DE102005017489A1

DE102005017489A1 - Verfahren zum Regeln der Dosis oder der Dosisleistung beim Aufnehmen von Röntgenbildern

Info

Publication number: DE102005017489A1
Application number: DE102005017489A
Authority: DE
Inventors: Philipp Dr. Bernhardt; Stefan Böhm; Bernhard Geiger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-10-19
Also published as: US7436930B2; US20060233304A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Regeln der Dosis oder Dosisleistung beim Aufnehmen von Röntgenbildern mittels eines eine Vielzahl von Dosisdatenwerten aufnehmende Bildelementen umfassenden Detektors wird aus der Gesamtheit der Datenwerte, die von den Bildelementen eines vorgegebenen Bildausschnitts aufgenommen werden, ein Istwert für die Dosis oder Dosisleistung ermittelt, der für die Regelung der Dosis der Dosisleistung bei der Aufnahme eines weiteren Röntgenbilds mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Erfindungsgemäß wird der Istwert so ermittelt, dass anhand einer Häufigkeitsverteilung der Dosisdatenwerte der der Dominante zugeordneten Bildelemente ein p-Quantil ermittelt wird, und dass der dem p-Quantil zugeordnete Dosisdatenwert zur Bestimmung des Istwerts herangezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Dosis oder Dosisleistung beim Aufnehmen von Röntgenbildern mittels eines eine Vielzahl von Dosisdatenwerten aufnehmenden Bildelementen umfassenden Detektors. Der Detektor ist hierbei aus diesen Bildelementen zusammengesetzt, wobei die Dosisdatenwerte als Grauwerte dargestellt werden, so dass sich ein Bild ergibt. Ein Dosisdatenwert gibt die von dem Bildelement empfangene Dosis an Röntgenstrahlung wieder, wobei der Detektor die Strahlung einer Röntgenröhre empfängt, die den Gegenstand der Röntgenaufnahme (z. B. den Patienten) zuvor durchstrahlt.

Im Stand der Technik ist es bekannt, die Dosis oder die Dosisleistung zur Regelung der Spannung der Röntgenröhre, des Röntgenröhrenstroms, der Belichtungsdauer und/oder zur Regelung einer Vorfilterung aus einem zunächst aufgenommenen Röntgenbild zu ermitteln. Hierfür wird aus dem zunächst aufgenommenen Röntgenbild ein Bildausschnitt ausgewählt (Dominante), und die diesem Bildausschnitt zugeordneten Daten werden zur Ermittlung eines Istwerts für die Dosis oder Dosisleistung verwendet. Diese Daten betreffen die Gesamtheit der von den der Dominante zugeordneten Bildelementen aufgenommenen Datenwerte. Der ermittelte Istwert wird für die Regelung der Dosis oder Dosisleistung bei der Aufnahme eines weiteren Röntgenbildes mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, und es findet eine entsprechende Änderung der Regelgrößen statt. Bei der Belichtungszeit ist dies eine proportionale Größe. Mit anderen Worten: Die Belichtungszeit wird beispielsweise verdoppelt, wenn der Istwert nur halb so groß ist wie der Sollwert.

Bisher ist es Aufgabe eines Bedieners, die Dominante als Bildausschnitt auszuwählen. Die Dominante soll typische Bildausschnitte umfassen, und die Dosis oder Dosisleistung für die folgende Röntgenaufnahme wird auf diese Dominante hin optimiert. Bisher wird als Istwert für die Dosis oder die Dosisleistung ein mittlerer, also durchschnittlicher, Dosisdatenwert aus den Bildelementen der Dominante verwendet.

Insbesondere, wenn die Dominante des zunächst aufgenommenen Röntgenbildes Bereiche von Direktstrahlung umfasst, d. h. Bereiche, in denen die von der Röntgenröhre ausgesandte Strahlung direkt auf den Detektor auftrifft, ohne von dem Objekt des Bildes in starker Weise absorbiert zu werden, erhöht sich die durchschnittliche Dosis der von den Bildelementen der Dominante empfangenen Röntgenstrahlung. Wird aus dieser erhöhten Dosis ein Istwert ermittelt, kann eine Regelung dazu führen, dass der Istwert auf einen Sollwert reduziert werden muss. Infolgedessen wird das nachfolgende Bild weniger stark belichtet. Dies hat insbesondere in den stark absorbierenden Bereichen zur Folge, dass sich die Bildqualität verschlechtert.

Bisher wird der behandelnde Arzt geneigt sein, die Dominante daher auf die stark absorbierenden Bereiche auszurichten, um einen möglichst guten Kontrast zu erhalten. Dominanten, welche einen Bildbereich umfassen, in dem die Direktstrahlung stark ist, führen regelmäßig zu einer zu niedrigen Dosis im nächsten aufgenommenen Röntgenbild.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Problem zu beseitigen, dass die Auswahl der Dominante durch einen Bediener für die Qualität der Bilder weiter entscheidend ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Das Verfahren nach Patentanspruch 1 beinhaltet, dass anhand einer Häufigkeitsverteilung der Dosisdatenwerte der der Dominante zugeordneten Bildelemente ein p-Quantil ermittelt wird, und dass der dem p-Quantil zugeordnete Dosisdatenwert zur Bestimmung des Istwerts dient.

Ein p-Quantil ist eine Zahl, die eine Häufigkeitsverteilung mit n Einträgen in ein bestimmtes Verhältnis teilt. Bei einem p-Quantil, wobei 0 < p < 1, sind n·p Einträge kleiner als das p-Quantil und (1 – p)·n Einträge sind größer als das p-Quantil. Ein 0,5-Quantil nennt man Median. Der Median ist ein Wert, oberhalb und unterhalb von dem jeweils die Hälfte der Datenwerte liegen, wobei er sich in der Regel von einem einfachen Durchschnittswert unterscheidet.

Das p-Quantil bei der Erfindung kann nun so gewählt sein, dass sich die Regelung an dem Dosisdatenwert in stark absorbierenden Bereichen der Dominante orientiert, d. h., an der empfangenen Dosis in den Bereichen des Bildes, die für eine kontrastreiche Darstellung besonders interessant sind. Der p-Wert kann untersuchungsabhängig gewählt sein, beispielsweise davon abhängen, ob die Hand eines Patienten oder der Thorax geröntgt wird.

Hierzu kann der p-Wert von einem Bediener insbesondere interaktiv d. h., von Röntgenbild zu Röntgenbild veränderlich, vorgebbar sein, beispielsweise über eine Tastatur in das Röntgenaufnahmesystem eingebbar sein.

Ein p-Wert von 20 % (0,2-Quantil) ermöglicht es, eine Dominante auszuwählen, die noch einen bestimmten Anteil an Direktstrahlung umfasst, solange diese Direktstrahlung nicht 80 % des Bildanteils überschreitet. Die Erfindung ermöglicht es daher, bei der Auswahl der Dominante großzügiger zu sein, solange nur das p-Quantil geeignet definiert ist. Insbesondere ist es möglich, dass das im Wesentlichen ganze Bild als Dominante ausgewählt wird, d. h. dass de facto auf die Auswahl einer Dominante, die diesen Namen noch verdient, gänzlich verzichtet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird als Dominante das ganze Bild unter Wegnahme eines vorgegebenen rahmenförmigen Randes (für die Wegnahme des Bildblendenbereichs) ausgewählt.

Die Ermittlung des Istwertes anhand eines p-Quantils ermöglicht es, durch geeignete Auswahl des p-Werts die Direktstrahlung in geeigneter Weise zu berücksichtigen, so dass nicht mehr die Auswahl einer Dominante entscheidend wird, sondern die richtige Vorgabe des p-Werts.

Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:
1 die Häufigkeitsverteilung eines typischen Röntgenbildes mit einem relativ hohen Anteil an Direktstrahlung zeigt und
2 die nunmehr mögliche Auswahl einer Dominante erläutert.
1 zeigt die Häufigkeit von bestimmten Grauwerten in einem zunächst aufgenommenen Röntgenbild in einer typischen Situation. Die Grauwerte entsprechen in dem Bild bestimmten Dosiswerten, die von den einzelnen Pixeln (Bildelementen) des Röntgendetektors aufgenommen wurden.
Die Häufigkeitsverteilung umfasst sichtbar bei hohen Dosiswerten einen ersten Peak 10. Dieser erste Peak 10 repräsentiert die Direktstrahlung, d. h. Röntgenstrahlung, welche direkt auf den Detektor auftrifft, ohne absorbiert worden zu sein oder Röntgenstrahlung, welche extrem schwach absorbierende Bereiche eines Bildobjekts durchdrungen hat.
Die Röntgenstrahlung umfasst einen zweiten Peak 12 bei extrem niedrigen Dosiswerten. Dies sind Dosiswerte, welche stark absorbierenden Bereichen des Bildes entsprechen, beispielsweise Knochen eines Patienten, insbesondere dessen Wirbelsäule, etc.
Wird nun als Istwert für die Regelung der nächsten Röntgenaufnahme der einfache Mittelwert aus den in der Häufigkeitsverteilung dargestellten Daten genommen, so ergibt sich ein Istwert gemäß dem Stand der Technik (Istwert SdT) von ca. 550. Dieser Istwert wird durch den Peak 10, der sehr breit ist, natürlich soweit nach oben geschoben, so dass er sich von dem stark absorbierenden Peak 12 stark entfernt. Entsprechend erfolgt eine Regelung der Dosis des nachfolgenden Röntgenbildes aufgrund eines an sich zu hohen Istwerts, so dass das nachfolgende Röntgenbild vermutlich zu schwach belichtet wird, um den Bereich starker Absorptionen ausreichend gut abzubilden.
Die Erfindung ermöglicht es nun, den Istwert auf eine andere Weise zu bilden. Als Istwert für ein p-Quantil von p = 0,2 erhält man nämlich einen Wert von ca. 225. Dieser Wert liegt unmittelbar oberhalb des Peaks 12 der stark absorbierten Strahlung und noch im Bereich eines Neben-Peaks 14, in dem die Strahlung auch noch relativ stark absorbiert wird. Erfolgt eine Regelung der Dosis oder Dosisleistung des nachfolgenden Röntgenbildes anhand dieses Istwerts, spielt die Direktstrahlung gemäß Peak 10 keine bedeutende Rolle mehr, und der Bereich stark absorbierender Strahlung bestimmt direkt die Regelung der Belichtung des nachfolgenden Röntgenbildes, so dass dieser Bereich besonders gut abgebildet wird.
Dadurch, dass der Peak 10 durch die Verwendung eines geeigneten p-Quantils in gewisser Weise keine Rolle mehr spielt, wird es möglich, auf die Auswahl einer Dominante als solcher durch den Benutzer (d. h. den Radiologen, welcher die Bilder aufnimmt) zu verzichten. Stattdessen kann im Wesentlichen das gesamte Bild zur Ermittlung einer Häufigkeitsverteilung gemäß 1 verwendet werden. Eine Störung tritt erst ein, wenn der Bereich des Peaks 10 so stark wird, dass er in das p-Quantil hineinwandert. In diesem Falle ist der Anteil an Direktstrahlung aber ohnehin zu hoch.
2 zeigt nun die Fläche eines Detektors 16, der aus Bildelementen besteht, welche jeweils Dosisdatenwerte aufnehmen. Da ein Teil des Bildes ausgeblendet wird, ist gestrichelt die Kontur 18 der Blende dargestellt. An sich könnte der gesamte Bereich 20 im Inneren der Kontur 18 als Dominante hergenommen werden. Vorsichtshalber beschränkt man die Dominante auf einen Bereich 22, welcher in seiner Kontur punktiert gezeichnet ist, und der bei der bekannten Blendenstellung geeignet ist. Der Bereich 22 wird aufgrund eines die Blendenstellung erfassenden Datenwerts ermittelt. Der Bereich 22 stellt eine „universale Dominante" dar, die im Wesentlichen das gesamte Bild unter Wegnahme eines vorgegebenen rahmenförmigen Randes umfasst. Wie oben anhand der 1 erläutert, spielt aufgrund einer geeigneten Festsetzung des p-Werts für ein p-Quantil die Direktstrahlung keine weiter störende Rolle mehr, so dass in allen Fällen die Dominante 22 verwendet werden kann und nur der p-Wert zum p-Quantil geeignet gewählt sein muss.
Dargestellt ist in 1 ein typischer p-Wert von 0,2. Die Erfindung ist jedoch auf diesen Wert nicht festgelegt. Untersuchungsabhängig kann der notwendige p-Wert starken Schwankungen unterliegen. Bei einer Untersuchung des Thorax beispielsweise, bei dem sehr viele Knochen mitabgebildet sind, ist ein großer Bildbereich stark absorbierend, so dass der p-Wert auf 0,8 gesetzt sein kann (80%-Quantil zur Bestimmung des Istwerts). Umgekehrt sind etwa bei einer Abbildung einer menschlichen Hand die Bereiche der Direktstrahlung besonders stark ausgeprägt, so dass ein p-Wert von 0,2 oder noch kleiner (20%-Quantil) ausgewählt werden muss.
Da der p-Wert untersuchungsabhängig schwanken kann, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der das System bedienende Arzt den p-Wert über (nicht gezeigte) Tastatur oder ein anderes Bedienelement in das Röntgensystem eingibt und in diesem Röntgensystem dann die Regelung aufgrund eines p-Quantils anhand des eingegebenen p-Werts erfolgt.

Claims

Verfahren zum Regeln der Dosis oder der Dosisleistung beim Aufnehmen von Röntgenbildern mittels eines eine Vielzahl von Dosisdatenwerten aufnehmenden Bildelementen umfassenden Detektors (16), bei dem aus einem zunächst aufgenommenen Röntgenbild eine Dominante (22) als Bildausschnitt ausgewählt wird, und bei dem die Gesamtheit der von den der Dominante (22) zugeordneten Bildelementen aufgenommenen Datenwerte (1) zur Ermittlung eines Istwerts für die Dosis oder Dosisleistung dient, der für die Regelung der Dosis oder Dosisleistung bei der Aufnahme eines weiteren Röntgenbildes mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer Häufigkeitsverteilung (1) der Dosisdatenwerte der der Dominante zugeordneten Bildelemente ein p-Quantil ermittelt wird, und dass der dem p-Quantil zugeordnete Dosisdatenwert zur Bestimmung des Istwerts dient.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der p-Wert so gewählt ist, dass sich die Regelung an den Dosisdatenwerten in stark absorbierenden Bereichen der Dominante (22) orientiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der p-Wert von einem Bediener, insbesondere interaktiv, vorgebbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das im Wesentlichen ganze Bild als Dominante ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Dominante (22) das ganze Bild unter Wegnahme eines vorge gebenen oder aufgrund einer Blendenstellung ermittelten Randes dient, der vorzugsweise rahmenförmig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosis oder Dosisleistung durch entsprechende Einstellung der Spannung der Röntgenröhre, des Röntgenröhrenstrom, der Belichtungsdauer und/oder durch eine Vorfilterung geregelt wird.