DE102007013352A1

DE102007013352A1 - Imaging system i.e. four-layer computer tomography imaging system, for producing picture of object i.e. medical patient, has identifiable and imagable components determining relationship between coefficients and effective dose

Info

Publication number: DE102007013352A1
Application number: DE200710013352
Authority: DE
Inventors: Bruno Kristiaan Bernard De Man; Robert Franklin Germantown Senzig
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2008-09-18

Abstract

The system has an object i.e. patient (22), including a number of identifiable and imagable components, to determine a relationship between coefficients of a radiation profile and resulting effective dose for the object. The components determine a relationship between coefficients of the radiation profile and a measure to determine a resulting variance in an image of the object, and determine a radiation profile, which results in a minimum effective dose for the object without the noise in the image of the object exceeding a desired intoxication variance.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist allgemein die diagnostische Bildgebung und spezieller ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Maximierung der Bildqualität eines Bilds eines mehrere Komponenten aufweisenden Objekts bei gleichzeitiger Komponenten-basierter Minimierung der durch das Objekt absorbierten Dosis.object The present invention is generally diagnostic imaging and more particularly, a method and apparatus for maximizing the picture quality an image of a multi-component object with simultaneous component-based objects Minimizing the dose absorbed by the object.

Allgemein legen vier Schlüsseleigenschaften die Leistungsfähigkeit eines Computertomographiescans (CT) fest: räumliche Auflösung, zeitliche Auflösung, Bildrauschen und Strahlungsdosis. Die räumliche Auflösung definiert den Grad kleiner Objektdetails in einem Bild und ist allgemein durch eine Anzahl von Faktoren beeinträchtigt, zu denen die Detektorapertur, die Anzahl von Akquisitionsviews, die Fokuspunktgröße, die Objektvergrößerung, die Schichtdicke, das Schichtempfindlichkeitsprofil, die Helixsteigung, der Rekonstruktionsalgorithmus, die Pixelmatrix, Patientenbewegungen und Beobachtungsfenster (Field of View) gehören. Die zeitliche Auflösung definiert die Länge des zeitlichen Intervalls, über das der Scan für eine gegebene Schicht akquiriert wird. Allgemein ist es zu wünschen, die zeitliche Auflösung zu erhöhen (d. h. die Länge des Zeitintervalls zu reduzieren), was eine verbesserte Bildgebung einer sich bewegenden Anatomie, wie beispielsweise dem Herzen, gestattet. Bildrauschen ist ein zufälliger Fehler der rekonstruierten Bildpixelwerte in Folge von Quantenrauschen oder elektronischem Rauschen und hängt stark von der Scangeometrie und dem Protokoll sowie der Patientenanatomie ab und ist ortsabhängig. Die Strahlungsdosis entspricht der Anzahl der bei einem Scan durch den Patienten absorbierten Röntgenstrahlen bzw. Strahlungsquanten.Generally lay out four key features capacity a computed tomography (CT) scan: spatial resolution, temporal Resolution, Noise and radiation dose. The spatial resolution defines the degree of small object details in a picture and is generally through affects a number of factors, to which the detector aperture, the number of acquisition views, the focal point size, the Object augmentation, the layer thickness, the layer sensitivity profile, the helical pitch, the reconstruction algorithm, the pixel matrix, patient movements and observation windows (field of view). The temporal resolution defined the length of the temporal interval, about that the scan for a given layer is acquired. Generally it is desirable the temporal resolution too increase (ie the length of the time interval), resulting in improved imaging a moving anatomy such as the heart. Picture noise is a random one Error of the reconstructed image pixel values due to quantum noise or electronic noise and depends heavily on the scanning geometry and the protocol as well as the patient's anatomy and is location-dependent. The Radiation dose corresponds to the number of times a scan through the Patients absorbed x-rays or radiation quanta.

Es existiert ein zunehmender Wunsch nach Reduktion der Strahlungsdosis für einen Patienten während der radiologischen Datenakquisition. Weil jedoch das Quantenrauschniveau umgekehrt proportional zur Quadratwurzel aus der Anzahl von Röntenquanten ist, hängt die Bildqualität unmittelbar mit der Strahlungsexposition zusammen. Dies bedeutet, dass sich die Bildqualität allgemein verbessert, wenn zur Datenakquisition höhere Strahlungsexpositionen genutzt werden. Mit den Jahren sind die Strahlungsprofile mehr und mehr optimiert worden. Die Strahlungsdosis wird durch die Verwendung von Schmetterlingsfiltern (Bowtie-Filters) räumlich moduliert, was eine verminderte Strahlung zu der Mitte des Bildfensters ergibt, um die dorthin reduzierten Weglängen zu kompensieren. Die Strahlungsdosis wird temporär moduliert, indem der Röhrenstrom moduliert wird, was eine verminderte Strahlung bei Sichtwinkeln und Z-Positionen ergibt, in denen die Strahlungsweglängen geringer sind, beispielsweise niedrigere Strahlung, anterio-posterior im Vergleich zu lateraler Arbeitsweise oder beispielsweise niedrigere Strahlung im Kopfbereich und höhere Strahlung in dem Schulterbereich. Schließlich ist das Energieprofil für eine gegebene Anwendung optimiert worden, indem eine optimale Röhrenspannung und Hardwarefilterung vorgesehen worden ist.It There is an increasing desire to reduce the radiation dose for one Patients during radiological data acquisition. Because, however, the quantum noise level inversely proportional to the square root of the number of Röntenquanten is, hangs the picture quality directly related to radiation exposure. This means that the picture quality Generally improved when used for data acquisition higher radiation exposures become. Over the years, the radiation profiles are more and more been optimized. The radiation dose is determined by the use of butterfly filters (bowtie filters) spatially modulates what a Reduced radiation to the center of the image window results in the there reduced path lengths to compensate. The radiation dose is temporarily modulated by the tube current is modulated, which is a reduced radiation at viewing angles and Z positions in which the radiation paths become shorter are, for example, lower radiation, anterio-posterior in Comparison to lateral mode of operation or lower, for example Radiation in the head area and higher Radiation in the shoulder area. Finally, the energy profile for a given Application has been optimized by providing optimal tube voltage and hardware filtering has been provided.

Weil einige Organe empfindlicher als andere Organe sind, ist es zu wünschen, die Bestrahlung empfindlicher Organe so weit wie möglich zu beschränken, beispielsweise indem die absorbierte Strahlung des Thymus, der Brust, der Augen usw. minimiert wird. Empfindliche anatomische Strukturen machen allgemein lediglich einen Teil eines gegebenen Sichtfensters aus, von dem ein Bild zu rekonstruieren ist. Somit hat das gesamte Bild, wenn die Strahlungsdosis auf das für die empfindlichen anatomischen Strukturen zulässige Maximum festgelegt wird, eine schlechte räumliche Auflösung und schlechten Kontrast. In dieser Hinsicht variiert die von einem Patienten während des Verlaufs eines Scans aufgenommene Strahlung. Dieses variable Bestrahlungsprofil wird typischerweise durch eine Röntgenröhrenstrommodulation, eine Röntgenröhrenspannungsmodulation, eine Röntgenpulsbreitenmodulation, eine Röntgenstrahlungsfiltermodulation, eine Röntgenröhrenfokuspunktmodulation oder eine Kombination dieser Maßnahmen erreicht.Because some organs are more sensitive than other organs, it is desirable the irradiation of sensitive organs as much as possible restrict, for example, by absorbing the absorbed radiation of the thymus, the breast, the eyes etc. is minimized. Make delicate anatomical structures generally only part of a given viewing window, from which an image is to be reconstructed. So the whole picture, if the radiation dose to that for the sensitive anatomical Structures permissible Maximum is set, a bad spatial resolution and bad Contrast. In this regard, that of a patient varies during the Radiation taken during a scan. This variable irradiation profile is typically characterized by x-ray tube current modulation, an x-ray tube voltage modulation, an X-ray pulse width modulation, an X-ray filter modulation, a X-ray tube focal point modulation or a combination of these measures reached.

Bei konventionellen CT-Scans wird das variable Strahlungsdosisprofil so konstruiert, dass die Varianz (Bildrauschen) für eine gegebene Strahlungsmenge minimiert wird und umgekehrt. Mit anderen Worten, berücksichtigt bei konventionellen CT-Scans das Strahlungsprofil, das zur Festlegung des Scans genutzt wird, die Gesamtstrahlung, wobei sie nicht die wirksame Dosis für den Patienten berücksichtigt. Dies bedeutet, dass konventionellerweise die optimalen Bestrahlungsprofile für ein gegebenes akzeptables Rauschniveau und die Art und Weise zur Erzielung solcher optimalen Strahlungsprofile für die verschiedenen anatomischen Strukturen, die ein Sichtfenster erreicht, nicht berücksichtigt werden.at conventional CT scanning becomes the variable dose rate profile designed so that the variance (image noise) for a given Radiation amount is minimized and vice versa. In other words, considered For conventional CT scans, the radiation profile used to define the Scans used, the total radiation, being not the most effective Dose for considered by the patient. This means that, conventionally, the optimal irradiation profiles for a given acceptable noise level and the way to achieve it such optimal radiation profiles for the various anatomical Structures that reaches a viewing window, not taken into account become.

Deswegen wäre es zu wünschen, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Maßschneiderung eines Strahlungsdosisprofils zu haben, um die Strahlungsdosis pro Komponente auf Basis der Struktur zu optimieren, während das Bildrauschen unter einem Rauschvarianzniveau gehalten wird.therefore would it be to wish, an apparatus and method for tailoring a radiation dose profile to have the radiation dose per component based on the structure to optimize while the image noise is kept below a noise variance level.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Dosisoptimierungsverfahren gerichtet, das die oben genannten Nachteile überwindet. Die vorliegende Erfindung lehrt eine Vorgehensweise zur Auffindung eines räumlichen und zeitlichen Strahlungsprofils, das einen wünschenswerten Kompromiss zwischen Bildqualität und wirksamer Patientendosis liefert. Die wirksame Dosis eines Objekts wird minimiert, indem eine segmentierte Komponentenkarte eines Objekts ermittelt wird, der Strom, die Energie, der Pegel, die Röntgenstrahlung, die Filtrierung, die Röntgenstrahlungspulsbreite oder ähnliches der Röhre als Zeitfunktion parametriert wird, eine entsprechende Absorptionsdosiskarte und eine Varianzkarte ermittelt werden und indem ein Energielevel/Röhrenstromprofil oder eine solche Kurve ermittelt werden, die die niedrigste wirksame Dosis für das Objekt für eine gegebene Einschränkung hinsichtlich der Rauschvarianz liefert oder umgekehrt. Deshalb ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Bildgebungssystem geoffenbart, das einen Computer aufweist, der ein Computerprogramm ausführt, das einen Satz von Instruktionen repräsentiert, die, wenn sich durch den Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, eine Komponentenkarte des der Bildgebung zu unterziehenden Objekts zu ermitteln. Das Objekt hat eine Anzahl von identifizierbaren und abbildbaren Komponenten. Der Computer bestimmt außerdem eine Beziehung zwischen Koeffizienten eines Strahlungsprofils und der sich ergebenden effektiven Dosis für das Objekt und bestimmt eine Beziehung zwischen den Koeffizienten und dem Strahlungsprofil und ein Maß für die sich ergebende Varianz in einem Bild des Objekts. Der Computer bestimmt außerdem ein Strahlungsprofil, das eine minimale effektive Dosis für das Objekt, ohne dass das Bildrauschen des Objekts eine gewünschte Rauschvarianz überschreitet, eine minimale Rauschvarianz für ein Bild des Objekts für eine gewünschte effektive Dosis oder eine gewünschte effektive Dosis für das Objekt und eine gewünschte Rauschvarianz für ein Bild des Objekts liefert, ohne dass die Gesamtdosis des Objekts ein vorgeschriebenes Limit übersteigt und ohne dass das Rauschen in einem Bild des Objekts ein Rauschlimit übersteigt.The present invention is directed to a dose optimization method which overcomes the above disadvantages. The present invention teaches an approach to finding a spatial and temporal radiation profile that provides a desirable compromise between image quality and effective patient dose. The effective dose of an object is minimized by detecting a segmented component map of an object, parameterizing current, energy, level, X-ray, filtration, X-ray pulse width, or the like of the tube as a function of time, a corresponding absorbance dose map, and a variance map and determining an energy level / tube current profile or curve that provides the lowest effective dose for the object for a given noise variance constraint, or vice versa. Therefore, in accordance with one aspect of the invention, there is disclosed an imaging system having a computer executing a computer program representing a set of instructions that, when executed by the computer, cause the computer to display a component map of the object to be imaged to investigate. The object has a number of identifiable and mappable components. The computer also determines a relationship between coefficients of a radiation profile and the resulting effective dose for the object and determines a relationship between the coefficients and the radiation profile and a measure of the resulting variance in an image of the object. The computer also determines a radiation profile that provides a minimum effective dose for the object without the image noise of the object exceeding a desired noise variance, a minimum noise variance for an image of the object for a desired effective dose or a desired effective dose for the object provides desired noise variance for an image of the object without the total dose of the object exceeding a prescribed limit and without the noise in an image of the object exceeding a noise limit.

Gemäß einem anderen Aspekt ist ein radiographisches Bildgebungssystem geschaffen und enthält eine Röntgenstrahlungsquelle, die dazu eingerichtet ist, Röntgenstrahlen auf einen Detektor gemäß einem gewissen Strahlungsprofil zu senden, wobei die Strahlungsquelle eine Anzahl von Röntgenstrahlen und Energieniveaus der Strahlen liefert, die als eine Funktion der Zeit und des Ortes ausgesandt werden, wobei möglichst ein bestimmtes Zeitintervall festgelegt ist, während dessen die für eine Ansicht nötigen Röntgenstrahlen erzeugt werden. Der Detektor ist dazu eingerichtet, in Reaktion auf einen Empfang von Röntgenstrahlen elektrische Signale auszugeben. Das System enthält außerdem einen Computer, der dazu programmiert ist, eine Organkarte für ein der Bildgebung zu unterwerfendes Objekt zu akquirieren und eine parametrisierte Dosisabsorptionskarte für das der Bildgebung zu unterwerfende Objekt zu ermitteln, um eine parametrisierte Rauschvarianzkarte für das abzubildende Objekt zu ermitteln. Der Computer ermittelt außerdem ein Bestrahlungsprofil, das die wirksame Dosis für jedes Organ der Organkarte minimiert und die Bildqualität für ein Bild des Objekts maximiert.According to one Another aspect is a radiographic imaging system and contains an X-ray source, which is set up to X-rays to a detector according to a to send certain radiation profile, the radiation source a number of x-rays and provides energy levels of the beams that function as a function of Time and place are sent, with as possible a specific time interval is set while whose the for to force a view X-rays be generated. The detector is set up in response to a reception of x-rays output electrical signals. The system also includes a computer that is programmed to an organ card for an object to be imaged for imaging to acquire and a parameterized dose absorption card for the Imaging to identify subject to be subjected to a parameterized Noise variance card for to determine the object to be imaged. The computer also determines an exposure profile, that the effective dose for every organ of the organ card minimizes and image quality for an image of the object is maximized.

Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Verfahren für das Dosismanagement bei einem CT-Scan beschrieben. Das Verfahren beinhaltet außerdem den Schritt der Profilierung eines anatomischen Layouts eines zu scannenden Patienten, wobei das Objekt eine Anzahl anatomischer Strukturen enthält. Das Verfahren enthält außerdem die Schritte der Bestimmung einer Beziehung zwischen Koeffizienten eines Bestrahlungsprofils und einer absorbierten Dosis für jede der vielen anatomischen Strukturen und die Bestimmung einer Beziehung zwischen den Koeffizienten des Strahlungsprofils und der Rauschvarianz eines Bilds des Patienten. Das Verfahren bestimmt dann ein Strahlungsprofil, das für jede anatomische Struktur dazu führt, dass eine minimale Strahlungsdosis empfangen wird, ohne dass für das Bild des Patienten eine Rauschvarianz überschritten wird.According to one Another aspect is a method for dose management in a CT scan described. The method also includes the step of profiling an anatomical layout of a patient to be scanned, wherein the object contains a number of anatomical structures. The Procedure contains Furthermore the steps of determining a relationship between coefficients of a Irradiation profile and absorbed dose for each of the many anatomical structures and the determination of a relationship between the coefficients of the radiation profile and the noise variance a picture of the patient. The method then determines a radiation profile, that for every anatomical structure causes that a minimum radiation dose is received without affecting the image the patient a noise variance is exceeded.

Diese und andere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen ersichtlich.These and other features and benefits of Present invention will be apparent from the study of the detailed Description and drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Zeichnungen illustrieren eine bevorzugte Ausführungsform, die gegenwärtig zur Ausführung der Erfindung in Betracht gezogen wird. In der Zeichnung zeigen:The Drawings illustrate a preferred embodiment currently in use Execution of the Invention is considered. In the drawing show:

1 eine bildliche Darstellung eines CT-Bildgebungssystems, 1 a pictorial representation of a CT imaging system,

2 ein schematisches Blockdiagramm des in 1 veranschaulichten Systems, 2 a schematic block diagram of the in 1 illustrated system,

3 eine schematische Veranschaulichung einer Dosis Optimierungsstrategie gemäß der vorliegenden Erfindung, 3 a schematic illustration of a dose optimization strategy according to the present invention,

4 eine exemplarische Dämpfungskarte, 4 an exemplary attenuation card,

5 eine exemplarische Absorptionsdosiskarte, 5 an exemplary absorption dose map,

6 eine exemplarische segmentierte Komponentenkarte, 6 an exemplary segmented component map,

7 eine exemplarische Rauschvarianzkarte, 7 an exemplary noise variance map,

8 die Anwendung eines gut zugeschnittenen Strahlungsprofils zur Bildgebung empfindlicher Organe. 8th the application of a well geschnit radiation profile for imaging sensitive organs.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENT

Die Betriebsumgebung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf ein Vierschicht-Computertomographiesystem (CT) zur Bildgebung eines mehrkomponentigen Objekts, wie beispielsweise einem medizinischen Patienten, beschrieben. Jedoch versteht der Fachmann, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen zur Verwendung an einschichtigen oder anderen mehrschichtigen Konfigurationen geeignet ist. Außerdem wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Erfassung oder Umsetzung von Röntgenstrahlen beschrieben. Jedoch versteht der Fachmann, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen zur Erfassung und Umsetzung von anderen Arten von Strahlung umsetzbar ist. Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf einen CT-Scanner „dritter Generation" beschrieben, jedoch ist sie gleichermaßen auf andere CT-Systeme anwendbar. Beispielsweise ist die Erfindung ebenso gut auf Systeme anwendbar, die mehrere Strahlungsquellenpunkte aufweisen, um bei der Ermittlung eines optimalen Strahlenprofils durch individuelle Steuerung der unterschiedlichen Quellen eine erhöhte Flexibilität zu haben.The Operating environment of the present invention will be described with reference to Four-slice computed tomography (CT) system for imaging a multi-component object, such as a medical Patients, described. However, one skilled in the art will understand that the present invention Invention equally for use on single-layer or other multi-layer configurations suitable is. Furthermore For example, the present invention will be described with reference to FIG Implementation of X-rays described. However, one skilled in the art will understand that the present invention Invention equally for the detection and implementation of other types of radiation feasible is. The present invention will be described with reference to a third-party CT scanner Generation ", however, she is alike applicable to other CT systems. For example, the invention equally applicable to systems having multiple radiation source points, in determining an optimal beam profile by individual Control the different sources to have increased flexibility.

In den 1 und 2 ist ein Computertomographiebildgebungssystem 10 (CT) veranschaulicht, das eine Gantry 12 enthält und einen CT-Scanner „dritter Generation" repräsentiert. Die Gantry 12 enthält eine Röntgenstrahlungsquelle 14, die einen Strahl von Röntgenstrahlen 16 auf ein Detektorarray 18 an der gegenüber liegenden Seite der Gantry 12 projiziert. Das Detektorarray 18 wird durch eine Vielzahl von Detektoren 20 gebildet, die gemeinsam die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die durch einen medizinischen Patienten 22 gelaufen sind. Jeder Detektor 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität des auftreffenden Röntgenstrahls und somit den durch den Durchgang durch den Patienten 22 geschwächten Röntgenstrahl repräsentiert. Während eines zur Akquisition der Röntgenprojektionsdaten vorgenommenen Scans rotieren die Gantry und die daran montierten Komponenten um ein Drehzentrum 24.In the 1 and 2 is a computed tomography imaging system 10 (CT) illustrates a gantry 12 and represents a third-generation CT scanner, the gantry 12 contains an X-ray source 14 taking a beam of X-rays 16 on a detector array 18 on the opposite side of the gantry 12 projected. The detector array 18 is through a variety of detectors 20 which collectively capture the projected x-rays by a medical patient 22 have gone. Every detector 20 generates an electrical signal that determines the intensity of the incident X-ray beam and thus the passage through the patient 22 represents weakened x-ray. During a scan made to acquire the X-ray projection data, the gantry and components mounted thereon rotate about a center of rotation 24 ,

Die Drehung der Gantry 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlungsquelle 14 sind durch einen Steuermechanismus 26 des CT-Systems 10 kontrolliert. Der Steuermechanismus 26 enthält einen Röntgenstrahlungscontroller 28, der Leistungs- und Timingsignale an eine Röntgenstrahlungsquelle 14 sowie einen Gantrymotorcontroller 30 liefert, der die Drehzahl und Position der Gantry 12 reguliert. Ein in dem Controllermechanismus 26 vorgesehenes Datenakquisitionssystem 32 (DAS) sampelt die Analogdaten der Detektoren 20 und konvertiert die Daten zur nachfolgenden Verarbeitung in Digitalsignale. Ein Bildrekonstruktor 34 empfängt gesampelte und digitalisierte Rönt gendaten von dem DAS 32 und führt eine Hochgeschwindigkeitsrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als ein Input an einen Computer 36 gegeben, der das Bild in einer Massenspeichereinrichtung 38 speichert.The rotation of the gantry 12 and the operation of the X-ray source 14 are through a control mechanism 26 of the CT system 10 controlled. The control mechanism 26 contains an X-ray controller 28 , the power and timing signals to an X-ray source 14 and a gantry motor controller 30 supplies the speed and position of the gantry 12 regulated. One in the controller mechanism 26 provided data acquisition system 32 (DAS) samples the analog data from the detectors 20 and convert the data to digital signals for subsequent processing. An image reconstructor 34 receives sampled and digitized X-ray data from the DAS 32 and performs a high-speed reconstruction. The reconstructed image is as an input to a computer 36 given the image in a mass storage device 38 stores.

Der Computer 36 empfängt außerdem über eine Konsole 40, die ein Keyboard enthält, Befehle von einem Bediener. Ein zugeordnetes Röntgenröhrendisplay 42 ermöglicht es dem Bediener, das rekonstruierte Bild oder andere Daten von dem Computer 36 einzusehen. Die vom Bediener gelieferten Befehle und Parameter werden von dem Computer 36 genutzt, um Steuersignale und Information für das DAS 32, den Röntgencontroller 28 und den Gantrymotorcontroller 30 zu liefern. Zusätzlich betreibt der Computer 36 einen Tischmotorcontroller 44, der einen Motortisch 46 steuert, um den Patienten 22 und die Gantry 12 zu positionieren. Spezieller bewegt der Tisch 46 Teile des Patienten 22 durch eine Gantryöffnung 48.The computer 36 also receives via a console 40 containing a keyboard, commands from a server. An associated X-ray tube display 42 allows the operator to view the reconstructed image or other data from the computer 36 view. The commands and parameters supplied by the operator are provided by the computer 36 used to control signals and information for the DAS 32 , the X-ray controller 28 and the gantry motor controller 30 to deliver. In addition, the computer operates 36 a desktop motor controller 44 who has a motor table 46 controls to the patient 22 and the gantry 12 to position. More specifically, the table moves 46 Parts of the patient 22 through a gantry opening 48 ,

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Dosisprofils gerichtet, das die wirksame oder effektive Dosis für eine gewisse Bildqualität minimiert oder die Bildqualität für eine gegebene effektive Dosis optimiert. Dazu wird Bezug auf die mA/kV-Modulation (Strom/Spannungs-Modulation) genommen, die eine Basis bietet, auf der die Röntgenröhre gesteuert werden kann, um eine gewünschte Anzahl von Röntgenquanten bzw. Strahlen und ein Energieniveau für solche Röntgenquanten als Funktion des Sichtwinkels und der Position zu liefern. Jedoch wird in Betracht gezogen, dass andere Faktoren zusätzlich zur Erregung der Röntgenröhre helfen können, um die Strahlungsdosis für ein Objekt definieren zu helfen, wie beispielsweise der Grad und Typ der Röntgenstrahlenfilterung und die Zeitdauer der Erregung eines Fokuspunkts einer multifokalen Röntgenröhre. Deshalb umfasst die Bezugnahme auf Milliampere und Kilovolt das Strahlungsprofil, das die auf ein Objekt einwirkende Strahlung im Ergebnis des Röhrenstroms, der Röhrenspannung, der Strahlungsfilterung, der Fokuspunkterregung und ähnlichem definiert.The The present invention is directed to a method for determining a Dose profile that minimizes the effective or effective dose for a certain image quality or the picture quality for one optimized effective dose. This is related to the mA / kV modulation Taken (current / voltage modulation), which provides a base on controlling the X-ray tube can be to a desired Number of X-ray quanta or rays and an energy level for such X-ray quanta as a function of View angle and position. However, it is considered drawn that other factors in addition to the excitement of the X-ray tube help can, around the radiation dose for to help define an object, such as degree and type X-ray filtering and the duration of excitation of a focal point of a multifocal x-ray tube. Therefore the reference to milliamps and kilovolts includes the radiation profile, the radiation acting on an object as a result of the tube current, the tube voltage, the radiation filtering, the Fokuspunkterregung and the like Are defined.

Es wird nun auf 3 Bezug genommen, in der ein Überblick über den mA/kV-Modulationsoptimierungsprozess gemäß der Erfindung veranschaulicht ist. Der Prozess 50 ermittelt eine effektive Dosis durch Kombination von Information, die aus einer Rauschvarianzkarte 52, einer Dämpfungskarte 54 und einer Absorptionsdosiskarte 56 entnommen ist. Wie weiter unten detaillierter beschrieben wird, werden die Rauschvarianzkarte 52 und die Absorptionsdosiskarte 56 aus CT-Akquisitionsinformation 58 und der Dämpfungskarte 54 erhalten. Die CT-Akquisitionsinformation 58 bezieht sich auf ein Strahlungs-mA/kV-Profil, das optimiert werden soll. Die Dämpfungskarte 54 wird außerdem dazu genutzt, eine segmentierte Komponentenkarte 60 zu erhalten, die zusammen mit der Absorptionsdosiskarte 56 dazu genutzt wird, eine Beschreibung 62 der effektiven Dosis abzuleiten. In diesem Bezug kann die Beschreibung 62 der effektiven Dosis dazu genutzt werden, die effektive Dosis für einen gegebenen Satz von Akquisitionsparametern 58 zu ermitteln und die Beschreibung 52 der Rauschvarianz kann dazu genutzt werden, eine Rauschmaßcharakteristik des Bilds für einen gegebenen Satz von Akquisitionsparametern 58 zu bestimmen. Ähnlich kann die Kombination der Beschreibung 62 der effektiven Dosis und der Varianzbeschreibung 52 dazu genutzt werden, den Satz von Akquisitionsparametern zu bestimmen, der die effektive Dosis für eine gegebene Varianz im Bild minimiert oder zur Minimierung der Varianz in dem Bild für eine gegebene effektive Dosis. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass an Stelle der Minimierung der Dosis und der Varianz in Bezug aufeinander, das Strahlungsprofil bestimmt werden kann, das zu einer unabhängigen Beschränkung von Dosis und Rauschen führt, so dass die relative Bedeutung von Dosis und Rauschen berücksichtigt werden kann, an Stelle das eine auf Kosten des anderen zu minimieren.It will be up now 3 Referring to Figure 1, an overview of the mA / kV modulation optimization process in accordance with the invention is illustrated. The process 50 determines an effective dose by combining information derived from a noise variance map 52 , a damping card 54 and an absorption dose map 56 is taken. As will be described in more detail below, the noise variance map becomes 52 and the absorption dose map 56 from CT acquisition information 58 and the damping card 54 receive. The CT acquisitions onsinformation 58 refers to a radiation mA / kV profile to be optimized. The damping card 54 is also used to create a segmented component map 60 to get along with the absorption dose map 56 is used to a description 62 derive the effective dose. In this regard, the description 62 the effective dose, the effective dose for a given set of acquisition parameters 58 to determine and the description 52 the noise variance can be used to provide a noise measure characteristic of the image for a given set of acquisition parameters 58 to determine. Similarly, the combination of the description 62 the effective dose and the variance description 52 can be used to determine the set of acquisition parameters that minimizes the effective dose for a given variance in the image or to minimize the variance in the image for a given effective dose. It is also contemplated that instead of minimizing the dose and the variance with respect to each other, the radiation profile may be determined which results in an independent dose and noise restriction so that the relative importance of dose and noise may be taken into account. instead of minimizing one at the expense of the other.

Die räumliche Auflösung, die zeitliche Auflösung, das Bildrauschen und die Strahlungsdosis sind für ein CT-Scan Schlüsselparameter. Diese Schlüsselparameter können durch die folgende Gleichung in Beziehung zueinander gebracht werden: σimg ~ 1/sqrt(D·FWHM3·ST) (Gleichung 1),wobei σ_img die Standardabweichung des Bildrauschens und D die Strahlungsdosis, FWHM die Halbmaximumsbreite der in der Bildebene liegenden Punktspreizungsfunktion und ST die Schichtdicke ist. Während dies eine fundamentale Beziehung ist, hängt die Proportionalitätskonstante stark vom Scanneraufbau und der Scannereffizienz, dem Scanprotokoll und der Rekonstruktionstechnik ab. Somit ist der oben beschriebene Prozess 50 dazu gestaltet, die Anzahl und die Energie der als Funktion von Zeit, Ort und Energie erzeugten Röntgenquanten zu optimieren. Somit kann für eine gegebene Scangeometrie für jeden Akquisitionsview ein Milliamperewert festgelegt werden. Beispielsweise kann bei einer 360°-Akquisition für 1000 Views ein Strahlenwert für die Views 1, 2, 3 ... 1000 festgelegt werden. Es ist klar, dass hinsichtlich der Festlegung der Strahlungswerte für jeden View gewisse Beschränkungen existieren. Beispielsweise ist die Strahlungseinstellung für jeden View durch einen Maximalwert mA_MAX beschränkt. Es wird dann ein parametrisiertes Strahlungsmodell genutzt, um eine Dosis- und Varianzkarte als Funktion jedes möglichen Strahlungsprofils zu berechnen, um das Strahlungsprofil zu optimieren. Deshalb kann das Strahlungsprofil als eine Funktion über der Zeit durch die folgende Gleichung modelliert werden: mA(τ) = c1·F1(τ) + c2·F2(τ) + ... + cNFN(τ) (Gleichung 2),wobei F_i eine Basisfunktion für die Stromstärke (mA) als Funktion der Zeit τ und c_i der Wichtungsfaktor ist, der dieser Basisfunktion entspricht. Der Fachmanne erkennt, dass durch Beschränkung des Strahlungsprofils auf eine feste Anzahl von Basisfunktionen F_i die Rechenanforderungen zur Berechnung eines optimalen Strahlungsprofils relativ milde sind, weil die Anzahl der Koeffizienten c_i typischerweise viel kleiner als die Anzahl der Views ist. Beispielsweise kann die Anzahl der Koeffizienten durch Nutzung einer Basisfunktion, die die Röhrenmodulation auf den Betrieb entlang einer Sinuskurve und einer Cosinuskurve beschränkt, auf zwei beschränkt werden. Der Fachmann erkennt, dass viele Koeffizienten genutzt werden können, wobei die Anzahl durch die physikalischen Beschränkungen der Röntgenröhre und/oder des Röntgenfilters beschränkt sein kann. Dies bedeutet, dass eine feste Anzahl verschiedenen Röhrenstrommodulationen durch die Physik der Röntgenröhre und/oder des Röntgenfilters vorgegeben sein kann, womit sie die Anzahl der Koeffizienten beschränken, die für das Bestrahlungsprofil in Betracht gezogen werden. Die Gleichung 2 liefert ein verallgemeinertes Strahlungsmodulationsschema für ein exemplarisches CT-System, wie es in 1 und 2 gezeigt ist. Der Fachmann sieht außerdem, dass Gleichung 2 auf einfache Weise verallgemeinert werden kann, um Fälle mit mehreren Quellen zu modellieren und nicht nur eine zeitliche sondern auch eine räumliche oder energetische Modulation zu modellieren.The spatial resolution, the temporal resolution, the image noise and the radiation dose are key parameters for a CT scan. These key parameters can be related by the following equation: σ img ~ 1 / sqrt (D · FWHM 3 · ST) (equation 1), where σ _{img is} the standard deviation of the image noise and D is the radiation dose, FWHM is the half maximum width of the point spread function lying in the image plane and ST is the layer thickness. While this is a fundamental relationship, the proportionality constant is highly dependent on scanner design and scanner efficiency, scan protocol, and reconstruction technique. Thus, the process described above 50 designed to optimize the number and energy of X-ray quanta generated as a function of time, place and energy. Thus, for a given scan geometry, one milliamperequivalent can be set for each acquisition view. For example, with a 360 ° acquisition for 1000 views, a radiation value for the views 1, 2, 3 ... 1000 can be defined. It will be understood that there are some limitations to the definition of the radiation values for each view. For example, the radiation setting for each view is limited by a maximum value mA _MAX . A parameterized radiation model is then used to calculate a dose and variance map as a function of each possible radiation profile to optimize the radiation profile. Therefore, the radiation profile can be modeled as a function over time by the following equation: mA (τ) = c 1 · F 1 (τ) + c 2 · F 2 (τ) + ... + c N F N (τ) (Equation 2), where F _{i is} a basis function for the current (mA) as a function of time τ and c _{i is} the weighting factor corresponding to this basis function. Those skilled in the art will recognize that by limiting the radiation profile to a fixed number of basis functions F _i, the computational requirements for calculating an optimal radiation profile are relatively mild because the number of coefficients c _{i is} typically much smaller than the number of views. For example, the number of coefficients can be restricted to two by using a basic function that limits the tube modulation to operation along a sine curve and a cosine curve. Those skilled in the art will recognize that many coefficients may be utilized, which number may be limited by the physical limitations of the x-ray tube and / or x-ray filter. This means that a fixed number of different tube current modulations may be dictated by the physics of the x-ray tube and / or x-ray filter, thus limiting the number of coefficients considered for the irradiation profile. Equation 2 provides a generalized radiation modulation scheme for an exemplary CT system as shown in FIG 1 and 2 is shown. One skilled in the art will also recognize that Equation 2 can be easily generalized to model cases with multiple sources and to model not only temporal but also spatial or energetic modulation.

Es wird nochmals auf 3 verwiesen – die Beziehung 62 für die effektive Dosis und die Varianzbeziehung 52 werden dazu genutzt, die Dosis und das Bildrauschen für einen Scan zu optimieren. In dieser Hinsicht kann der Bediener eine gewünschte effektive Dosis und eine maximale Rauschvarianz für den gesamten Scan festlegen, wobei das CT-System Werte für die Gewichtungskoeffizienten in Gleichung 2 iterativ oder empirisch ableitet, was eine effektive Dosis ergibt, die die gewünschte Dosis nicht übersteigt, während gleichzeitig eine Bildqualität erhalten wird, die innerhalb einer gewünschten Rauschvarianz liegt. Alternativ kann der Bediener umgekehrt eine gewünschte maximale Rauschvarianz und eine gewünschte Maximaldosis festlegen, woraufhin das CT-System ein Strahlungsprofil ermittelt, das, falls möglich, sowohl die Bedingung der maximalen Rauschvarianz als auch die Beschränkungen hinsichtlich der effektiven Dosis befriedigt. Wenn gefunden wird, dass die berechneten Werte, die von dem Bediener gewünschten Beschränkungen nicht erfüllen können, gibt das System diese Information vorzugsweise an den Bediener weiter, um es dem Bediener zu ermöglichen, die Beschränkungen hinsichtlich der Bildqualität und/oder der effektiven Dosis zu lockern. In allen Fällen, werden beide Zielvariablen beachtet während für den Scan ein Bestrahlungsprofil festgelegt, so dass die Bildqualität und die effektive Dosis optimiert werden. Das Strahlungsprofil wird nicht nur dazu benutzt, den Röntgenröhrenstrom und deren Spannung als Funktion des Viewwinkels zu steuern, sondern auch dazu, den Grad und die Art und Weise der Röntgenfilterung durch ein Röntgenfilter zu steuern, wenn das CT-System mit einem modulierbaren Röntgenfilter ausgerüstet ist.It will open again 3 directed - the relationship 62 for the effective dose and the variance relationship 52 are used to optimize the dose and image noise for a scan. In this regard, the operator may set a desired effective dose and maximum noise variance for the entire scan, with the CT system deriving values for the weighting coefficients in Equation 2 iteratively or empirically, yielding an effective dose that does not exceed the desired dose. while maintaining an image quality that is within a desired noise variance. Alternatively, the operator can, conversely, set a desired maximum noise variance and a desired maximum dose, whereupon the CT system determines a radiation profile that, if possible, satisfies both the maximum noise variance condition and the effective dose constraints. If it is found that the calculated values of the The operator preferably passes this information to the operator to allow the operator to relax the limitations on image quality and / or effective dose. In all cases, both target variables are respected while setting an exposure profile for the scan to optimize image quality and effective dose. The radiation profile is used not only to control the X-ray tube current and its voltage as a function of the viewing angle, but also to control the degree and mode of X-ray filtering through an X-ray filter when the CT system is equipped with a modulatable X-ray filter ,

Es wird nun auf 4 Bezug genommen, wonach der Optimierungsprozess der vorliegenden Erfindung eine Dämpfungskar te für das Objekt ermittelt. Wie veranschaulicht, gibt die Dämpfungskarte 64 das Röntgenstrahlungsdämpfungsmuster für das Objekt wieder. Diese Dämpfungskarte berücksichtigt Objektdichte, lineare Dämpfungskoeffizienten, fotoelektrische Dämpfung, Compton-Streuung und so weiter für das zu scannende Objekt. Die Dämpfungskarte kann eine 2D- oder eine 3D-Karte sein und wird, wie oben beschrieben, dazu genutzt, die Karte der absorbierten Dosis, die Rauschvarianzkarte und die segmentierte Komponentenkarte zu ermitteln. Die Dämpfungskarte kann von einem CT-Scan, wie beispielsweise einem Niedrigdosis-Vorscan, einem Atlas allgemeiner Objektzusammensetzung, externen Markern (Position der Objektenden), Objektinformation (Größe, Gewicht, Alter usw.), einem radiologischen Erkundungsscan, einem Lokalisierungsscan, einem Nicht-CT-Scan oder Kombinationen daraus ermittelt werden.It will be up now 4 Reference is made, according to which the optimization process of the present invention determines a Dämpfungskar te for the object. As illustrated, the snubber card gives 64 the X-ray attenuation pattern for the object again. This attenuation map considers object density, linear attenuation coefficients, photoelectric attenuation, Compton scattering, and so on for the object to be scanned. The attenuation map may be a 2D or a 3D map and, as described above, is used to determine the absorbed dose map, the noise variance map, and the segmented component map. The attenuation map may be derived from a CT scan such as a low dose prescan, an atlas of general object composition, external markers (position of object ends), object information (size, weight, age, etc.), a radiological exploration scan, a localization scan, a non-scan CT scan or combinations thereof.

In 5 ist für das Objekt nach 4 eine Absorptionsdosiskarte 66 veranschaulicht. Die Absorptionsdosiskarte ist aus dem Strahlungsprofil 58 und der Dämpfungskarte 64 abgeleitet. Es wird in Betracht gezogen, dass zur Ableitung der absorbierten Dosiskarte aus dem Strahlungsprofil und der Dämpfungskarte eine Anzahl bekannter Dosisabsorptionstools verwendet werden kann. Beispielsweise werden ein Röntgenstrahlungs-Tracing-Verfahren oder eine detaillierte Monte-Carlo-Simulation in Betracht gezogen, die vielfache Streuung, Energieabhängigkeiten usw. beinhaltet. Wie in der Figur veranschaulicht, wird der größte Teil der Dosis nahe der Oberfläche des Objekts absorbiert, die der Röntgenstrahlungsquelle am nächsten liegt.In 5 is after the object 4 an absorption dose map 66 illustrated. The absorption dose map is from the radiation profile 58 and the damping card 64 derived. It is contemplated that a number of known dose absorption tools may be used to derive the absorbed dose map from the radiation profile and the attenuation map. For example, an X-ray tracing method or a detailed Monte Carlo simulation involving multiple scattering, energy dependencies, etc. are considered. As illustrated in the figure, most of the dose is absorbed near the surface of the object closest to the X-ray source.

Es wird nun auf 6 Bezug genommen, in der eine segmentierte Komponentenkarte 68 veranschaulicht ist. Die Karte 68 wird von der Dämpfungskarte 64 abgeleitet, indem eine ma nuelle oder automatisierte Segmentierung genutzt wird. Die Karte 68 liefert eine Segmentierung der verschiedenen Komponenten des abzubildenden Objekts. Im Zusammenhang mit der Patientenbildgebung liefert die segmentierte Komponentenkarte eine Kartierung der Organe des Patienten. Somit können der Thymus, die Lungen, die Augen usw. voneinander unterschieden werden. Dies gestattet die Identifikation der Lokalisierung empfindlicher und nicht-empfindlicher Organe des Patienten. An Stelle oder zusätzlich zu der Dämpfungskarte können eine Karte allgemeiner Objektzusammensetzung, externe Marker, ein Erkundungs- oder Vorscan, wie auch ein Lokalisierungsscan und Komponentenspezifika wie beispielsweise Größe und Gewicht verwendet werden, um die verschiedenen Komponenten des Objekts zu lokalisieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Standardatlas genutzt, um eine klarere Präsentierung der spezifischen Zusammensetzung des Objekts zu erhalten.It will be up now 6 Referenced in which a segmented component card 68 is illustrated. The map 68 is from the damping card 64 derived by using manual or automated segmentation. The map 68 provides a segmentation of the various components of the object to be imaged. In the context of patient imaging, the segmented component map provides a mapping of the patient's organs. Thus, the thymus, the lungs, the eyes, etc. can be distinguished from each other. This allows the identification of the location of sensitive and non-sensitive organs of the patient. In place of or in addition to the Attenuation Map, a map of general object composition, external markers, an exploratory or prescan, as well as a location scan and component specifics such as size and weight, may be used to locate the various components of the object. In a preferred embodiment, a standard atlas is used to obtain a clearer presentation of the specific composition of the object.

Wie im Zusammenhang mit 3 erläutert ist, wird die Dämpfungsmappe? dazu genutzt, die segmentierte Komponentenkarte zu erhalten. Die Komponentenkarte wird zusammen mit der Absorptionsdosiskarte dazu genutzt, eine effektive Dosis zu ermitteln. Die effektive Dosis wird herkömmlicherweise durch die folgende Gleichung definiert: Effective Dosis = Σiwi·Di (Gleichung 3),wobei D_i die durchschnittliche, in der Komponente i absorbierte Dosis und w_i der Wichtungsfaktor ist, der der Komponente i zugeordnet ist. Stärker dosisempfindlichen Komponenten wird ein höherer Wichtungsfaktor zugeordnet und die auf diese Komponenten einwirkenden Röntgenstrahlen tragen somit zu einer stärkeren Erhöhung der effektiven Dosis bei. Es wird angenommen, dass die Summe der Wichtungsfaktoren eins ist. Die effektive Dosis ist ein einzelner Wert, der wünschenswerterweise minimiert und auf Basis der Absorptionsdosiskarte und der segmentierten Komponentenkarte ermittelt wird.As related to 3 is explained, is the damper folder? used to get the segmented component card. The component map, along with the absorption dose map, is used to determine an effective dose. The effective dose is conventionally defined by the following equation: Effective dose = Σ i w i · D i (Equation 3), where D _{i is} the average dose absorbed in component i and w _{i is} the weighting factor associated with component i. More dose sensitive components are assigned a higher weighting factor and the X-rays acting on these components thus contribute to a greater increase in the effective dose. It is assumed that the sum of the weighting factors is one. The effective dose is a single value that desirably minimizes and is determined based on the absorption dose map and the segmented component map.

Wie in 3 veranschaulicht, nutzt der Optimierungsprozess außerdem eine Rauschvarianzkarte. Eine exemplarische Rauschvarianzkarte 70 ist in 7 veranschaulicht. Die Rauschvarianzkarte 70 liefert eine Aufzeichnung über die Auswirkung, die die Quantennatur der Röntgenstrahlen auf die aufgezeichneten Daten hat. Diese Quantennatur fließt in eine Varianz in dem rekonstruierten Bild ein und schlägt sich deshalb auf die Bildqualität nieder. Das Bildrauschen kann auf Basis des Rauschens in den akquirierten Daten analytisch oder numerisch bestimmt werden. Somit kann das Rauschen aus Projektionsdaten (einem Sinogramm) eines simulierten Scans ermittelt werden. Entsprechend werden die Dämpfungskarte und das Strahlungsprofil wiederum herangezogen, weil das Rauschen ortsabhängig ist. Die Varianz des Bildwerts kann definiert werden als E<(x – E<x>)²>, wobei E<> der erwartete Wert ist. Die Standardabweichung ist die Quadratwurzel der Varianz.As in 3 In addition, the optimization process uses a noise variance map. An exemplary noise variance card 70 is in 7 illustrated. The noise variance card 70 provides a record of the impact that the quantum nature of X-rays has on the recorded data. This quantum nature flows into a variance in the reconstructed image and therefore reflects on the image quality. Image noise can be determined analytically or numerically based on the noise in the acquired data. Thus, the noise can be obtained from projection data (a sinogram) of a simulated scan. Accordingly, the attenuation map and the radiation profile are used again because the noise is location-dependent. The variance of the image value can be defined as E <(x - E <x>) ² >, where E <> is the expected value. The Standard deviation is the square root of the variance.

Die Formel der effektiven Dosis kann zusammen mit der Rauschvarianzkarte genutzt werden, um die Dosis und Bildqualität auf Basis der Komponenten und des Orts zu optimieren. Dies bedeutet, dass das Bildrauschen σ und die effektive Dosis D als eine Funktion von c_i oder mA(t) berechnet werden kann. Somit kann der Optimierungsprozess D(c_i) und σ(x, c_i) für den Ort x ermitteln. Als Ergebnis kann eine Beschränkung so definiert werden, dass σ(x, c_i) kleiner sein muss als ein vorbestimmtes Limit σ_lim in einem gewissen Bereich x ∊ R, wobei das c_i zu finden ist, das D(c_i) minimiert. Andererseits kann der Optimierungsprozess auf ähnliche Weise erfordern, dass D(c_i) kleiner ist als D_lim und somit den Durchschnitt σ(x, c_i) in einem gewissen Bereich x ∊ R minimiert. Beispielsweise kann das Ergebnis des Optimierungsprozesses eine parametrische Formel, wie beispielsweise D = Σ_ic_i·α_i sein während die Rauschberechnung im Zentrum des Bilds ein α = Σ_iβ_i·exp(c_i·γ_i) ergibt, wobei α_i, β_i und γ_i berechnete Konstanten sind, die von einer Objektzusammensetzung und einer Scannergeometrie abhängen, wobei c_i die Koeffizienten sind, die in einer optimalen Weise auszuwählen sind, um D und/oder σ zu minimieren.The effective dose formula can be used in conjunction with the noise variance map to optimize dose and image quality based on components and location. This means that the image noise σ and the effective dose D can be calculated as a function of c _i or mA (t). Thus, the optimization process can determine D (c _i ) and σ (x, c _i ) for the location x. As a result, a constraint can be defined such that σ (x, c _i ) must be smaller than a predetermined limit σ _lim in a certain range x ε R, finding the c _i that minimizes D (c _i ). On the other hand, the optimization process may similarly require that D (c _i ) be less than D _lim and thus minimize the average σ (x, c _i ) in a certain range x ε R. For example, the result of the optimization process may be a parametric formula, such as D = Σ _i c _i * α _i , while the noise calculation in the center of the image yields α = Σ _i β _i * exp (c _i * γ _i ) where α _i , β _i and γ _{i are} calculated constants depending on object composition and scanner geometry, where c _{i are} the coefficients to be selected in an optimum manner to minimize D and / or σ.

Als ein Ergebnis des gewünschten Optimierungsprozesses kann ein effektives Dosisprofil für eine gegebene Rauschvarianz oder umgekehrt ermittelt werden. Im Kontext der medizinischen Bildgebung ermittelt die Erfindung vorteilhafterweise ein mA/kV/Filterprofil, das die anatomischen Wichtungen berücksichtigt, die empfindliche und nicht-empfindliche Organe unterscheiden. Somit können empfindliche Organe mit der minimalen zur Erzeugung eines Bilds mit der gewünschten Rauschvarianz erforderlichen Dosis abgebildet werden. Im Ergebnis können die Augen 72 eines gegebenen Patienten 74, wie in dem Schema nach 9 veranschaulicht, in einer solchen Weise abgebildet werden, dass die Strahlungsexposition beschränkt wird, ohne dass unerwünschtes Rauschen in das Bild eingeführt wird. Beispielsweise können die Röntgenröhre und das Röntgenfilter während ihrer Drehung um den Patienten auf eine solche Weise gesteuert werden, dass die Röntgenstrahlungsquelle, wenn sie sich über den Augen befindet, im Vergleich zur Position unterhalb des Patienten reduzierte Strahlungsniveaus auf die Augen treffen lässt. In dieser Hinsicht wird die Strahlungsexposition so gesteuert, dass sie, wenn sich die Röntgenstrahlungsquelle in der Nähe unempfindlicher Berieche des Patienten befindet, größer ist als in Fällen, wenn sich die Röntgenstrahlungsquelle in der Nähe empfindlicherer Bereiche befindet.As a result of the desired optimization process, an effective dose profile for a given noise variance or vice versa can be determined. In the context of medical imaging, the invention advantageously determines a mA / kV / filter profile that takes into account the anatomical weights that distinguish sensitive and non-sensitive organs. Thus, sensitive organs can be imaged with the minimum dose necessary to produce an image with the desired noise variance. As a result, the eyes can 72 a given patient 74 as in the scheme below 9 can be imaged in such a manner as to limit radiation exposure without introducing unwanted noise into the image. For example, the x-ray tube and x-ray filter may be controlled as it rotates about the patient in such a way that the x-ray source, when over the eyes, has reduced radiation levels to the eyes as compared to the position below the patient. In this regard, radiation exposure is controlled to be greater when the x-ray source is in the vicinity of insensitive areas of the patient than in cases when the x-ray source is near more sensitive areas.

Es wird in Betracht gezogen, dass die vorliegende Erfindung allein oder in Kombination mit anderen Dosisreduktionstools genutzt werden kann, um nicht nur die Strahlungsexposition beim Scannen eines Objekts zu beschränken sondern außerdem vorteilhafterweise eine Detektorsättigung bei solchen Typen von Detektoren zu vermeiden, die bei einem CT-Scan leicht in die Sättigung geraten, wie beispielsweise photonenzählende oder energiediskriminierende Detektoren. Somit kann die Erfindung zusammen mit aktiven Filtersteuertechniken verwendet werden, die den Grad und die Form der Filterung während eines Verlaufs eines Scans justieren, um die Strahlung für das gegebene zu scannende Objekt maßzuschneidern, um die Objektdosis zu reduzieren sowie Detektorsättigung durch nicht gedämpfte oder reduzierte gedämpfte Röntgenstrahlen zu vermeiden.It It is contemplated that the present invention alone or in combination with other dose reduction tools can not only reduce the radiation exposure when scanning an object to restrict but also advantageously a detector saturation in such types of To avoid detectors in a CT scan slightly saturated such as photon counting or energy discriminating Detectors. Thus, the invention can be used with active filter control techniques used, which determines the degree and shape of the filtering during a Scanning a scan to reflect the radiation for that given tailor the object to be scanned, to reduce the object dose as well as detector saturation by undamped or reduced steamed X-rays to avoid.

Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf einen CT-Scanner „dritter Generation" beschrieben worden ist, wird in Betracht gezogen, dass die Erfindung gleichermaßen auf andere radiographische Systeme anwendbar ist. Beispielsweise ist die Erfindung gleichermaßen auf CT-Scanner anwendbar, die eine drehbare Röntgenstrahlungsquelle und einen stationären Detektorring aufweisen. Außerdem ist die Erfindung auf so genannte „Cine-CT-Scanner" anwendbar, die einen stationären Detektorring und einen Wolframring aufweisen, um eine bildgebenden Elektronenstrahl zu erzeugen. Außerdem ist die Erfindung auf Helix-CT-Scanner sowie auf Scanner mit vielen Detektorarrays und/oder vielen Röntgenstrahlungsquellen anwendbar.While the The present invention has been described in relation to a "third generation" CT scanner is, it is considered that the invention equally other radiographic systems is applicable. For example the invention equally applicable to CT scanners having a rotatable X-ray source and a stationary Have detector ring. Besides that is the invention applicable to so-called "Cine-CT-Scanner", the one stationary Detector ring and a tungsten ring to an imaging electron beam to create. Furthermore the invention is on helical CT scanners as well as scanners with many Detector arrays and / or many X-ray sources applicable.

Deshalb ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Bildgebungssystem geoffenbart, das einen Computer aufweist, der ein Computerprogramm ausführt, das einen Satz von Instruktionen repräsentiert, die, wenn sie von dem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, eine Komponentenkarte des abzubildenden Objekts zu ermitteln. Das Objekt enthält mehrere identifizierbare und abbildbare Komponenten. Der Computer ermittelt außerdem eine Beziehung zwischen Koeffizienten eines Strahlungsprofils und der resultierenden effektiven Dosis für das Objekt und ermittelt außerdem eine Beziehung zwischen den Koeffizienten des Strahlungsprofils und einem Maß der resultierenden Varianz in einem Bild des Objekts. Der Computer ermittelt außerdem ein Bestrahlungsprofil, das eine minimale effektive Dosis für das Objekt, ohne dass das Rauschen in dem Bild des Objekts eine gewünschte Rauschvarianz übersteigt, eine minimale Rauschvarianz für ein Bild des Objekts für eine gewünschte effektive Dosis oder eine gewünschte effektive Dosis für das Objekt und eine gewünschte Rauschvarianz für ein Bild des Objekts ergibt, ohne dass die Gesamtdosis des Objekts eine vorgeschriebene Grenze überschreitet, wobei das Rauschen in einem Bild des Objekts eine Rauschgrenze ebenfalls nicht überschreitet.Therefore is according to one Embodiment of Invention discloses an imaging system comprising a computer comprising a computer program executing a set of instructions represents which, when run by the computer, cause the computer to to determine a component map of the object to be imaged. The Contains object several identifiable and mappable components. The computer determined as well a relationship between coefficients of a radiation profile and the resulting effective dose for the object and determined Furthermore a relationship between the coefficients of the radiation profile and a measure of resulting variance in an image of the object. The computer detects Furthermore an irradiation profile that has a minimum effective dose for the object, without the noise in the image of the object exceeding a desired noise variance, a minimal noise variance for a picture of the object for a desired one effective dose or desired effective dose for the object and a desired one Noise variance for An image of the object yields, without the total dose of the object exceeds a prescribed limit, the noise in an image of the object also has a noise limit does not exceed.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein radiologisches bildgebendes System geschaffen, das eine Röntgenstrahlungsquelle enthält, die dazu eingerichtet ist, Röntgenstrahlen entsprechend einem gewissen Bestrahlungsprofil auf eine Detektor zu richten, welches eine Anzahl von ausgesandten Röntgenstrahlen und Energieniveaus der Röntgenstrahlen als eine Funktion der Zeit und des Orts enthält, wobei möglicher weise ein begrenztes Zeitintervall festgelegt ist, während dessen die Röntgenstrahlen für jeden View erzeugt werden. Der Detektor ist dazu eingerichtet, elektrische Signale entsprechend des Empfangs von Röntgenstrahlen auszugeben. Das System, weist außerdem einen Computer auf, der dazu eingerichtet ist, eine Organkarte für ein Objekt zu akquirieren, das abzubilden ist, und er ermittelt eine parametrisierte Dosisabsorptionskarte für das abzubildende Objekt und ermittelt eine parametrisierte Rauschvarianzkarte für das abzubildende Objekt. Außerdem ermittelt der Computer ein Bestrahlungsprofil, das die effektive Dosis für jedes Organ der Organkarte minimiert und die Bildqualität für ein Bild des Objekts maximiert.According to one another embodiment a radiological imaging system is provided which has a X-ray source contains which is set up to X-rays according to a certain irradiation profile to a detector which indicates a number of emitted x-rays and energy levels the X-rays as a function of time and location, possibly a limited one Time interval is set while whose the x-rays for each View to be generated. The detector is adapted to electrical Output signals according to the reception of X-rays. The System, points as well a computer set up to create an organ card for an object to acquire, and he identifies a parameterized Dose absorption card for that to be imaged object and determines a parameterized noise variance card for the object to be imaged. Furthermore The computer determines an exposure profile that is the effective one Dose for every organ of the organ card minimizes and image quality for an image of the object is maximized.

Es sind ein Verfahren und ein System beschrieben, die die effektive Dosis für ein Objekt 22 beschränken, indem eine segmentierte Komponentenkarte 68 des Objekts 22 ermittelt, der Strom, das Energieniveau, die Röntgenfilterung und/oder die Röntgenimpulsbreite der Röhre als Funktion der Zeit parametrisiert, eine entsprechende Karte der absorbierten Dosis ermittelt, eine Varianzkarte bestimmt und eine Kurve oder ein Profil eines Energieniveaus und/oder eines Röhrenstroms bestimmt werden, die für das Objekt 22 eine angestrebte effektive Dosis und über das gesamte Bild eine angestrebte Rauschvarianz erbringen.It describes a method and a system that determines the effective dose for an object 22 restrict by using a segmented component card 68 of the object 22 determines the current, energy level, X-ray filtering and / or X-ray pulse width of the tube as a function of time, determines a corresponding absorbed dose map, determines a variance map, and determines a curve or profile of energy level and / or tube current; the for the object 22 a targeted effective dose and over the entire image a desired noise variance provide.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Dosismanagement für einen CT-Scan beschrieben. Das Verfahren enthält außerdem den Schritt der Ermittlung des anatomischen Layouts eines Patienten, der zu scannen ist, wobei das Objekt mehrere anatomische Strukturen enthält. Das Verfahren enthält außerdem die Schritte der Bestimmung der Beziehung zwischen Koeffizienten eines Strahlungsprofils und einer absorbierten Dosis für jede der anatomischen Strukturen sowie der Bestimmung einer Beziehung zwischen den Koeffizienten des Strahlungsprofils und einer Rauschvarianz für ein Bild des Patienten. Das Verfahren ermittelt dann ein Strahlungsprofil, das in jeder anatomischen Struktur dazu führt, dass sie eine Minimaldosis empfängt, ohne dass die Rauschvarianz für das Bild des Patienten überschritten wird. Die vorliegende Erfindung ist in Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden und es versteht sich, dass äquivalente Alternativen und Modifikationen über die ausdrücklich genannten hinaus möglich sind und im Bereich der nachfolgenden Ansprüche liegen.According to one another embodiment a method for dose management for a CT scan is described. The procedure contains Furthermore the step of determining the anatomical layout of a patient, which is to scan, where the object has multiple anatomical structures contains. The Procedure contains Furthermore the steps of determining the relationship between coefficients a radiation profile and an absorbed dose for each of the anatomical structures as well as determining a relationship between the coefficient of the radiation profile and a noise variance for an image of the patient. The method then determines a radiation profile, that in any anatomical structure causes them to have a minimum dose receives without the noise variance for exceeded the patient's picture becomes. The present invention is in connection with the preferred embodiment has been described and it is understood that equivalent alternatives and Modifications over the express mentioned are possible and within the scope of the following claims.

1010: Computertomographiebildgebungssystem (CT)Computed Tomography Imaging System (CT)
1212: Gantrygantry
1414: RöntgenstrahlungsquelleX-ray source
1616: RöntgenstrahlenbündelX-ray beam
1818: Detektorarraydetector array
2020: Detektorendetectors
2222: medizinischer Patientmedical patient
2424: Drehzentrumturning center
2626: Steuereinrichtungcontrol device
2828: RöntgencontrollerX controller
3030: Gantrymotorcontrollergantry motor
3232: Datenakquisitionssystem (DAS)Data acquisition system (THE)
3434: BildrekonstruktionseinrichtungImage reconstruction means
3636: Computercomputer
3838: Massenspeichermass storage
4040: Bedienkonsoleoperator
4242: zugeordnetes Displayassigned display
4444: TischmotorcontrollerTable motor controller
4646: Motortischmotorized stage
4848: Gantryöffnunggantry
5050: erfindungsgemäßes Verfahreninventive method
5252: RauschvarianzkarteNoise variance map
5454: Dämpfungskarteattenuation map
5656: Karte absorbierter Dosenmap absorbed doses
5858: aus der CT-Akquisitionsinformation wird die Karte absorbierter Dosen 56 abgeleitetfrom the CT acquisition information becomes the card of absorbed cans 56 derived
6060: segmentierte Komponentenkartesegmented components map
6262: Beschreibung der effektiven Dosisdescription the effective dose
6464: Karte des Objektsmap of the object
6666: Karte der absorbierten Dosismap the absorbed dose
6868: segmentierte Komponentenkartesegmented components map
7070: exemplarische Rauschvarianzkarteexemplary Noise variance map
7272: die Augen nach dem Schema nach 9 eyes according to the scheme 9
7474: ein gegebener Patientone given patient

Claims

Imaging system ( 10 ) with a computer ( 36 ) executing a computer program constituted by a set of instructions which, when executed, cause the computer: a component card ( 68 ) of an object to be subjected to imaging ( 22 ), where the object ( 22 ) has a number of identifiable and imageable components, a relationship between coefficients of a radiation profile and a resulting effective dose for the object ( 22 ) to determine a relationship between the coefficients of the radiation profile and a measure that measures the resulting variance in an image of the object ( 22 ) and to determine a radiation profile that has a minimum effective dose for the object ( 22 ) without the noise in an image of the object ( 22 ) exceeds a desired noise variance, or that a minimal noise variance for an image of the object ( 22 ) for a desired effective dose or that provides a desired effective dose for the object ( 22 ) and a desired noise variance for the image of the object ( 22 ), without the total dose of the object ( 22 ) a prescribed limit and the noise in the image of the object ( 22 ) exceed a noise limit.

System ( 10 ) according to claim 1, wherein the computer ( 36 ) is also programmed to associate each component with a radiation dose weighting such that the sum of all weights is equal to one.

System ( 10 ) according to claim 1, wherein the computer ( 36 ) is also programmed to perform an exploratory scan and a localization scan, and from this the component map ( 68 ) to create.

System ( 10 ) according to claim 3, wherein the exploration scan and / or the location scan is a low dose scan.

System ( 10 ) according to claim 1, wherein the computer ( 36 ) is also programmed to download the component card ( 68 ) from an atlas generic to a class of objects whose member is the object ( 22 ).

System ( 10 ) according to claim 1, wherein the computer ( 36 ) is also programmed to parameterize the radiation profiles as a function of time and location.

System ( 10 ) according to claim 1, designed as a CT imaging system.

System ( 10 ) according to claim 7, wherein the CT imaging system comprises a rotatable gantry ( 12 ) having an X-ray source ( 14 ) and an array of detectors ( 18 ) involved in the data acquisition around the object ( 22 ) to be turned around.

System ( 10 ) according to claim 1, wherein the identifiable and imageable components are anatomical structures of a patient ( 22 ) correspond.

System ( 10 ) according to claim 9, wherein the computer is further programmed to set the radiation profile so that sensitive anatomical structures are exposed to radiation exposure lower than the radiation exposure of insensitive anatomical structures, the noise in an image of the patient ( 22 ) does not exceed the desired noise variance and / or the total dose does not exceed the desired effective dose.