontrastes und der Helligkeit modifiziert, um verschiedene Parametereinstellungen von Geräteparametern zu simulieren. Bei Auswahl eines derart modifizierten Bildes werden die simulierten Parametereinstellungen als tatsächliche Geräteeinstellungen übernommen. Das bekannte Verfahren ist allgemein zum Einsatz bei bildgebenden medizinischen Verfahren vorgesehen, im Besonderen aber für zweidimensionale röntgenphotographische Verfahren ausgerichtet und geeignet. Bei diesen röntgenphotographischen Verfahren führt eine ungünstiger Parameterwahl zu einer "Unterbelichtung" bzw. "Überbelichtung", die durch Veränderung von Kontrast und Helligkeit des Beispiels bildes simuliert werden kann. Zur Simulation der Parametereinstellung bei einer Tomographieeinrichtung ist das bekannte Verfahren dagegen wenig geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren zur Ermittlung geeigneter Aufnahmeparameter für den Einsatz im Zusammenhang mit einer Tomographieeinrichtung vorteilhaft auszugestalten. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung des genannten Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung anzugeben.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Danach ist vorgesehen, die Auswahl eines Aufnahmeparametersatzes für eine medizinische Tomographieeinrichtung anhand eines Vorlagebilds vorzunehmen, zu dessen Erstellung ein zugrunde liegender Tomographie-Rohdatensatz (nachfolgend Rohdatensatz) bereits vor Durchführung einer 3D-Rekonstruktion durch Anwendung eines Verrauschungsalgorithmus modifiziert wird, um ein von der Bildqualität des ursprünglichen Rohdatensatzes abweichendes virtuelles Bildqualitätsmaß zu simulieren.
Es hat sich gezeigt, dass durch Verrauschung der Rohdaten Vorlagebilder in verschiedenen Bildqualitätsstufen, ausgehend von ein und demselben ursprünglichen Rohdatensatz und damit von dem selben Patienten, realistisch simuliert werden können. Insbesondere werden durch die Verrauschung auf Rohdatenebene charakteristische Niederdosis-Artefakte in den Vorlagebildern besonders realitätsgetreu nachgebildet. Dem Anwender kann hierdurch der Effekt einer Änderung eines oder mehrerer Aufnahmeparameter besonders plastisch und realitätsnah vor Augen geführt werden. Zudem wird durch die auf Rohdatenebene durchgeführte Modifikation die Möglichkeit eröffnet, dieselbe hinsichtlich der Bildqualität modifizierte Aufnahme auf unterschiedliche Weise zu rekonstruieren. Der Anwender hat hierdurch insbesondere die Möglichkeit, die Wechselwirkung zwischen den technischen Aufnahmeparametern (z.B. Röhren strom, Röhrenspannung, etc.) mit den Parametern der 3D-Rekonstruktion zu testen. Beispielsweise kann der Anwender auf diese Weise Konfigurationen der Aufnahmeparameter auffinden, bei welchen eine im Hinblick auf die Bildqualität an sich eher "schlechte" Einstellung der technischen Aufnahmeparameter durch geeignete Parametrierung der 3D-Rekonstruktion kompensiert wird, so dass der Anwender auf diese Weise eine besonders geringe Belastung des Patienten ohne nennenswerten Informationsverlust im Hinblick auf die angestrebte Untersuchung erzielt.
Als Bildqualitätsmaß wird, insbesondere bei Anwendung des Verfahrens auf die Computertomographie, bevorzugt ein (Röntgen-)Dosiswert herangezogen. Das Bildqualitätsmaß stellt auf diese Weise gleichzeitig ein Maß für die mit der Bildaufnahme verbundene Patientenbelastung dar.
In vorteilhafter Ausführung des Verfahrens ist der eigentlichen Auswahl eines Vorlagebilds durch den Anwender eine Vorauswahl vorgeschaltet, im Zuge welcher ein Vorlagebild oder mehrere Vorlagebilder nach Maßgabe mindestens eines Patientenparameters vorausgewählt und dem Anwender zur Auswahl zur Verfügung gestellt wird bzw. werden. Als Patientenparameter wird hierbei eine patientenspezifische Angabe wie das Gewicht, die Körpergröße, das Alter und/oder das Geschlecht des zu untersuchenden Patienten herangezogen. Als Patientenparameter wird im weiteren Sinne auch eine auf einen zu untersuchenden Körperbereich bezogene Angabe (z.B. Thorax, Kopf, etc.) bezeichnet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zu einem Rohdatensatz jeweils eine Gruppe von mehreren Vorlagebildern erstellt wird, die – entsprechend ihrer Zugehörigkeit zu dem selben Rohdatensatz – alle dieselbe Untersuchungssituation wiederspiegeln und demselben Patienten zugeordnet sind, die sich aber hinsichtlich des virtuellen Bildqualitätsmaßes unterscheiden. Die Vorlagebilder einer Gruppe zeigen somit das gleiche Bild in unter schiedlichen Qualitätsstufen. Durch Vergleich der verschiedenen Vorlagebilder einer Gruppe kann ein Anwender somit verschiedene Konfigurationen der Aufnahmeparameter direkt vergleichen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass im Zuge des durch den Anwender vorzunehmenden Auswahlprozesses nach Maßgabe des bzw. der angegebenen Patientenparameter stets eine solche Gruppe von Vorlagebildern als Ganzes vorausgewählt und dem Anwender zur Auswahl zur Verfügung gestellt wird. Für die Auswahl werden die einzelnen Vorlagebilder der vorausgewählten Gruppe dem Anwender zweckmäßigerweise alternativ angezeigt, so dass der Anwender diese Vorlagebilder auf der Suche nach einer besonders geeigneten Bildqualität "durchblättern" kann. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Vorlagebilder hierbei nach Anwenderwunsch auf verschiedene Weise sortiert werden können, z.B. nach Röntgendosis, nach Bildqualität, etc.
Um diesen Auswahlprozess zu erleichtern, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass zusätzlich zu einem zur Auswahl angezeigten Vorlagebild gleichzeitig ein Standard-Vorlagebild derselben Gruppe angezeigt wird, welches einer vorher bestimmten Standard-Bildqualität entspricht.
Für eine weitere Vereinfachung des Auswahlprozesses ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass mit der Anzeige eines jeden zur Auswahl zur Verfügung gestellten Vorlagebildes gleichzeitig das diesem Vorlagebild zugeordnete Bildqualitätsmaß, insbesondere also der als Bildqualitätmaß herangezogene Dosiswert, angezeigt wird. Dies erlaubt es dem Anwender, das angezeigte Vorlagebild hinsichtlich seiner Bildqualität besser einzuschätzen und Rückschlüsse auf die mit dem entsprechenden Vorlageparametersatz verbundene Belastung des Patienten zu ziehen. Vorteilhafterweise wird zusätzlich visualisiert, ob der dem angezeigten Vorlagebild zugeordnete Dosiswert für das angewählte Patientenprofil und die angewählte Körperregion vergleichsweise hoch oder niedrig ist oder sich in einem mittleren Bereich befindet. Bei Einsatz des Verfahrens für einen Computertomographen mit automatischer Anpassung des Röhrenstroms an das Patientenprofil wird alternativ oder zusätzlich zu der absoluten (Röntgen-)Dosis eine für die Anpassung benötigte abstrakte Referenz-Steuergröße der Bildqualität angezeigt.
Bezüglich der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgesehenen Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 9.
Danach umfasst die Vorrichtung ein Auswahlsystem mit einem Vorlagenspeicher, in dem mindestens ein nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erstelltes Vorlagebild, bevorzugt aber eine Vielzahl solcher Vorlagebilder hinterlegt ist bzw. sind. Das Auswahlsystem umfasst weiterhin ein Auswahlmodul, das dazu ausgebildet ist, ein oder mehrere der hinterlegten Vorlagebilder zur Auswahl zur Verfügung zu stellen und bei Auswahl eines Vorlagebildes einen diesem zugeordneten Vorlageparametersatz als Aufnahmeparametersatz auszugeben.
Bevorzugt umfasst das Auswahlsystem weiterhin ein Vorauswahlmodul, das dazu ausgebildet ist, anhand mindestens eines Patientenparameters ein oder mehrere Vorlagebilder aus dem Vorlagenspeicher vorauszuwählen.
Zur Erstellung der Vorlagebilder umfasst die Vorrichtung weiterhin ein Vorlagenerstellungssystem. Dieses umfasst ein Simulationsmodul, das dazu ausgebildet ist, einen Rohdatensatz der Tomograpieeinrichtung durch Anwendung eines Verrauschungsalgorithmus zu modifizieren, um hinsichtlich des Vorlagebilds ein virtuelles Bildqualitätsmaß zu simulieren. Das Vorlagenerstellungssystem umfasst weiterhin ein 3D-Rekonstruktionsmodul, das dazu ausgebildet ist, aus dem modifizierten Rohdatensatz ein Tomogramm als Vorlagebild abzuleiten. Das 3D-Rekonstruktionsmodul ist hierbei dem Simulationsmodul nachgeschaltet, so dass die Modifikation der Vorlagebilder auf Rohdatenebene erfolgt. Das Vorlagenerstellungssystem umfasst schließlich einen Vorlagenspeicher zur Hinterlegung des bzw. eines jeden Vorlagebildes.
Das Auswahlsystem und das Vorlagenerstellungssystem sind bevorzugt als Hardware- und Softwarebestandteile einer Datenverarbeitungsanlage ausgeführt. Diese Datenverarbeitungsanlage kann an die zugehörige Tomographieeinrichtung direkt angeschlossen sein, so dass bei Auswahl eines Vorlagebildes der zugehörige Vorlageparametersatz direkt als Aufnahmeparametersatz auf die Tomographieeinrichtung übernommen wird oder neue Rohdatensätze von der Tomographieeinrichtung auf das Vorlagenerstellungssystem übertragen werden können. Bevorzugt ist die Vorrichtung aber als "Stand-Alone"-Gerät konzipiert, das getrennt und unabhängig von der Tomographieeinrichtung betreibbar ist. Dies ermöglicht dem Anwender vorteilhafterweise auch und gerade dann eine Optimierung von Aufnahmeparametern im Hinblick auf eine geplante Untersuchung vorzunehmen, wenn die Tomographieeinrichtung nicht oder nicht ständig zu Testzwecken zur Verfügung steht. Der ausgewählte Aufnahmeparametersatz wird in diesem Fall zunächst in Form einer elektronischen Datei oder eines Papierausdruckes ausgegeben und gegebenenfalls zu einem späteren Zeitpunkt auf die Tomographieeinrichtung übertragen.
Das Auswahlsystem ist wahlweise zusammen mit dem Vorlagenerstellungssystem in einer gemeinsamen Software integriert und auf einer einzigen Datenverarbeitungsanlage implementiert. Der Vorlagenspeicher des Auswahlsystems und der Vorlagenspeicher des Vorlagenerstellungssystems sind hierbei insbesondere identisch. Alternativ können das Auswahlsystem und das Vorlagenerstellungssystem jedoch auch als unabhängige Softwareapplikationen ausgebildet und damit insbesondere auch auf unterschiedlichen Datenverarbeitungsanlagen implementiert sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass anwenderseitig lediglich das Auswahlsystem vorhanden ist, während das Vorlagenerstellungssystem zur herstellerseitigen Erstellung der Vorlagebilder zur Verfügung steht. Der Vorlagenspeicher des Vorlagenerstellungssystems und der Vorlagenspeicher des Auswahlsystems können hierbei als physikalisch unterschiedliche Speichereinheiten ausgebildet sein, wobei nach Erstellung der Vorlagebilder lediglich der Speicherinhalt unter Verwendung gängiger Datenübertragungsmittel von dem Vorlagenerstellungssystem auf das Auswahlsystem übertragen wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einem schematischen Blockschaltbild ein Auswahlsystem einer Vorrichtung zur Ermittlung von Aufnahmeparametern für eine medizinische Tomographieeinrichtung,
2 in schematisch vereinfachter Darstellung eine Benutzeroberfläche des Auswahlsystems gemäß 1 und
3 in Darstellung gemäß 1 ein Vorlagenerstellungssystem der Vorrichtung gemäß 1.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist als Bestandteil einer Vorrichtung 1 ein Auswahlsystem 2 zur Ermittlung eines Aufnahmeparametersatzes A für eine medizinische Tomographieeinrichtung 3 schematisch dargestellt. Bei der Tomographieeinrichtung 3 handelt es sich um einen Computertomographen. Die Vorrichtung 1 ist der Tomographieeinrichtung 3 insofern zugeordnet, als der von der Vorrichtung 1 erzeugte Aufnahmeparametersatz A Werte für diejenigen Aufnahmeparameter a_i und b_j (i,j = 1,2,3,...) umfasst, die zur Aufnahme eines Bildes B unter Verwendung der Tomographieeinrichtung 3 spezifiziert werden müssen.
Zu den Aufnahmeparametern a_i,b_j werden einerseits technische Aufnahmeparameter a_i gezählt, die die elektrischen und mechanischen Funktionen der Tomographieeinrichtung 3 parametrieren. Zu den technischen Aufnahmeparametern a_i zählen insbesondere der Röhrenstrom und die Röhrenspannung einer Röntgenröhre des Tomographen, die Tischvorschubgeschwindigkeit, Röhrenrotationszeit, Kollimation, etc. Weitere Aufnahmeparameter b_j parametrieren einen 3D-Rekonstruktionsalgorithmus F, durch welchen aus einem von der Tomographieeinrichtung 3 zunächst erzeugten Rohdatensatz R das dreidimensionale Bild B (oder Tomogramm) eines aufgenommenen Körpervolumens eines Patienten berechnet wird. Die Aufnahmeparameter b_j umfassen insbesondere Schichtdicke und Inkrement.
Die Vorrichtung 1 ist bevorzugt nicht unmittelbar und ständig an die Tomographieeinrichtung 3 angeschlossen. Vielmehr ist die Vorrichtung 1 unabhängig von der Tomographieeinrichtung 3 verwendbar und lediglich bedarfsweise über eine Datenübertragungsverbindung 4, insbesondere ein Computernetzwerk, mit der Tomographieeinrichtung 3 verwindbar.
Das Auswahlsystem 2 ist als Teil einer Datenverarbeitungsanlage 5 ausgebildet und umfasst einen Vorlagenspeicher 6, der ein Bestandteil eines Speichermoduls der Datenverarbeitungsanlage 5 ist, sowie Ein-/Ausgabemittel 7, wie Bildschirm, Tastatur, Maus etc. Das Auswahlsystem 2 umfasst weiterhin ein Vorauswahlmodul 8 sowie ein Auswahlmodul 9. Beide Module 8 und 9 sind bevorzugt als Softwarebestandteile der Datenverarbeitungsanlage 5 ausgebildet.
In dem Vorlagenspeicher 6 ist eine Vielzahl von Vorlagebildern B'_mn(m,n = 1,2,3,....) hinterlegt. Jedes Vorlagebild B'_mn hat die Form und das Datenformat eines Bildes B, wie es im Zuge eines Aufnahmeprozesses der Tomographieeinrichtung 3 erzeugt wird. Jedes Vorlagebild B'_mn geht auch auf einen zu einem früheren Zeitpunkt mittels der Tomographieeinrichtung 3 aufgenommenen Rohdatensatz R_m (m = 1,2,3,...; s. 3) zu rück und wird aus diesem auf nachfolgend näher beschriebene Weise erzeugt.
Die in dem Vorlagenspeicher 6 hinterlegten Vorlagebilder B'_mn sind in mehrere Gruppen G_m (m = 1,2,3,...) gegliedert. In der Darstellung gemäß 1 wird jeweils eine Gruppe G_m durch eine senkrechte Reihe von Vorlagebildern B'_mn repräsentiert, deren Zählindex m mit dem entsprechenden Zählindex m der Gruppe G_m übereinstimmt. Die Vorlagebilder B'₂₁, B'₂₂,..., B'_2n,... gehören somit der Gruppe G₂ an, etc.
Die Vorlagebilder B'_mn einer Gruppe G_m gehen hierbei aus jeweils einem gemeinsamen Rohdatensatz R_m hervor. Sie entstammen somit alle derselben Untersuchungssituation und bilden hierdurch insbesondere auch alle denselben Patienten ab. Entsprechend ist jeder Gruppe G_m ein gemeinsamer Patientenparametersatz P_m (m = 1,2,3,...) zugeordnet. Jeder Patientenparametersatz P_m umfasst Werte für vorgegebene Patientenparameter p₁ (1 = 1,2,3,...). Die Patientenparameter p₁ umfassen insbesondere eine Gewichtsangabe und eine Körpergrößenangabe des durch den Rohdatensatz R_m abgebildeten Patienten, sowie die Spezifizierung eines aufgenommenen Körperbereichs (z.B. Thorax).
Die Vorlagebilder B'_mn derselben Gruppe G_m unterscheiden sich hingegen in einem jedem Vorlagebild B'_mn zugeordneten Vorlageparametersatz A'_mn, der die Struktur des Aufnahmeparametersatzes A hat und insofern Werte für die Aufnahmeparameter a_i, b_j spezifiziert. Jedem Vorlagebild B'_mn ist weiterhin ein Bildqualitätsmaß M_mn zugeordnet. Als Bildqualitätsmaß M_mn wird hierbei ein dem jeweiligen Vorlagebild B'_mn zugeordneter Dosiswert herangezogen. Die Vorlagebilder B'_mn einer Gruppe G_m sind derart ausgesucht, dass sie sich hinsichtlich des jeweils zugeordneten Bildqualitätsmaßes M_mn unterscheiden, so dass die Vorlagebilder B'_mn einer Gruppe G_m in unterschiedlichen Abstufungen der Bildqualität vorliegen. Dies ist in 1 durch eine im Bereich des Vorlagenspeichers 6 schematisch eingetragene Skalenachse 10 des Bildqualitätsmaßes M schematisch angedeutet.
Zu jeder Gruppe G_m umfasst der Vorlagenspeicher 6 weiterhin ein Standard-Vorlagebild B'_m0 (m = 1,2,3,...), das einem vorgegebenen Standard-Bildqualitätsmaß M_m0 (m = 1,2,3,...) entspricht.
Der Patientenparametersatz P_m, der Vorlagenparametersatz A'_mn sowie das Bildqualitätsmaß M_mn sind jedem Vorlagenbild B'_mn, B'_m0 als sogenannte Meta-Daten zugeordnet, die insbesondere in einem nach dem DICOM-Standard organisierten Kopfteil (oder Header) der jeweiligen Bilddatei enthalten sind.
Im Zuge des Auswahlverfahrens spezifiziert ein Anwender über die Ein-/Ausgabemittel 7 einen Patientenparametersatz P, der hinsichtlich seiner Datenstruktur dem einem jeden Vorlagebild B'_mn zugeordneten Patientenparametersatz P_m entspricht und somit Werte für die Patientenparameter p₁ spezifiziert. Beispielsweise gibt also der Anwender über eine auf den Ein-/Ausgabemitteln 7 angezeigte Benutzeroberfläche 11 des Auswahlsystems 2 das Gewicht und die Körpergröße eines Patienten sowie einen Körperbereich des Patienten (z.B. Thorax) vor. Der derart spezifizierte Patentenparametersatz P wird dem Vorauswahlmodul 8 zugeleitet. Dieses bestimmt diejenige Gruppe G_m, deren zugeordneter Patientenparametersatz P_m dem Patientenparametersatz P hinsichtlich der jeweiligen Patientenparameter p₁ am nächsten kommt und führt die Vorlagebilder B'_mn der derart vorausgewählten Gruppe G_m sowie das zugehörige Standard-Vorlagebild B'_m0 dem Auswahlmodul 9 zu.
Das Auswahlmodul 9 stellt die vorausgewählten Vorlagebilder B'_mn dem Anwender zur Auswahl zur Verfügung, in dem es die Vorlagebilder B'_mn über die Benutzeroberfläche 11 zur Anzeige bringt.
Dies ist in 2 in einer schematisch vereinfachten Darstellung der Benutzeroberfläche 11 näher dargestellt. Die Benutzeroberfläche 11 umfasst danach ein Anzeigefeld 12, in welchem jeweils eines der vorausgewählten Vorlagebilder B'_mn angezeigt wird. Mittels eines einem Schieberegler nachempfundenen Steuerelements 13 kann der Anwender ein gewünschtes Bildqualitätsmaß M einstellen und hierdurch bestimmen, welches der vorausgewählten Vorlagebilder B'_mn angezeigt werden soll. Angezeigt wird hierbei stets dasjenige Vorlagebild B'_mn, dessen zugeordnetes Bildqualitätsmaß M_mn dem über das Steuerelement 13 eingestellten Bildqualitätsmaß M am nächsten kommt. Gleichzeitig mit der Anzeige des Vorlagebildes B'_mn wird in einem weiteren Anzeigefeld 14 das dem angezeigten Vorlagebild B'_mn entsprechende Bildqualitätsmaß M_mn, d.h. die entsprechende Röntgendosis, angezeigt. In einem weiteren Anzeigefeld 15 wird gleichzeitig der dem angezeigten Vorlagebild B'_mn zugeordnete Vorlageparametersatz A'_mn angezeigt. Die in dem Anzeigefeld 15 angezeigten Parameter a_i,b_j des Vorlageparametersatzes A'_mn sind vom Anwender veränderbar.
Die Benutzeroberfläche 11 umfasst ein dem Anzeigefeld 12 entsprechendes weiteres Anzeigefeld 16, in welchem das der vorausgewählten Gruppe G_m zugehörige Standard-Vorlagebild B'_m0 angezeigt wird. Dem Anzeigefeld 16 ist ein dem Anzeigefeld 14 entsprechendes Anzeigefeld 17 zugeordnet, in welchem das zugehörige Standard-Bildqualitätsmaß M_m0 angezeigt wird.
Die Gegenüberstellung eines beliebigen Vorlagebildes B'_mn mit dem Standard-Vorlagebild B'_m0 ermöglicht dem Anwender eine besonders gute und einfache Einschätzung, ob eine gewöhnliche Bildqualität zur Beantwortung der einer geplanten Untersuchung zugrundeliegenden Fragestellung ausreicht. Durch die direkte Vergleichsmöglichkeit des angezeigten Vorlagebilds B'_mn mit dem Standard-Vorlagebild B'_m0 wird insbesondere augenscheinlich, wieviel Dosis eingespart werden kann und mit welchem Verlust oder Gewinn an Bildqualität hierbei gerechnet werden muss. Anhand der Reglerstellung des Steuerelements 13 wird dem Anwender gleichzeitig visualisiert, ob die aktuell eingestellte Bildqualität vergleichsweise hoch oder niedrig bezüglich der Körperregion und des Patientenprofils ist. Die Skala des Reglers 13 wird entsprechend angepasst.
Hat der Anwender ein Vorlagebild B'_mn gefunden, das hinsichtlich des zugeordneten Bildqualitätsmaßes M_mn für die geplante Untersuchung ausreicht, aber andererseits mit einer möglichst geringen Belastung des Patienten verbunden ist, so betätigt er ein Bestätigungselement 18 der Benutzeroberfläche 11 und wählt hierdurch das angezeigte Vorlagebild B'_mn aus. Das Auswahlmodul 9 gibt daraufhin den diesem ausgewählten Vorlagebild B'_mn zugeordneten Vorlageparametersatz A'_mn als Aufnahmeparametersatz A aus (s. 1). Die Ausgabe des Aufnahmeparametersatzes A erfolgt wahlweise durch direkte Übermittlung an die Tomographieeinrichtung 3, durch Speicherung des Aufnahmeparametersatzes A in einer elektronischen Datei oder durch Ausdruck in Papierform. Als Bezug zu einem zu untersuchenden Patienten wird eine Patienten-ID oder Name und Geburtsdatum mit abgespeichert.
Zur Eingabe der Patientenparameter p₁ umfasst die Benutzeroberfläche 11 schließlich ein Eingabefeld 19. Die Eingabe der Patientenparameter p₁ des Patientenparametersatzes P erfolgt hierbei wahlweise in Textform und/oder mittels graphischer Bedienelemente. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Angabe zu dem zu untersuchenden Körperbereich des Patienten anhand eines Körperschemas 20 graphisch, insbesondere durch Mausklick, einstellbar ist.
Zur Erstellung der Vorlagebilder B'_mn umfasst die Vorrichtung 1 weiterhin ein Vorlagenerstellungssystem 21, das schematisch in 3 dargestellt ist. Das Vorlagenerstellungssystem 21 ist auf derselben Datenverarbeitungsanlage 5 implementiert wie das Auswahlsystem 2. Das Auswahlsystem 2 und das Vorlagenerstellungssystem 21 sind wahlweise in einer gemeinsamen Software integriert oder als getrennte Softwareapplikationen ausgebildet, die unabhängig voneinander ausführbar sind. Das Vorlagenerstellungssystem 21 greift in beiden Fällen ebenfalls auf den Vorlagenspeicher 6 und die Ein-/Ausgabemittel 7 zu. Das Vorlagenerstellungssystem 21 umfasst des weiteren ein Simulationsmodul 23, eine Kennliniendatenbank 24 sowie ein 3D-Rekonstruktionsmodul 25.
Zur Erstellung einer Gruppe G_m von Vorlagebildern B'_mn wird zunächst der zugrunde zu legende Rohdatensatz R_m dem Vorlagenerstellungssystem 21 zugeführt. Im Falle der Computertomographie handelt es sich bei dem Rohdatensatz Rm um eine Serie von zweidimensionalen Röntgenprojektionsbildern, die einen Volumenbereich eines Patientenkörpers aus unterschiedlichen Projektionswinkeln abbilden. Mit dem Rohdatensatz R_m werden der korrespondierende Patientenparametersatz P_m (der insbesondere Angaben zu der untersuchten Körperregion, dem Patientengewicht, der Patientengröße, dem Geschlecht und/oder dem Geburtsdatum enthält) sowie ein zugehöriger Aufnahmeparametersatz A_m zugeführt, der zunächst lediglich die technischen Aufnahmeparameter a_i spezifiziert.
Bevorzugt werden zur Erstellung der Vorlagebilder B'_mn Rohdatensätze R_m mit besonders hoher Bildqualität herangezogen, insbesondere also solche Rohdatensätze R_m, deren zugeordnetes Dosisniveau im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der Tomographieeinrichtung 3 oder im Hinblick auf die medizinische Vertretbarkeit der applizierten Dosis eine Obergrenze einnimmt.
Der Rohdatensatz R_m wird auf entsprechende Anweisung eines Anwenders dem Simulationsmodul 23 zugeführt.
Das Simulationsmodul 23 umfasst ein Verrauschungsmodul 26, in welchem ein Verrauschungsalgorithmus S implementiert ist. Durch den Verrauschungsalgorithmus S werden die Rohdaten des ursprünglichen Rohdatensatzes R_m verrauscht. Hierdurch wird ein modifizierter Rohdatensatz R'_mn (m,n = 1,2,3,...) er zeugt, dessen Bildqualität gegenüber der Bildqualität des ursprünglichen Rohdatensatzes R_m auf das virtuelle Bildqualitätsmaß M_mn künstlich herabgesetzt ist. Das gewünschte Bildqualitätsmaß M_mn wird entweder von dem Anwender vorgegeben oder automatisch aus einer hinterlegten Tabelle mit vorgegebenen Zielwerten entnommen.
Der Verrauschungsalgorithmus S beruht auf einer geräteabhängigen Kennlinie und quantenphysikalischen Grundlagen. Die "Stärke" des Rauschens wird hierbei in Abhängigkeit der ursprünglichen Aufnahmeparameter a_i und des gewünschten Bildqualitätsmaßes M_mn bestimmt.
Das Simulationsmodul 23 umfasst weiterhin ein Parameteranpassungsmodul 27, das dazu ausgebildet ist, die Aufnahmeparameter a_i des dem ursprünglichen Rohdatensatz R_m zugeordneten Aufnahmeparametersatzes A_m derart zu modifizieren, dass dem reduzierten Bildqualitätsmaß M_mn Rechnung getragen ist. Mit anderen Worten erzeugt das Parameteranpassungsmodul 27 virtuelle Werte für die Aufnahmeparameter a_i, unter deren Anwendung auf die Tomographieeinrichtung 3 ein Rohdatensatz R erzeugt würde, der hinsichtlich seiner Bildqualität dem durch das Verrauschungsmodul 26 modifizierten Rohdatensatz R'_mn entsprechen würde. Für diese Modifikation der Aufnahmeparameter a_i greift das Simulationsmodul 23 auf die Kennliniendatenbank 24 zurück, in der die Abhängigkeit der Bildqualität von den Aufnahmeparametern a_i sowie von den Patientenparametern p₁ in Form von Kennlinien hinterlegt ist. Die durch das Parameteranpassungsmodul 27 modifizierten Aufnahmeparameter a_i bilden einen Bestandteil des Vorlageparametersatzes A'_mn und werden mit dem Patientendatensatz P_m in dem Dateikopf (oder Header) des modifizierten Rohdatensatzes R'_mn als Meta-Information abgelegt.
Der modifizierte Rohdatensatz R'_mn wird zusammen mit der zugehörigen Meta-Information, d.h. dem Vorlageparametersatz A'_mn und dem Patientendatensatz P_m an das 3D- Rekonstruktionsmodul 25 zugeleitet. Hier erfolgt die letztendliche Erstellung der Vorlagebilder B'_mn. Der modifizierte Rohdatensatz R'_mn kann wie ein originaler Rohdatensatz R von einem herkömmlichen Rekonstruktionssystem verarbeitet werden, wie es auch der Tomographieeinrichtung 3 zugeordnet ist. So ist in dem 3D-Rekonstruktionsmodul 25 auch ein 3D-Rekonstruktionsalgorithmus F' implementiert, der dem 3D-Rekonstruktionsalgorithmus F der Tomographieeinrichtung 3 entspricht. Dies ist insbesondere insofern von großem Vorteil, als bei der durch das 3D-Rekonstruktionsmodul 25 durchgeführten Rekonstruktion der Vorlagebilder B'_mn die gleichen Rekonstruktionsartefakte erzeugt werden, wie sich charakteristischerweise und insbesondere bei nichttausreichender Bildqualität auch bei der Rekonstruktion von originalen Rohdatensätzen R auftreten. Der Einfluss einer Parameteränderung auf die Qualität einer Tomographie wird hierdurch besonders realitätsnah simuliert.
Der modifizierte Rohdatensatz R'_mn kann weiterhin unter Verwendung beliebiger Werte für die Aufnahmeparameter b_j rekonstruiert werden. Der selbe modifizierte Rohdatensatz R'_mn kann also beispielsweise mit unterschiedlicher Schichtdicke, unterschiedlichem Inkrement, etc. rekonstruiert werden. Daneben ist auch denkbar, den selben modifizierten Rohdatensatz R'_mn unter Verwendung unterschiedlicher Rekonstruktionsalgorithmen und/oder Rekonstruktionsfilter zu rekonstruieren.
Der dem erstellten Vorlagebild B'_mn zugeordnete Vorlageparametersatz A'_mn wird durch das 3D-Rekonstruktionsmodul 25 jeweils um die verwendeten Werte für die Aufnahmeparameter b_j ergänzt.
Das auf diese Weise fertiggestellte Vorlagebild B'_mn wird anschließend auf die im Zusammenhang mit 1 beschriebene Weise in dem Vorlagenspeicher 6 hinterlegt. Die den Vorlagebildern B'_mn zugeordnete Meta-Information, d.h. insbesondere der jeweilige Vorlageparametersatz A'_mn und der zugeordnete Patientenparametersatz P_m und das Bildqualitätsmaß M_mn ist gemäß DICOM-Standard in dem Dateikopf der jeweiligen Bilddatei abgelegt. Der Vorlagenspeicher 6 greift auf diese Information zur automatischen Ablage der Vorlagebilder B'_mn und für einen automatischen Zugriff auf dieselben zurück.
Auf die vorstehend beschriebene Weise werden zu einem ursprünglichen Rohdatensatz R_m für jedes zu erstellende Vorlagebild B'_mn einer Gruppe G_m der zugehörige modifizierte Rohdatensatz R'_mn und der zugehörige Vorlageparametersatz A'_mn erstellt. Die unterschiedlichen Vorlagebildern B'_mn der gleichen Gruppe G_m zugrunde liegenden modifizierten Rohdatensätze R'_mn werden hierbei unterschiedlich stark verrauscht, um unterschiedliche Bildqualitätsmaße M_mn zu simulieren.

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines eine Anzahl vorgegebener Aufnahmeparameter (a_i, b_j) umfassenden Aufnahmeparametersatzes (A) für eine medizinische Tomographieeinrichtung (3), bei welchem ein Vorlagebild (B'_mn) zur Auswahl zur Verfügung gestellt wird, wobei anhand der Auswahl des Vorlagebildes (B'_mn) ein diesem zugeordneter Vorlageparametersatz (A'_mn) als Aufnahmeparametersatz (A) ausgewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung des Vorlagebildes (B'_mn) ein zugrundeliegender Tomographie-Rohdatensatz (R_m) vor Durchführung einer 3D-Rekonstruktion mittels eines Verrauschalgorithmus (F') zur Simulierung eines virtuellen Bildqualitätsmaßes (M_mn) modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bildqualitätsmaß (M_mn) jedem Vorlagebild (B'_mn) ein virtueller Dosiswert zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorlagebild (B'_mn) nach Maßgabe mindestens eines Patientenparameters (p₁) vorausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Patientenparameter (p₁) eine Gewichtsangabe und/oder eine Körpergrößenangabe und/oder eine Altersangabe und/oder eine Geschlechtsangabe und/oder eine zu untersuchende Körperregion herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Tomographie-Rohdatensatz (R_m) eine Gruppe (G_m) von mehreren Vorlage bildern (B'_mn) mit jeweils unterschiedlichem virtuellen Bildqualitätsmaß (M_mn) erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass stets alle Vorlagebilder (B'_mn) der selben Gruppe (G_m) nach Maßgabe des oder jedes Patientenparameters (p₁) gemeinsam vorausgewählt und zur Auswahl zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswahl stets ein beliebiges Vorlagebild (B'_mn) der Gruppe (G_m) gleichzeitig mit einem einer Standard-Bildqualität (M_m0) entsprechenden Standard-Vorlagebild (B'_m0) angezeigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit dem oder jedem zur Auswahl zur Verfügung gestellten Vorlagebild (B'_mn) gleichzeitig das diesem Vorlagebild (B'_mn) zugeordnete Bildqualitätsmaß (M_mn) angezeigt wird.
Vorrichtung (1) zur Ermittlung eines eine Anzahl vorgegebener Aufnahmeparameter (a_i,b_j) umfassenden Aufnahmeparametersatzes (A) für eine medizinische Tomographieeinrichtung (3), mit einem Auswahlsystem (2), umfassend – einen Vorlagenspeicher (6), in dem mindestens ein Vorlagebild (B'_mn) hinterlegt ist und – ein Auswahlmodul (8), das dazu ausgebildet ist, ein Vorlagebild (B'_mn) oder mehrere Vorlagebilder (B'_mn) zur Auswahl zur Verfügung zu stellen und bei Auswahl eines Vorlagebilds (B'_mn) einen diesem zugeordneten Vorlageparametersatz (A'_mn) auszugeben, sowie mit einem Vorlagenerstellungssystem (21), umfassend – ein Simulationsmodul (23), das dazu ausgebildet ist, einen Tomographie-Rohdatensatz (R_m) mittels eines Verrauschungsalgorithmus (F') zur Simulation eines virtuellen Bildqualitätsmaßes (M_mn) zu modifizieren, – ein nachgeschaltetes 3D-Rekonstruktionsmodul (25), das dazu ausgebildet ist, aus dem modifizierten Tomographie-Rohdatensatz (R'_mn) ein dreidimensionales Vorlagebild (B'_mn) abzuleiten, und – einen Vorlagenspeicher (6) zur Hinterlegung des Vorlagebilds (B'_mn).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Vorauswahlmodul (8), das dazu ausgebildet ist, anhand mindestens eines Patientenparameters (p₁) ein Vorlagebild (B'_mn) aus dem Vorlagenspeicher (6) vorauszuwählen.