-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen einer Röntgenbildserie
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Bei
einem Tomosynthese-Verfahren, wie es beispielsweise aus der
US 2005/0105679 A1 bekannt
ist, werden eine herkömmliche
Röntgenröhre und
ein Röntgen-Flachdetektor
eingesetzt. Die Röntgenröhre wird
nacheinander in eine Vielzahl von Winkelstellungen bewegt. Als Winkel
kann man den Winkel zwischen einer Verbindungslinie von der Röntgenröhre zu einem
(ausgewählten,
typischerweise mittleren) Punkt auf dem Röntgen-Flachdetektor und der Flächennormalen
des Röntgen-Flachdetektors definieren.
In jeder Winkelstellung wird zumindest ein Röntgenbild durch Empfindlich-Schalten
des Röntgen-Flachdetektors über die
Dauer eines Zeitfensters und Abstrahlen von Röntgenstrahlung durch die Röntgenröhre innerhalb
des Zeitfensters aufgenommen. Bei einem Tomosynthese-Verfahren müssen die
zusätzlichen
Merkmale gegeben sein, dass die Einzelabbildungen jeweils mit unterschiedlichem
Fokus der Röntgenstrahlung
aufgenommen werden und nachfolgend zu einem Gesamtbild zusammengesetzt
werden. Diese Merkmale sind im Rahmen des hier beanspruchten Verfahrens
jedoch nicht weiter relevant.
-
Wesentlich
ist vorliegend, dass bei den Verfahren zum Aufnehmen einer Röntgenbildserie
verschiedene Röntgenbilder
ausgehend von verschiedenen Winkelstellungen der Röntgenröhre aufgenommen
werden.
-
Je
nach eingestelltem Winkel durchläuft
die Röntgenstrahlung
am Patienten und am Patiententisch unterschiedlich lange Wegstrecken.
Demzufolge kommt es zu einer mit der Winkelstellung variierenden
Absorption im Patienten und Patiententisch. Dadurch ist die auf
dem Röntgen-Flachdetektor
auftreffende Leistung variabel. Es kann dann passieren, dass der
Röntgen-Flachdetektor nicht
in einem optimalen Modus betrieben wird, weil beispielsweise die Bildsignale
zu schwach sind. Röntgen-Flachdetektoren haben
verschiedene Arbeitsbereiche, die man grob in einen Arbeitsbereich
einteilen kann, bei dem die empfangene Dosis zu niedrig ist, so
dass nichtlineare Effekte auftreten, in einen Arbeitsbereich, in dem
die empfangene Dosis eine mittlere Dosis ist, so dass eine erwünschte Linearität der empfangenen Signale
mit der empfangenen Röntgendosis
gegeben ist, und einen Arbeitsbereich, in dem die Röntgendosis
zu hoch ist, so dass auch hier nicht lineare Effekte auftreten.
-
Es
ist wünschenswert,
wenn der Röntgen-Flachdetektor
grundsätzlich
in dem mittleren Arbeitsbereich arbeitet. Zwar wäre naheliegend, die Leistung
der Röntgenröhre zu variieren,
um entsprechend variable Röntgendosen
am Röntgen-Flachdetektor
zu erhalten. Dadurch wären
aber die einzelnen im Rahmen der Tomosynthese aufgenommenen Bilder
nicht mehr vergleichbar. Wie oben bereits erwähnt, sollen diese ja zu einem
Gesamtbild zusammengesetzt werden.
-
Aus
der
DE 199 14 217
A1 ist ein Röntgendetektor
mit Rücklicht-Funktionalität bekannt.
Der Röntgendetektor
umfasst eine Pixelmatrix aus amorphem Silizium, eine bezogen auf
einfallende Röntgenstrahlung
vor der Pixelmatrix angeordnete Szintillatorschicht und eine dahinter
angeordnete flächenhafte
Lichtquelle. Nach erfolgter Aufnahme eines Röntgenmatrixbildes wird die
Pixelmatrix ausgelesen und anschließend mittels der Lichtquelle
wenigstens ein auf die Szintillatorschicht wirkender Lichtpuls gegeben,
mittels welchem zur Verringerung eines Nachleuchtens der Szintillatorschicht
eine stimulierte Ladungsträgerrekombination
angeregt wird.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine optimale Betriebsweise des Röntgen-Flachdetektors
bei einer Tomosynthese bzw. dem Verfahren der eingangs genannten
Art zu gewährleisten.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1.
-
Erfindungsgemäß wird ein
Röntgen-Flachdetektor
eingesetzt, der über
eine Rücklicht-Funktionalität verfügt. Die
Rücklicht-Funktionalität als solche ist
im Stand der Technik bekannt. Eine Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs)
ist auf der Rückseite
des Detektors angebracht. Das von den LEDs abgegebene Licht trifft
ebenfalls auf den Detektorelementen auf. Da die Detektoren über Szintillatoren
die Röntgenstrahlung
in Licht umwandeln, das von Fotodetektoren erfasst wird, und da
die Fotodetektoren auch das Rücklicht
erfassen können,
wirkt das Rücklicht
wie eine zusätzliche
Röntgendosis.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird nun innerhalb der Zeitfenster Rücklicht appliziert. Das Rücklicht
erhöht
somit virtuell die Röntgendosis,
wodurch der Röntgen-Flachdetektor
von einem Arbeitsbereich von möglicherweise
zu niedriger Dosis in den geeigneten Arbeitsbereich versetzt werden
kann, in dem die Röntgensignale
optimal verarbeitet werden können. Zur
Lösung
des oben genannten Problems ist als zusätzliches Merkmal bei der Erfindung
vorgesehen, dass die Rücklichtintensität bei verschiedenen
Winkelstellungen der Röntgenröhre unterschiedlich
eingestellt wird. Die Einstellung kann aufgrund von Erfahrungswerten
erfolgen, die beispielsweise in einer Tabelle abgespeichert sind.
Es ist auch die Vorgabe einer Formel in Abhängigkeit von dem Winkel möglich, wobei
eine Information über
den Winkel in herkömmlichen
Röntgen-C-Bogen-Systemen
ohnehin zur Verfügung
steht.
-
Durch
die Variation der Rücklichtintensität kann der
Effekt der unterschiedlichen Wegstrecken zumindest in der Grundtendenz
ausgeglichen werden. Zwar kann keine exakte Regelung dahingehend erfolgen,
dass die Empfangssignalhöhe
im Röntgen-Flachdetektor grundsätzlich gleich
ist. Diesem Zustand kann man sich aber annähern, so dass der Effekt der
unterschiedlichen Wegstrecken durch das Rücklicht zumindest gemildert
wird.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Rücklicht
jeweils über
die gesamte Dauer des Zeitfensters appliziert. Da durch ist eine
gleichmäßige Wirkung
des Rücklichts
gewährleistet.
-
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Rücklichtintensität von der
Dosis der von der Röntgenröhre abgestrahlten
Röntgenstrahlung
abhängig.
Die Röntgendosis
stellt dann einen zweiten Parameter für die Einstellung der Rücklichtintensität dar. Die
Abhängigkeit
kann tabellarisch erfasst sein, so dass die Ansteuerung des Rücklichts entsprechend
mittels eines Computersystems automatisch erfolgen kann. Da die
Röntgendosis üblicherweise
von der Spannung an der Röntgenröhre abhängig ist,
kann als Parameter auch die Röntgenröhrenspannung
gewählt
sein.
-
Grundsätzlich gilt
auch hier, dass die Rücklichtintensität so gewählt sein
sollte, dass der Röntgen-Flachdetektor
(durch das Zusammenwirken von Röntgenstrahlung
einerseits und Rücklicht
andererseits) in einen Empfangssignalhöhenbereich verbracht wird,
in dem sich Empfangssignale linear mit einer empfangenen Röntgendosis ändern. Zwar
gibt es dann keine absoluten Proportionalitäten, aber lineare Abhängigkeiten
der jeweiligen Änderungen.
-
Das
Rücklicht,
ist es nun schon einmal eingeführt,
kann sinnvoll auch für
den Ausgleich eines weiteren Effekts eingesetzt werden: Bei der
Tomosynthese werden die unterschiedlichen Bilder während der
Bewegung der Röntgenröhre üblicherweise in
sehr schneller Zeitfolge aufgenommen. Hierbei treten Detektorartefakte
auf: Ist die Zeitfolge zwischen zwei Bildern zu kurz, treten Restbildstrukturen
von dem Vorgängerbild
in der nachfolgenden Aufnahme auf (sogenannter „Memory-Effekt").
-
Es
ist bekannt, dass das Rücklicht
auch hier von Vorteil sein kann: Durch Rücklicht werden von Röntgenstrahlung
im vorherigen Bild im Fotodetektor ausgelöste Elektronen ins Leitungsband
gehoben. Die Elektronen tragen dann nicht mehr zu störenden Leitungsströmen bei,
welche bei der Erzeugung von Artefakten eine Rolle spielen.
-
Um
das Vorgängerbild
jedoch nicht zu beseitigen, solange es noch nicht ausgelesen ist,
wird das Rücklicht
erst nach dem Auslesen appliziert. Die Erfindung greift hier optimiert
ein: Üblicherweise
wird ein Röntgen-Flachdetektor
(jeweils nach Ende eines Aufnahme-Zeitfensters) jeweils Bereich
für Bereich ausgelesen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird das Rücklicht
während
der Durchführung
bzw. Fortsetzung des Auslesens spezifisch auf die jeweils bereits
ausgelesenen Bereiche appliziert. Schneller als bei dieser bevorzugten
Ausführungsform
können
die Artefakte nicht beseitigt werden.
-
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:
-
1A schematisch
die Aufnahmesituation einer Tomosynthese veranschaulicht;
-
1B die
Aufnahmesituation bei einer ersten Winkelstellung veranschaulicht;
-
1C die
Aufnahmesituation bei einer zweiten Winkelstellung veranschaulicht,
wobei
-
1D den
Wegstreckenunterschied durch den Patiententisch bei den beiden Winkelstellungen gemäß 1B und 1C veranschaulicht;
-
2 schematisch
die zeitliche Kopplung der Applikation von Rücklicht an den Betrieb des Röntgensystems
veranschaulicht; und
-
3 die
für die
Berechnung einer winkelabhängigen
Rücklichtapplikation
verwendeten Größen veranschaulicht.
-
In
den 1A bis 1C ist
schematisch eine Röntgenröhre 10 veranschaulicht,
die verschiedene Stellungen einnehmen kann. Bezüglich eines Röntgen-Flachdetektors 12 (1B/1C)
kann die Röntgenröhre 10 in
verschiedene Winkelstellungen bewegt werden. Zur Tomosynthese gehört es, dass
für verschiedene
Winkelstellungen der Röntgenröhre 10 Bilder
aufgenommen werden. Hierbei wird der Fokus der Röntgenstrahlung variiert. Dadurch
werden unterschiedliche Bereiche im Patienten 14 (symbolisiert
durch abzubildenden Kreis und abzubildendes Rechteck) abgebildet.
In den in 1A gezeigten drei Winkelstellungen
erhält
man drei Bilder 16, 16' und 16''.
Von Bild 16 zu Bild 16'' variiert
einerseits die Schärfe
des abgebildeten Kreises, andererseits die Schärfe des abgebildeten Rechtecks.
In der Realität
werden verschiedene Fokalebenen im Patienten 14 einmal
scharf und einmal unscharf dargestellt. Zur Tomosynthese gehört eine
besonders ausgeklügelte Überlagerung
der einzelnen Bilder 16, 16' und 16'' zu
einem gesamten dreidimensionalen Datensatz. Aufgrund einer geschickten Wahl
der Fokusänderung
ist die Extraktion von Schnittbildern möglich, in denen gewünschte Objekte besonders
scharf dargestellt sind, während
die Umgebung besonders unscharf dargestellt ist.
-
Auf
die Tomosynthese wird im folgenden nicht weiter eingegangen. Die
Tomosynthese ist unter diesem Begriff als solche im Stand der Technik auch
bekannt.
-
Vorliegend
tritt in den Hintergrund, dass der Röntgenfokus von Winkelstellung
zu Winkelstellung unterschiedlich eingestellt ist. Bedeutender ist
ein Unterschied in der auf dem Röntgen-Flachdetektor 12 auftreffenden
Röntgendosis.
Bei einer ersten Winkelstellung (Sweep 0 in 1B) durchläuft die
Röntgenstrahlung
im Patiententisch 18 den Pfad A. Bei einem größeren Winkel
gegenüber
der Flächennormalen
N des Röntgen-Flachdetektors 12,
wie er in 1C veranschaulicht ist, durchläuft die
Röntgenstrahlung
den Pfad B im Patiententisch 18. Der Unterschied zwischen
Pfad A und Pfad B ist in 1D veranschaulicht.
Trifft die Röntgenstrahlung
steiler auf den Patiententisch 18 auf, ist der Pfad kürzer: Pfad
A ist deutlich kleiner als Pfad B.
-
Analoges
gilt für
die Wegstrecken, die die Röntgenstrahlung
in einem Patienten durchläuft,
der auf dem Tisch 18 liegt (nicht dargestellt).
-
Ein
Problem bei der Tomosynthese ist somit, dass die auf dem Röntgen-Flachdetektor 12 auftreffende
Röntgendosis
mit einer Veränderung
des Winkels α (1A)
variiert.
-
Damit
geht einher, dass der jeweilige Röntgen-Flachdetektor 12 nicht
im optimalen Arbeitsbereich arbeitet. Beispielsweise kann im Fall
von 1C die Absorption über die Wegstrecke B so groß sein,
dass zuviel Röntgenstrahlung
absorbiert wird und die auf den einzelnen Detektorelementen auftreffende
Dosis jeweils zu klein ist. Mit anderen Worten ist die Empfangssignalhöhe nicht
ausreichend groß.
Dadurch wird ein Empfangssignalhöhenbereich
des Röntgen-Flachdetektors 12 eingesetzt,
der nicht optimiert ist und in dem nichtlineare Effekte auftreten
können.
-
Die
Erfindung löst
dieses Problem dadurch, dass während
der Aufnahme des Röntgenbildes Rücklicht
von einer Rücklicht-Funktionalität appliziert wird.
Die Rücklicht-Funktionalität ist symbolisch durch
die Punkte 20 in den 1B und 1C veranschaulicht,
die eine Matrix von LEDs symbolisieren.
-
Die
zeitliche Abfrage hierbei ist in 2 veranschaulicht:
Im oberen Bereich von 2 gezeigt sind die Schritte
des Röntgensystems,
während
im unteren Bereich von 2 die zeitlich zugeordnete Rücklichtgabe
veranschaulicht ist.
-
In 2 stehen
die rechteckigen Kästen 22 und 24 für die Aufnahme
von Röntgenbildern
in der Stellung gemäß 1B („Sweep
0") bzw. in der
Stellung gemäß 1C („Sweep
1").
-
Die
Rechtecke 22 und 24 stehen jeweils für das Zeitfenster,
währenddessen
der Röntgen-Flachdetektor 12 empfindlichgeschaltet
ist. Üblicherweise wird
die Röntgenstrahlung
durch die Röntgenröhre 10 genau
während
dieses Zeitfensters abgege ben. Die Zeitfenster, 22 und 24 folgen
sehr schnell aufeinander, d. h. dass die Änderung der Winkelstellung größenordnungsmäßig in einer
Zeitdauer erfolgt, wie sie für
die Aufnahme einzelner Bilder nötig
ist. (In der Realität
dürfte
der Unterschied zwischen zwei benachbarten Stellungen nicht ganz
so groß wie
in 1B und 1C dargestellt
sein. Stattdessen wird eine Vielzahl von Bildern zwischen zwei derartigen
extremen Stellungen aufgenommen.)
-
Zwischen
den Zeitfenstern 22, 24 ist ein Auslesen des Röntgen-Flachdetektors 12 während eines Zeitfensters 26 bzw. 28 vorgesehen.
-
Wie
im unteren Bereich von 2 veranschaulicht, wird exakt über die
Dauer des gesamten Zeitfensters 22 Rücklicht appliziert (Rechteck 30). Auch über die
Dauer des Zeitfensters 24 wird Rücklicht appliziert (Rechteck 32).
Die Intensität
des Rücklichts
ist hierbei durch die Höhe
des jeweiligen Rechtecks 30 bzw. 32 symbolisiert:
Das Rechteck 32 ist höher
dargestellt als das Rechteck 30. Dem entspricht eine höhere Intensität des Rücklichts,
weil die aufgrund des längeren
Wegs B (siehe 1D) im Vergleich zum Weg A erhöhte Absorption
der Röntgenstrahlung
im Falle von Sweep 1 ausgeglichen werden muss im Vergleich zum Sweep
0. Ein wesentlicher Aspekt liegt also in der Bereitstellung einer
höheren Intensität bei größerem Winkel.
-
Die
Intensität
I1 kann man aus der Intensität I0 berechnen. Es gelte I1 =
I0·V,
wobei V ein Verstärkungsfaktor
ist und I0 zur Situation gehört, dass
senkrecht auf den Röntgen-Flachdetektor 12 aufgestrahlt wird
(1B). Dann lässt
sich V wie folgt berechnen: Der Winkel α ist definiert als Winkel zwischen
der Flächennormalen
N des Röntgen-Flachdetektors 12 (vgl. 3)
und der Verbindungslinie von der Röntgenröhre 10 zu einem Punkt
auf dem Röntgen-Flachdetektor 12.
Ausgewählt
wird hierbei ein Punkt auf der Mitte des Röntgen-Flachdetektors: Sind
die Kanten 34 und 35 des Röntgen-Flachdetektors 12 um
einen Abstand von b voneinander beabstandet, so liegt der Punkt
P im Abstand b / 2 von beiden Kanten 34 und 35 entfernt.
-
Der
Abstand von der Röntgenröhre
10 zum Punkt
P auf dem Röntgen-Flachdetektor
12 beträgt x. Der
Abstand in Richtung parallel zur Flächennormalen N beträgt d. Das
Verhältnis
von x zu d entspricht genau der Verlängerung der Wegstrecke der
Röntgenstrahlung
bei Verfolgung des Pfads entsprechend der Verbindungslinie x im
Vergleich zum senkrechten Auftreffen. Daher kann dieses Verhältnis als
Verstärkungsfaktor
für die
Intensität
des Rücklichts
dienen, wenn wie vorliegend eine entsprechende Röntgenstrahlungsabsorption ausgeglichen
werden soll. Es gilt also: V = x / d = 1 / cosα Damit ergibt sich
-
I0 ist für
den Fall von α =
0 definiert (1B) und kann einen aufgrund
von Erfahrung gewonnenen aber ansonsten beliebigen Wert einnehmen.
Wesentlich ist, dass die Rücklichtintensität umgekehrt
proportional zum Kosinus vom Winkel α steigt.
-
Ein
weiterer Aspekt betrifft eine Rücklichtgabe
während
der Ausleseschritte 26 und 28. Das Rücklicht
kann nämlich
ein Zurücksetzen
der Detektorelemente bewirken und somit für die Beseitigung von Restbildstrukturen
sorgen. Naturgemäß empfiehlt
es sich nicht, das Rücklicht
auf die Bereiche des Röntgenbildes
zu applizieren, die noch nicht ausgelesen sind. Daher erfolgt gemäß Schritt 26 und 28 ein bereichsweises
Auslesen. Das Rücklicht
wird, wie durch die Rechtecke 36 und 38 symbolisiert,
dann spezifisch auf genau diejenigen Bereiche des Röntgen-Flachdetektors 12 appliziert,
die bereits ausgelesen sind. (Die einzelnen LEDs arbeiten hierbei
mit konstanter Intensität,
die etwas kleiner sein kann als bei I0.
Nicht dargestellt in 2 ist das Ansteigen der Zahl
der LEDs.) Die Erfindung benutzt das Rücklicht somit für zwei Zwecke:
Zum einen zum Verbringen des Röntgen-Flachdetektors
in einen optimalen Arbeitsbereich dergestalt, dass sich die Winkel stellung nicht
mehr störend
auf die Bildgewinnung auswirkt und Winkeleinflüsse sogar ausgeglichen werden. Zum
zweiten verwendet die Erfindung das Rücklicht zur Beseitigung von
Restbildstrukturen.
