DE102005036514A1

DE102005036514A1 - Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen eines digitalen Röntgenbildes von einem Untersuchungsobjekt

Info

Publication number: DE102005036514A1
Application number: DE102005036514A
Authority: DE
Inventors: Katrin Johansson; Thomas Dr. Mertelmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: US7342999B2; DE102005036514B4; US20070036272A1

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Erzeugen eines digitalen Röntgenbildes (B) von einem Untersuchungsobjekt (4) mit einer Röntgenröhre (2) und einem digitalen Röntgendetektor (10), wird unter Zuhilfenahme von Vorwissen eine zur korrekten Belichtung erforderliche vorläufige Gesamtdosis ermittlet, und es wird vom Untersuchungsobjekt (4) ein vollständiges Vorbilde (V¶0¶) mit einer Teildosis aufgenommen, die kleiner ist als die vorläufige Gesamtdosis. Aus dem Vorbild (V) wird durch Bildauswertung eine Restdosis ermittelt. Anschließend wird ein vollständiges Folgebild (F) mit dieser Restdosis aufgenommen, und es wird das Röntgenbild (B) aus dem Vorbild (V) und dem Folgebild (F) zusammengesetzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen eines digitalen Röntgenbildes von einem Untersuchungsobjekt.

Bei der Aufnahme eines Röntgenbildes von einem Untersuchungsobjekt, beispielsweise bei der Mammographie, muss sichergestellt sein, dass die Aufnahmeparameter, insbesondere die applizierte Dosis, korrekt eingestellt sind, um eine zur diagnostischen Auswertung geeignete Bildqualität zu gewährleisten. Um die Strahlenbelastung des durchstrahlten Bereiches des Untersuchungsobjektes auf das diagnostisch erforderliche Minimum zu beschränken, wird angestrebt, die Aufnahmeparameter bereits bei der ersten Aufnahme korrekt einzustellen. Hierzu wird im Stand der Technik eine sogenannte Belichtungsautomatik (AEC, automatic exposure control) verwendet.

Beim Erzeugen eines anlogen Röntgenbildes mit einem Röntgenfilm, beispielsweise in der analogen Mammographie, sind hierzu, in Fortpflanzungsrichtung der Röntgenstrahlen gesehen, hinter dem Röntgenfilm eine Mehrzahl von Festkörperdetektoren angeordnet, die die Intensität der durch den Röntgenfilm transmittierten Röntgenstrahlen messen, und deren Ausgangssignal zum Steuern der Aufnahmeparameter (z.B. Belichtungszeit, Betriebsspannung der Röntgenröhre, Röhrenstrom, Anoden-Filter-Kombination) verwendet wird.

Eine solche, während der Bildaufnahme erfolgende Belichtungssteuerung ist jedoch aufgrund der höheren Absorption der bei der digitalen Röntgenbildgebung verwendeten digitalen Röntgendetektoren nicht möglich. In Röntgeneinrichtungen mit digitalen Röntgendetektoren erfolgt die Belichtungssteuerung dadurch, dass in einem ersten Schritt ein sogenannter Vor schuss (preshot) mit einer niedrigen Dosis durchgeführt wird. Die im Vorschuss abgestrahlte Dosis ist dabei so gering, dass Detektor- und Quantenrauschen das von den Einzeldetektoren jeweils empfangene Messsignal in einem signifikanten Ausmaß beeinflusst. Deshalb werden die Signale einer Vielzahl von Einzeldetektoren zu jeweils einem Messwert zusammengefasst (binning, downsampling), so dass anstelle von größenordnungsmäßig mehren zehntausend nur noch wenige hundert Messwerte ausgewertet werden müssen. Diese Messwerte werden nun zur Ermittlung der korrekten Belichtungszeit oder Gesamtdosis verwendet. Die im Vorschuss gewonnenen Daten können jedoch aufgrund der geringen Dosis und aufgrund der Datenreduktion nicht für das endgültige Röntgenbild verwendet werden und stellen somit eine, wenn auch kleine, aber dennoch unerwünschte Dosismehrbelastung dar.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen eines digitalen Röntgenbildes von einem Untersuchungsobjekt anzugeben, bei dem der vorstehend genannte Nachteil vermieden ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens anzugeben.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei diesem Verfahren wird unter Zuhilfenahme von Vorwissen eine zur korrekten Belichtung erforderliche vorläufige Gesamtdosis ermittelt, und es wird vom Untersuchungsobjekt ein vollständiges Vorbild mit einer Teildosis aufgenommen, die kleiner ist als die vorläufige Gesamtdosis. Aus dem vollständigen Vorbild wird durch Bildauswertung eine Restdosis und mit dieser ein vollständiges Folgebild aufgenommen. Das fertige Röntgenbild wird dann aus dem Vorbild und dem Folgebild zusammengesetzt.

Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass die gesamte Strahlenexposition für das Röntgenbild verwertet werden kann.

Da ein vollständiges Vorbild aufgenommen wird, d.h. ein Vorbild erzeugt wird, dessen räumliche Auflösung der des fertigen Röntgenbildes entspricht, indem die Signale aller Einzeldetektoren getrennt voneinander erfasst werden, ist dieses Vorbild diagnostisch verwertbar und kann mit dem Folgebild zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden.

Der Begriff „Dosis" ist dabei im Rahmen dieser Anmeldung gleichwertig mit dem Produkt aus Röhrenstrom und Zeit (mAs), da die Aufnahmeparameter, die nicht die dieses Strom-Zeit-Produkt sondern die anderen Betriebsbedingungen der Röntgenröhre betreffen, für Vorbild und Folgebild identisch sind.

Die Bildauswertung zum Ermitteln der Restdosis erfolgt vorzugsweise mit den Verfahren, wie sie bei der eingangs erläuterten automatischen Belichtungssteuerung in der digitalen Röntgendiagnostik bekannt sind. Für diese Belichtungssteuerung gibt es einen Soll- oder Zielwert eines Bildparameters, beispielsweise eines mittleren Intensitäts- oder Helligkeitswertes (Pixelwertes) oder eines Signal-Rausch-Verhältnisses jeweils in einem für die Belichtungssteuerung ausgewerteten Bildbereich (region of interest). Die erforderliche Restdosis kann dann aus dem im Vorbild gemessenen Wert des Bildparameters und dem Sollwert unter Zuhilfenahme eines durch vorherige Vermessung und Tabellierung bekannten Zusammenhanges zwischen Dosis und Wert des Bildparameters ermittelt werden.

Um Detektor- und Quantenrauschen im Vorbild und im Folgebild zu minimieren, d.h. sicherzustellen, dass Vorbild und Folgebild jeweils für sich genommen diagnostisch verwertbar sind, ist es von Vorteil, wenn die Teildosis zwischen 40% und 60% der vorläufigen Gesamtdosis beträgt. Mit anderen Worten: Die erste Belichtung erfolgt mit einer Teildosis, die zwar nicht der tatsächlich notwendigen oder der prognostizierten Gesamtdosis entspricht, sich aber in deren Größenordnung bewegt und somit signifikant höher ist als die im Stand der Technik zur Belichtungssteuerung im Vorschuss verwendete Dosis.

Bei dem für die Ermittlung der vorläufigen Gesamtdosis benötigten Vorwissen handelt es sich um für den jeweiligen Anwendungsfall – Eigenschaften, beispielsweise Gewebezusammensetzung, Knochenanteil und Dicke des Untersuchungsobjektes – beispielsweise in einer Look-up-Tabelle gespeicherte Erfahrungswerte. Bei der Mammographie hat es sich als besonders einfach und günstig herausgestellt, wenn als vorläufige Gesamtdosis eine Dosis gewählt wird, die etwa 80 bis 90% der aus dem Vorwissen bekannten mittleren Gesamtdosis einer 2cm dicken komprimierten Brust beträgt.

Hinsichtlich der Einrichtung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 4, deren Vorteile sich sinngemäß aus den Vorteilen des ihm zugeordneten Verfahrensanspruches 1 ergeben.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
2 ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen der zur Durchführung des Verfahrens vorgenommenen Einzelschritte.
Gemäß 1 umfasst eine Einrichtung zum Erzeugen eines digitalen Röntgenbildes B, im dargestellten Beispiel ein Mammographiegerät, eine Röntgenröhre 2 zum Erzeugen von Röntgenstrahlen 3, die ein Untersuchungsobjekt 4 durchqueren. Bei dem Untersuchungsobjekt 4 handelt es sich im Beispiel um eine weibliche Brust, die zwischen einer Kompressionsplatte 6 und einem Patientenlagerungstisch 8 eingebettet ist. Die das Untersuchungsobjekt 4, die Kompressionsplatte 6 und den Patientenlagerungstisch 8 durchquerenden Röntgenstrahlen 3 werden von einem großflächigen digitalen Röntgendetektor 10 empfangen, der aus einer Vielzahl von in einem matrixförmigen Array angeordneten Einzeldetektoren 12 aufgebaut ist. Zur Unterdrückung von Streustrahlung kann vor dem Röntgendetektor 10 noch ein Streustrahlraster angeordnet sein.
Die Steuerung der Röntgenröhre 2 sowie ihrer Betriebsparameter erfolgt durch Steuersignale S, die von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 generiert werden. Mit Hilfe von Eingabe- und Anzeigeelementen, im Beispiel sinnbildlich veranschaulicht durch eine Tastatur 16 und einen Monitor 18, können die zum Erzeugen eines vollständigen Vorbildes V erforderlichen Aufnahmeparameter vom Benutzer eingestellt werden. Dieses Vorbild V wird mit einer Teildosis aufgenommen, die anhand einer vom Benutzer ermittelten Gesamtdosis bestimmt wird.
In der Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 erfolgt dann eine automatische Auswertung des mit der Teildosis aufgenommenen Vorbildes V mit den Verfahren, wie sie für die automatische Belichtungssteuerung bekannt sind, um auf diese Weise die zum Erzeugen des Röntgenbildes erforderliche Restdosis zu ermitteln. Mit dieser Restdosis wird dann bei ansonsten unveränderten Aufnahmeparametern ein vollständiges Folgebild F aufgenommen. In der Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 werden dann vollständiges Vorbild V und vollständiges Folgebild F zu einem fertigen Röntgenbild B zusammengesetzt. Die tatsächlich für das fertige Röntgenbild B erforderliche Gesamtdosis ist dann die Summe aus Teildosis und Restdosis und stimmt in der Regel nicht mit der vorher prognostizierten vorläufigen Gesamtdosis überein.
Die Auswahl der Aufnahmeparameter und der vorläufigen Gesamtdosis für das Vorbild V erfolgt durch das die Bildaufnahme vornehmende Personal anhand von Vorwissen, beispielsweise Look-up-Tabellen, in denen beispielsweise Gewebezusammensetzung, Größe und weitere, auf das Untersuchungsobjekt 4 bezo gene Objektparameter sowie Betriebsparameter der Röntgenröhre 2 und die für diese Parameter in der Regel erforderliche Gesamtdosis oder eine zum Erzeugen des Vorbildes V erforderliche erste Belichtungszeit aufgelistet sind. Bei dieser vorläufigen Gesamtdosis handelt es sich um einen groben Schätzwert. Da das Vorbild V jedoch mit einer signifikant niedrigeren Teildosis, nämlich etwa zwischen 40% und 60% dieser geschätzten oder prognostizierten vorläufigen Gesamtdosis aufgenommen wird, ist eine Überbelichtung und eine damit verbundene unnötige Dosisbelastung praktisch ausgeschlossen.
Bei der Mammographie, d.h. bei der Erzeugung eines Röntgenbildes B der weiblichen Brust kann die Teildosis auch ohne Zuhilfenahme von Tabellen gewählt werden, indem standardmäßig als vorläufige Gesamtdosis etwa 80 bis 90% der aus dem Vorwissen bekannten mittleren Gesamtdosis für die dünnste in der Praxis vorkommende Brust, d.h. für eine komprimierte Brustdicke von etwa 2cm, gewählt wird. Dies führt dann bei einer mittleren Brust zu einer Teildosis von etwa 50% der zweiten Gesamtdosis und bei einer Brust mit den höchsten Kompressionsdicken zu einer Teildosis von etwa 10 bis 20% der zweiten Gesamtdosis.
Im Diagramm gemäß 2 wird in einem ersten Schritt eine Teildosis D_V oder Teilbelichtungszeit von Hand eingegeben. In der Steuer- und Auswerteeinrichtung werden dann die zu dieser Teildosis D_V zugehörigen Steuersignale S_V für die Röntgenröhre generiert und es wird in einem ersten Zeitfenster 20 eine erste Belichtung durchgeführt. Die von den Einzeldetektoren aufgenommenen Messwerte werden am Ende des Zeitfensters 20 ausgelesen und zu dem vollständigen Vorbild V sowie zu einem für die automatische Belichtungssteuerung geeigneten Datensatz AEC zusammengesetzt. Aus diesem Datensatz AEC erfolgt in einem nächsten Schritt eine Berechnung der tatsächlich erforderlichen, korrekten Gesamtdosis bzw. der Restdosis D_R oder der Restbelichtungszeit und es werden die zugehörigen Steuersignale S_R für die Röntgenröhre erzeugt. Anschließend wird in einem zweiten Zeitfenster 22 eine erneute Belichtung vorgenommen. Die Einzeldetektoren werden ausgelesen und zu einem vollständigen Folgebild F zusammengesetzt, wobei anschließend das Vorbild V und das Folgebild F addiert und auf diese Weise zum Röntgenbild B zusammengesetzt werden.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines digitalen Röntgenbildes (B) von einem Untersuchungsobjekt (4) mit einer Röntgenröhre (2) und einem digitalen Röntgendetektor (10), bei dem unter Zuhilfenahme von Vorwissen eine zur korrekten Belichtung erforderliche vorläufige Gesamtdosis ermittelt und vom Untersuchungsobjekt (4) ein vollständiges Vorbild (V₀) mit einer Teildosis (D_V) aufgenommen wird, die kleiner ist als die vorläufige Gesamtdosis, aus dem durch Bildauswertung eine Restdosis (D_R) ermittelt wird, und bei dem anschließend ein vollständiges Folgebild (F) mit dieser Restdosis (D_R) aufgenommen und das Röntgenbild (B) aus dem Vorbild (V) und dem Folgebild (F) zusammengesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Teildosis zwischen 40 und 60% der vorläufigen Gesamtdosis beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Erzeugen eines Röntgenbildes (B) einer weiblichen Brust als vorläufige Gesamtdosis eine Dosis gewählt wird, die zwischen 80 und 90% der anhand des Vorwissens bekannten mittleren Gesamtdosis für eine 2cm dicke komprimierte Brust beträgt.
Einrichtung zum Erzeugen eines digitalen Röntgenbildes (B) von einem Untersuchungsobjekt (4) mit einer Röntgenröhre (2) und einem digitalen Röntgendetektor (10), und mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) zum Aufnehmen zumindest eines vollständigen Vorbildes (V₀) mit einer einstellbaren Teildosis (D_V), und zum Ermitteln einer Restdosis (D_R) durch Auswerten des Röntgenbildes (B) sowie zum anschließenden Aufnehmen eines Folgebildes (F) mit der Restdosis (D_R), und zum Zusammensetzen des Röntgenbildes (B) aus dem Vorbild (V) und dem Folgebild (F).