-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen
eines Röntgenbilds
unter Verwendung einer möglichst
niedrigen Dosisleistung.
-
Zur
Einstellung der Dosisleistung werden nach dem Stand der Technik
Ionisationskammern verwendet, welche vor dem Detektor angebracht sind.
Derartige Ionisationskammern werden insbesondere bei digitalen Systemen
u. U. auf dem erzeugten Röntgenbild
abgebildet. Einer solchen unerwünschten
Abbildung kann zwar durch eine geeignete Kalibrierung entgegengewirkt
werden. Allerdings führen
derartige Kalibrierungen wiederum zu unerwünschten Artefakten.
-
Abgesehen
davon müssen
externe Ionisationskammern separat synchronisiert werden, d. h.
sie müssen
dann aktiviert werden, wenn der Detektor aufnahmebereit ist und
mit der Röntgenquelle
ein Röntgenpuls
erzeugt wird. Schließlich
trägt das
Vorsehen einer den Detektor vorgelagerten Ionisationskammer zu einer
Erhöhung
der Bauhöhe
des Systems bei.
-
Aus
der
US 5,448,613 ist
eine Röntgendiagnoseeinrichtung
mit einem Röntgenbildverstärker und
einem Halbleiterdetektor bekannt. Zur Detektion der Bildhelligkeit
wird während
der Einstrahlung von Röntgenstrahlung
auf den Halbleiterdetektor eine Gruppe von Detektorelementen mit
einer eine Integrationsstufe umfassenden Ausleseschaltung verbunden.
Es wird damit eine Summation der gemessenen Signale bewirkt. Das
Ausgangssignal der Integrationsstufe wird einer Schwellwertschaltung
zugeführt
und mit einer Schwelle verglichen. Wenn die Schwelle überschritten
wird, liefert die Schwellwertschaltung ein Ausgangssignal, durch
welches ein Hochspannungsgenerator abgeschaltet wird.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu
beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Erzeugen eines Röntgenbilds
unter Verwendung einer möglichst
niedrigen Dosisleistung angegeben werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis
8 und 10 bis 16.
-
Nach
Maßgabe
der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Röntgenbilds
mit folgenden Schritten vorgesehen
- a) Bereitstellen
einer Röntgenquelle
und eines gegenüberliegend
angeordneten Halbleiterdetektors mit einer Vielzahl von Detektorelementen,
- b) Durchstrahlen eines zu untersuchenden Körpers mit Röntgenstrahlung einer vorgegebenen ersten
Dosisleistung während
eines ersten Zeitintervalls,
- c) Messen erster Signale mit zumindest einem Teil der Detektorelemente,
- d) Berechnen einer für
die Erzeugung des Röntgenbilds
erforderlichen zweiten Dosisleistung und Ermitteln zumindest eines
Parameters zur Einstellung der Röntgenquelle
auf die Abgabe der zweiten Dosisleistung,
- e) Durchstrahlen des zu untersuchenden Körpers mit der unter Verwendung
des Parameters erzeugten zweiten Dosisleistung während eines zweiten Zeitintervalls
und
- f) Messen zweiter Signale mit dem Halbleiterdetektor und Erzeugen
eines die gemessenen zweiten Signale wiedergebenden Röntgenbilds.
-
Mit
dem vorgeschlagenen Verfahren kann auf das Vorsehen einer Ionisationskammer
verzichtet werden. Die zur Herstellung des Röntgenbilds erforderliche zweite
Dosisleistung wird vor der Erzeugung des Röntgenbilds ermittelt, indem
zunächst
der zu untersuchende Körper
mit Röntgenstrahlung
einer vorgegebenen ersten Dosisleistung während eines ersten Zeitintervalls
bestrahlt wird. Dabei wird der Patient lediglich mit einer geringen
ersten Dosisleistung belastet. Die erste Dosisleistung ist aber
ausreichend zur Berechnung der zweiten Dosisleistung und damit zur
Ermittlung zumindest eines Parameters, mit dem die Röntgenquelle
so eingestellt wird, dass damit genau die zweite Dosisleistung abgegeben
wird. Anschließend
erfolgt die eigentliche Röntgenaufnahme mit
der unter Verwendung des Parameters erzeugten zweiten Dosisleistung.
Aus den mit dem Halbleiterdetektor gemessenen zweiten Signalen wird
anschließend
in herkömmlicher
Weise ein Röntgenbild
erzeugt.
-
Unter
dem Begriff "zweite
Dosisleistung" wird eine
Dosisleistung verstanden, welche möglichst niedrig ist, jedoch
innerhalb des durch den Halbleiterdetektor vorgegebenen Dynamikbereichs
die Herstellung eines einwandfreien Röntgenbilds ermöglicht.
-
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zum Messen
der ersten Signale eine vorgegebene geometrische Anordnung eines Teils
der Detektorelemente verwendet wird. Es können beispielsweise lediglich
bestimmte, mit einem vorgegebenen Abstand voneinander beabstandete Zeilen
von Detektorelementen des Halbleiterdetektors verwendet werden.
Desgleichen ist es möglich, dass
die geometrische Anordnung den Umrissen von Rechtecken oder Kreisen
entspricht. Auch gekreuzte Linien oder Kombinationen von Rechtecken,
Kreisen und gekreuzten Linien sind möglich. Ferner ist es möglich, mehrere
benachbarte Detektorelemente zusammen zu schalten, so dass sich
damit größere Flächenelemente
ergeben.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
der Teil der Detektorelemente weniger als 20 % der Gesamtzahl der
Detektorelemente des Halbleiterdetektors ist. Indem zum Messen der
ersten Signale lediglich ein Teil der Detektorelemente verwendet
wird, kann die Ermittlung des Parameters besonders schnell erfolgen.
Infolgedessen ist das erste Zeitintervall üblicherweise kürzer als
das zweite Zeitintervall.
-
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Parameter aus der folgenden
Gruppe ausgewählt:
Kathodenstromstärke,
Höhe einer
Beschleunigungsspannung, Art eines Filters, Dauer des zweiten Zeitintervalls.
Der oder die einzustellenden Parameter betreffen also insbesondere
die Einstellung eines Hochspannungsgenerators zum Betrieb einer
Röntgenröhre. Selbstverständlich können auch
mehrere der vorgenannten Parameter im Hinblick auf eine optimierte
zweite Dosisleistung berechnet und zur Erzeugung der Röntgenstrahlung
verwendet werden.
-
Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein das erste
vom zweiten Zeitintervall trennendes drittes Zeitintervall in seiner
Länge durch die
zum Berechnen des Parameters erforderliche Zeit bestimmt wird. Das
dritte Zeitintervall ist in der Praxis bedingt durch die hohen Rechenleistungen
eines zur Berechnung zweckmäßigerweise
verwendeten Computers sehr kurz. Infolgedessen kann der zu untersuchende
Körper
auch während
des dritten Zeitintervalls mit der ersten Dosisleistung durchstrahlt werden.
Eine wesentliche Mehrbelastung des Patienten wird dadurch nicht
bewirkt.
-
Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist die zweite Dosisleistung größer als
die erste Dosisleistung. Sie dient der Erzeugung des die gemessenen zweiten
Signale wiedergebenden Röntgenbilds.
-
Nach
weiterer Maßgabe
der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Röntgenbilds vorgesehen
mit
- – einer
Röntgenquelle
und einem gegenüberliegend
angeordneten Halbleiterdetektor mit einer Vielzahl von Detektorelementen,
- – einer
Einrichtung zum Durchstrahlen eines zu untersuchenden Körpers mit
Röntgenstrahlung einer
vorgegebenen ersten Dosisleistung während eines ersten Zeitintervalls,
- – einer
Einrichtung zum Berechnen einer für die Erzeugung des Röntgenbilds
erforderlichen zweiten Dosisleistung und Ermitteln mindestens eines Parameters
zum Einstellen der Röntgenquelle
auf die Abgabe der zweiten Dosisleistung,
- – einer
Einrichtung zum Durchstrahlen des zu untersuchenden Körpers mit
der zweiten Dosisleistung während
eines zweiten Zeitintervalls und
- – einer
Einrichtung zum Erzeugen eines gemessene zweite Signale wiedergebendes
Röntgenbilds.
-
Bei
der vorgeschlagenen Vorrichtung kann es sich um eine herkömmliche
mittels eines Computers steuerbare Vorrichtung handeln. Eine zum
Betrieb der Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche
Software zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass damit automatisiert
der zu untersuchende Körper
zumindest bei der Herstellung eines ersten Röntgenbilds in einem 2-stufigen Verfahren
durchstrahlt wird. In der ersten Stufe wird der zu untersuchende
Körper
mit Röntgenstrahlung einer
ersten Dosisleistung während
eines ersten Zeitintervalls durchstrahlt. Dabei sind vorzugsweise
die erste Dosisleistung und/oder das erste Zeitintervall fest vorgegeben.
Es kann sich dabei um Größen handeln,
welche in der Software einstellbar sind. Des Weiteren kann eine
Einrichtung zum Berechnen einer zweiten Dosisleistung aus mit zumindest
einem Teil der Detektorelemente gemessenen ersten Signalen vorgesehen
sein. Der Teil der Detektorelemente und dessen geometrische Anordnung
können
ebenfalls softwareseitig vorgegeben bzw. einstellbar sein. Die damit
gemessenen ersten Signale können
unter Verwendung geeigneter Algorithmen verarbeitet und daraus die
erforderliche zur Herstellung eines Röntgenbilds optimale zweite
Dosisleistung berechnet bzw. extrahiert werden. Aus der zweiten
Dosisleistung kann wiederum zumindest ein Parameter, insbesondere
zur Steuerung eines Hochspannungsgenerators zum Betrieb einer Röntgenquelle,
ermittelt werden. In der zweiten Stufe wird dann unter Verwendung
des berechneten Parameters Röntgenstrahlung
mit der zweiten Dosisleistung erzeugt und auf der Grundlage der
damit bewirkten zweiten Signale das Röntgenbild hergestellt.
-
Wegen
der vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die zum
Verfahren erläuterten
vorteilhaften Ausgestaltungen verwiesen, welche sinngemäß auch vorteilhafte
Ausgestaltungsmerkmale der Vorrichtung bilden.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Darstellung eines Halbleiterdetektors nach dem Stand
der Technik,
-
2 den
erfindungsgemäßen Verlauf
des Kathodenstroms in Abhängigkeit
der Zeit,
-
3 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer geometrischen Anordnung von zur Messung erster Signale ausgewählten Detektorelementen,
-
4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der geometrischen Anordnung von zur Messung erster Signale ausgewählten Detektorelementen
und
-
5 ein
Flussdiagramm.
-
1 zeigt
in perspektivischer Darstellung einen nach dem Stand der Technik
bekannten Halbleiterdetektor H. Bei dem gezeigten Halbleiterdetektor
H ist eine Konverterschicht 1 auf einer mit einer Vielzahl
von Detektorelementen 2 versehenen Auslesematrix 3 aufgebracht.
Jedes der Detektorelemente 2 kann einen Schalter 4 aufweisen,
mit dem es mittels einer hier lediglich schematisch angedeuteten Ansteuerelektronik 5 ein-
oder ausgeschaltet werden kann. Mit dem Bezugszeichen 6 ist
ebenfalls schematisch eine Ausleseelektronik bezeichnet.
-
Bei
dem hier gezeigten Halbleiterdetektor H wird eine auf die Konverterschicht 1 einfallende
Röntgenstrahlung
R in Licht umgewandelt. Mittels der hier als Fotodioden ausgebildeten
Detektorelemente 2 wird das Licht in Form von Ladungssignalen
erfasst. Dazu können
die Detektorelemente 2 beispielsweise zeilenweise mittels
der Ansteuerelektronik 5 ein- und ausgeschaltet werden.
Mittels der Ausleseelektronik 6 können dann die Ladungssignale
der Detektorelemente 2 ebenfalls beispielsweise zeilenweise
ausgelesen werden.
-
Die
vorliegende Erfindung ist keineswegs auf den in 1 beispielhaft
gezeigten Halbleiterdetektor H beschränkt. Sie eignet sich auch in
Kombination mit anderen Halbleiterdetektoren, bei denen z. B. anstelle
der Konverterschicht 1 eine einfallende Röntgenstrahlung
R unmittelbar in Ladungssignale umwandelnder Direktkonverter vorgesehen
ist. Ein solcher Direktkonverter kann beispielsweise aus Selen hergestellt
sein. Ferner können
Halbleiterdetektoren mit CCDs (charge coupled devices), APS (active
pixel sensor) oder großflächige CMOS-Chips verwendet werden.
Es wird in diesem Zusammenhang verwiesen auf die Veröffentlichung
Spahn et al., Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik, Radiologe 43
(2003), Seiten 340 bis 350, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen
wird.
-
2 zeigt
einen bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
typischerweise auftretenden Verlauf des Kathodenstroms I in Abhängigkeit
der Zeit. Der Kathodenstrom I wird zu Beginn eines ersten Zeitintervalls
t1 angeschaltet. Gleichzeitig wird zwischen
einer Kathode und einer Anode einer Röntgenquelle eine vorgegebene
Hochspannung angelegt.
-
Infolgedessen
wird Röntgenstrahlung
R einer ersten Dosisleistung auf einen zu untersuchenden Körper eingestrahlt.
Am Ende des ersten Zeitintervalls t1 wird
der Kathodenstrom I abgeschaltet. In einem nun folgenden dritten
Zeitintervall t3 erfolgt auf der Grundlage
gemessener erster Signale und einem vorgegebenen Algorithmus eine
Berechnung einer zur Herstellung eines Röntgenbilds erforderlichen zweiten
Dosisleistung. Bei der Berechnung der zweiten Dosisleistung wird
ein Dynamikbereich des Halbleiterdetektors H als Randbedingung berücksichtigt. Innerhalb
des Dynamikbereichs wird eine zur Erzeugung des Röntgenbilds
minimale zweite Dosisleistung berechnet. Auf der Grundlage der berechneten zweiten
Dosisleistung werden ein oder mehrere Parameter zur Ansteuerung
der Röntgenquelle
ermittelt. Bei den Parametern kann es sich beispielsweise um die
Stärke
des Kathodenstroms I, die Höhe
einer Röhrenspannung,
das Vorsehen oder Nichtvorsehen eines Filters sowie die Dauer des
zweiten Zeitintervalls t2 handeln. Der oder
die berechneten Parameter werden an ein Steuerungsprogramm übergeben
und es wird anschließend
die Röntgenquelle
erneut für ein
zweites Zeitintervall t2 in Betrieb genommen.
Wie aus 2 ersichtlich ist, wird dazu
der Kathodenstrom I erneut eingeschaltet. Der Kathodenstrom I kann
im ersten t1 und im zweiten Zeitintervall
t2 denselben Wert aufweisen. Er kann selbstverständlich auch
in Abhängigkeit
der berechneten Parameter unterschiedlich sein. Während des
zweiten Zeitintervalls t2 wird die vorberechnete
zweite Dosisleistung von der Röntgenquelle
abgegeben.
-
Nach
einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es auch möglich,
dass der Kathodenstrom I während
des dritten Zeitintervalls t3 nicht abgeschaltet
wird, sondern vom Beginn des ersten Zeitintervalls t1 bis
zum Ende des zweiten Zeitintervalls t2 anliegt.
Es kann mit Beginn des zweiten Zeitintervalls t2 je
nach dem bei der Berechnung erzielten Ergebnis unverändert bleiben
oder auch erhöht
oder erniedrigt werden. Ferner kann zu Beginn des zweiten Zeitintervalls
t2 eine Röhrenspannung entweder gleich
bleiben oder auch erhöht
oder erniedrigt werden. Auch die Länge des zweiten Zeitintervalls
t2 kann zur Erzielung der gewünschten
zweiten Dosisleistung verändert
werden.
-
Die 3 und 4 zeigen
in schematischen Draufsichten verschiedene geometrische Anordnungen
des Teils der Detektorelementen 2, welche zur Messung der
ersten Signale verwendet werden. Die ausgewählten Detektorelemente 2 können Zeilen
sein, welche mit einem Abstand voneinander beabstandet sind. Sie
können
auch in Form eines Kreuzes oder z. B. in der aus der 4 ersichtlichen geometrischen
Anordnungen angeordnet sein. Die geometrische Anordnung der zur
Messung der ersten Signale ausgewählten Detektorelemente 2 kann programmgesteuert
beispielsweise in Abhängigkeit eines
zu untersuchenden Organs eingestellt werden. Zur Einstellung einer
geeigneten Geometrie ist es möglich,
beispielsweise Daten aus einem Radiologie Informationssystem (RIS)
zu extrahieren. Indem zur Messung der ersten Signale lediglich ein
Teil der Detektorelemente 2 in einer vorgegebenen geometrischen
Anordnung verwendet wird, kann der Schritt des Berechnens der zur
Erzeugung des Röntgenbilds
erforderlichen zweiten Dosisleistung sowie des oder der Parameter/s
mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
-
5 zeigt
in einem Flussdiagramm die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
in ihrer zeitlichen Reihenfolge. Während eines ersten Schritts
A wird ein so genannter "Analyse-Schuss" ausgelöst, d. h.
ein zu untersuchender Körper
wird während
eines vorgegebenen ersten Zeitintervalls t1 mit
einer vorgegebenen ersten Dosisleistung durchstrahlt. Anschließend werden
in einem zweiten Schritt B aus einem vorgegebenen Teil von Detektorelementen 2 die
damit gemessenen ersten Signale ausgelesen und an einen Computer übermittelt.
Unter Verwendung des Computers wird in einem dritten Schritt C eine
zweite Dosisleistung und ein zur Erzeugung der zweiten Dosisleistung
geeigneter Parametersatz zum Betrieb einer Röntgenquelle berechnet. Die
zur Berechnung verwendeten Algorithmen sind derart, dass die zweite
Dosisleistung möglichst
gering ist. Die zweite Dosisleistung ist jedoch so gewählt, dass
damit innerhalb eines vorgegebenen Dynamikbereichs des Halbleiterdetektors
H zweite Signale messbar und damit ein aussagefähiges Röntgenbild erzeugbar ist.
-
Während eines
vierten Schritts D wird unter Verwendung des berechneten Parametersatzes
die zweite Dosisleistung auf den zu untersuchenden Körper eingestrahlt.
Mittels des Halbleiterdetektors H werden zweite Signale gemessen.
-
In
einem fünften
Schritt E werden schließlich die
zweiten Signale ausgelesen und zu einem Röntgenbild verarbeitet.
-
Die
Schritte A bis C können
bei nachfolgenden Röntgenaufnahmen
auch weggelassen werden, sofern die Lage des zu untersuchenden Körpers oder ein
zu untersuchender Bereich am zu untersuchenden Körper sich nicht ändert.