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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung einer anfangs nicht detektierten Strahlendosis einer ein Untersuchungsobjekt durchdringenden von einer Röntgenquelle erzeugten Röntgenstrahlung, sowie eine zugehörige Röntgenvorrichtung.
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In Röntgensystemen für medizinische Diagnostik des menschlichen Körpers wird meist eine Röntgenbildkette verwendet, um die Vorgänge im Inneren des Körpers sichtbar zu machen. Dabei erzeugt die Röntgenbildkette die Röntgenbilder, die als Diagnosebasis dienen. Bei einer Röntgenaufnahme wird dabei die Belichtungsdosis über eine Strahlungsmesskammer gemessen und gesteuert. Die Strahlungsmesskammer ist unter anderem unter dem Begriff Automatic Exposure Control (kurz: AEC) bekannt. Die Dosis selbst wird in Form einer der Dosisleistung entsprechenden analogen Spannung oder eines digitalen Wertes über das Zeitintegral bestimmt. Die Bestimmung der Dosis geschieht im analogen Fall anhand einer Impulsgenerierung bei gleichzeitiger Zählung, beziehungsweise im digitalen Fall unter Verwendung einer digitalen Strahlungsmesskammer anhand eines aufintegrierten Zählerwertes.
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Aus der Schrift
DE 10 2006 037 740 A1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung einer Serie von Röntgenbildern mit einem Hochspannungsgenerator für einen Röntgenstrahler, mit einem Röntgendetektor und einer vor dem Röntgendetektor angeordneter Dosismesskammer bekannt. An die Dosismesskammer ist eine Messelektronik als erster Regelkreis angeschlossen, die ein AEC-Istsignal (Automatic-Exposure-Control) erzeugt. Ein Bildsystem umfasst eine Vorrichtung zur Ermittlung der Dosis aus dem Bildinhalt als zweiten Regelkreis, die ein Dosis-Istsignal erzeugt. Einer kombinierten Regelelektronik werden die Signale der beiden Regelkreise zur umschaltbaren Steuerung des Hochspannungsgenerators während einer Serie von Röntgenbildern aus einem der beiden Signale zugeführt.
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Die
DE 10 2005 017 489 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung der Dosis beim Aufnehmen von Röntgenbildern mittels eines eine Vielzahl von Dosisdatenwerten aufnehmenden Bildelementen umfassenden Detektors. Aus einem zunächst aufgenommenen Röntgenbild wird eine Dominante als Bildausschnitt aufgenommen. Anhand der Häufigkeitsverteilung der Dosisdatenwerte der der Dominante zugeordneten Bildelemente wird ein p-Quantil ermittelt. Der dem p-Quantil zugeordnete Dosisdatenwert dient zur Bestimmung des Dosisistwertes.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2004 048 215 A1 ein mobiles Röntgendetektorsystem mit einem mobilen Röntgendetektor und einer zumindest im Betrieb am Röntgendetektor angeordneter mobilen Dosismesseinrichtung. Die Dosismesseinrichtung ist dabei mit dem Röntgendetektor zu einer festen Einheit verbunden. Das mobile Röntgendetektorsystem umfasst eine Schnittstelle zur drahtlosen Datenkommunikation mit einer Steuereinheit, eine Energieversorgungseinheit mit einem Akkumulator sowie eine Ladeschnittstelle zum Anschluss des Akkumulators an eine externe Stromversorgung.
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Die Patentschrift
DD 232 592 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung eines Röntgendiagnostikgenerators zum Abschalten einer Röntgenaufnahme mit einem mAs-Relais, welches einen Messwiderstand, an dem eine röhrenstromproportionale Messspannung abgegriffen wird, und einen Integrator aufweist, der auf einem Komparator arbeitet, welcher ein Schaltglied beeinflusst, sowie mit einem Mittel zur Kompensation der Abschaltverzugszeit des Schaltgliedes. Dabei wird ein Zeitglied vorgesehen, das über einen Komparator angesteuert wird, dem die röhrenstromproportionale oder eine dosisleistungsproportionale Messspannung zugeführt ist. Das Zeitglied arbeitet auf einen Schalter, der den Verstärkungsfaktor eines dem Integrator vorgeschalteten, mit der röhrenstromproportionalen oder dosisleistungsproportionalen Messspannung beaufschlagten Verstärkers beeinflusst.
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Istsignal einer kombinierten Regelelektronik zugeführt, über welche der Hochspannungsgenerator gesteuert werden kann.
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Eine grundsätzliche Eigenschaft von Strahlungsmesskammern ist eine dosisleistungsabhängige zeitliche Verzögerung, die die Abschaltung entsprechend später als geplant erfolgen lässt. Diese zeitliche Verzögerung ist unter dem Begriff Vorhaltdosiszeit oder Totzeit bekannt. Die Totzeit liegt je nach Dosisleistung im Bereich von 300 μs bis etwa 1 ms. Nachteilig an der beschriebenen Röntgendiagnostikeinrichtung ist, dass im Falle sehr kurzer Aufnahmezeiten (1–5 ms) der Fehler aufgrund der Totzeit der Strahlungsmesskammer im unakzeptablen zweistelligen Prozentbereich liegen und somit keine optimale Bestrahlung eines zu untersuchenden Objektes gewährleistet werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist, diesen Nachteil zu überwinden und ein verbessertes Verfahren zur Schätzung einer Strahlendosis einer ein Untersuchungsobjekt durchdringenden von einer Röntgenquelle erzeugten Röntgenstrahlung und eine zugehörige verbesserte Röntgenvorrichtung anzugeben.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und eine Anordnung der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zur Schätzung einer Strahlendosis einer Röntgenstrahlung, die von einer Röntgenquelle erzeugt wird und die ein Untersuchungsobjekt durchdringt. Dabei werden erste Dosiswerte der Röntgenstrahlung durch Messung in einer Strahlungsmesskammer ermittelt. Anschließend wird ein zweiter Dosiswert ermittelt, indem die Strahlendosis geschätzt wird, die durch die Röntgenquelle erzeugt und durch das Objekt im Strahlengang geschwächt in einer Totzeit der Strahlungsmesskammer abgegeben wird. Dann wird die geschätzte Strahlendosis ermittelt, indem der zuletzt ermittelte erste sowie der zweite Dosiswert addiert werden. Der zweite Dosiswert stellt somit einen Korrekturwert für die nicht messbare Dosis während der Totzeit der Strahlungsmesskammer dar, der bei der Ermittlung der geschätzten Strahlendosis berücksichtigt wird. Vorteilhaft daran ist, dass damit die Genauigkeit der Schätzung der Strahlendosis, die das Untersuchungsobjekt durchdringt, erheblich erhöht wird.
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Die Totzeit beschreibt die Zeitspanne, in der keine oder eine nur unzureichende Strahlendosis durch die Strahlungsmesskammer ermittelbar ist. Diese zeitliche Verzögerung ist eine grundlegende Eigenschaft von Dosismesskammern.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann aus einer zeitlichen Änderung der ersten Dosiswerte der zweite Dosiswert ermittelt werden. Die über die Zeit anwachsenden ersten Dosiswerte werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelt. Nach jedem neu erfassten ersten Dosiswert wird aus der zeitlichen Änderung der ersten Dosiswerte der zweite Dosiswert ermittelt. Vorteilhaft daran ist, dass mit jedem weiteren erfassten ersten Dosiswert die Genauigkeit des ermittelten zweiten Dosiswertes dynamisch erhöht wird.
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Des Weiteren kann aus der Steigung der Änderung der ersten Dosiswerte über die Zeit, also über den Gradienten der ersten Dosiswerte, der zweite Dosiswert ermittelt werden. Nach jedem neu erfassten ersten Dosiswert wird durch Errechnen der Steilheit der einzelnen Signale für den ersten Dosiswert, also über den Gradienten der ersten Dosiswerte, der zweite Dosiswert ermittelt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Steigung der zeitlichen Änderung der ersten Dosiswerte, also der Gradient der ersten Dosiswerte, durch Interpolation der ersten Dosiswerte ermittelt werden. Nach jedem neu erfassten ersten Dosiswert wird durch Anwendung von bekannten mathematischen Interpolationsverfahren beliebiger Ordnung die Steigung der zeitlichen Änderung der ersten Dosiswerte, also der Gradient der ersten Dosiswerte, ermittelt.
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Die Erfindung beansprucht auch eine Röntgenvorrichtung mit einer Dosismesskammer zur Durchführung des Verfahrens zur Schätzung einer Strahlendosis einer Röntgenstrahlung.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand von schematischen Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1: ein Diagramm zur zeitlichen Ermittlung von ersten Dosiswerten und eines zweiten Dosiswertes,
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2: ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines zweiten Dosiswertes, und
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3: ein Blockschaltbild einer Röntgenvorrichtung zur Schätzung einer Strahlendosis einer Röntgenstrahlung.
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1 zeigt ein Diagramm zur zeitlichen Ermittlung von ersten Dosiswerten und eines zweiten Dosiswertes in einer Röntgenvorrichtung. Der dargestellte Graph zeigt auf der x-Achse 7 den Zeitverlauf. Auf der y-Achse 8 werden erfasste Dosiswerte dargestellt und weiterhin die Entwicklung einer angelegten Röntgenspannung 9 über den Zeitverlauf aufgezeigt. Zu den Zeitpunkten t1, ..., t11 werden mit einer Strahlungsmesskammer Messungen durchgeführt, um die ersten Dosiswerte D1, ..., D11 einer von einer Röntgenquelle erzeugten Röntgenstrahlung zu messen. Zum Zeitpunkt t = 0 wird eine Röntgenspannung 9 durch eine Röntgenquelle angelegt. Der Zeitpunkt tStart kennzeichnet den Zeitpunkt des Beginns einer strahlungswirksamen Röntgenspannung. Diese tritt in der Strahlungsmesskammer auf, die zugehörige Strahlungsdosis 16 ist jedoch bedingt durch den endlich schnellen Aufbau der Hochspannung nicht messbar. Das Zeitintervall von tStart bis zum ersten Zeitpunkt t0 stellt die Totzeit ΔtVH der Strahlungsmesskammer dar. Über die ersten Dosiswerte D1, ..., D11 wird für die Wertepaare (t1, D1), ... (t11, D11) eine mathematische Interpolation durchgeführt und eine Interpolationskurve 10 ermittelt. Durch Verschiebung der Interpolationskurve 10 in den Zeitpunkt tStart, resultierend in der Interpolationskurve 11, wird der zweite Dosiswert ΔDE ermittelt. Der zweite Dosiswert ΔDE gibt eine Schätzung der Strahlendosis in der Totzeit ΔtVH der Strahlungsmesskammer an.
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Der Dosiswert DMax beschreibt einen für eine Röntgenaufnahme vorgebbaren Dosismaximalwert. Über den ermittelten zweiten Dosiswert ΔDE wird der optimale Zeitpunkt topt zur Abschaltung der Spannung der Röntgenquelle ermittelt. Dieser Zeitpunkt wird bestimmt als der Zeitpunkt, zu dem die Interpolationskurve 10 den Wert (DMax – ΔDE) annimmt. Der zugehörige Dosiswert ist durch das Bezugszeichen 17 gekennzeichnet. Der Kurvenverlauf 13 im Zeitraum [topt; tmax] entspricht dem Verlauf der Strahlungsdosis infolge der Totzeit ΔtVH, die durch das Zeitintervall [tStart; t0] gegeben ist. Der Kurvenverlauf 15 gibt den Verlauf der Strahlungsdosis mit vorhaltkorrigierter Abschaltung wider.
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Die Kurven 12 und 19 zeigen den Verlauf der vorhaltsdosiskorrigierten Kurven 13 mit Dmax als Obergrenze an, wie sie während der Schätzung angenähert werden. Als Gegenbeispiel zeigt der Kurvenverlauf 14 den Verlauf der Strahlungsdosis, wenn die Strahlung ohne Berücksichtigung der Totzeit ΔtVH zum Zeitpunkt tMax abgeschaltet wird. Die resultierende Gesamtdosis ist in diesem Fall (DMax + ΔDE). Der zugehörige Dosiswert ist durch das Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Diese Gesamtdosis 18 wird bei den heute bekannten Verfahren erzielt.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines zweiten Dosiswertes. Im Verfahrensschritt 101 wird ein Schwellwert DSW für die Erkennung der Dosis eines ersten Dosiswertes Di vorgegeben. Anschließend wird im Schritt 102 eine Röntgenspannung angelegt und eine Zeitnahme gestartet.
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Die aufgelaufene Zeit tT1 wird über einen erster Timer T1 gemessen. Gleichzeitig wird ein zweiter Timer T2 mit einer vorgebbaren Grenzzeit tT2, in der die Vorhaltdosisschätzung erfolgen soll, vorbelegt. Die Grenzzeit tT2 gibt die maximale Aktivität für diese Vorhaltskorrektur an. Nach Ablauf dieser Zeit tT2, die weit größer als die Vorhaltszeit ist, wird der Algorithmus deaktiviert, da der Fehler durch den Vorhalt keine Rolle mehr spielt. Diese Grenzzeit tT2 kann beispielsweise 100 ms bis 255 ms betragen. Der zweite Timer T2 läuft nach Anstarten rückwärts gegen 0.
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Im Schritt 103 wird solange ein erster Dosiswert ermittelt, bis der Wert des ersten Dosiswertes den Dosisschwellwert DSW übersteigt. Anschließend wird die durch den ersten Timer T1 erfolgte Zeitnahme gestoppt. Im Schritt 104 wird die durch den ersten Timer T1 ermittelte Zeitspanne durch den Wert 8 dividiert und das Ergebnis der Konstanten τ zugewiesen. Die Konstante τ gibt dabei die Wartezeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen des ersten Dosiswertes Di und Di+1 an.
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Im Schritt 105 werden Parameter i und j, über welche die Iterationen des Algorithmus gesteuert werden, mit dem Wert 1 initialisiert. Weiterhin wird D0 gesetzt als der zuletzt gemessene erste Dosiswert. Weiter wird der erste Timer T1 auf den Wert τ eingestellt und gestartet. Der erste Timer T1 läuft danach rückwärts gegen 0. Im Verfahrensschritt 106 wird zuerst geprüft, ob der zweite Timer T2 abgelaufen ist. Ist dies der Fall, so wird das Verfahren mit Schritt 110 beendet. Ist der zweite Timer T2 nicht abgelaufen, so wird für die Länge des Zeitraumes tT1 gewartet.
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Im Schritt
107 wird der aktuelle erste Dosiswert D
i ermittelt. Gleichzeitig wird der erste Timer T
1 auf τ eingestellt und gestartet. Im Schritt
108 wird der zweite Dosiswert ΔD
E errechnet über folgende Vorschrift:
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Im Schritt
109 wird der Laufparameter i in Abhängigkeit des Wertes des Parameters j nach folgender Vorschrift verändert:
| für i < 15: | i := i + 1; |
| für i ≥ 15: | i := 0. |
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Weiterhin wird der Parameter j nach folgender Vorschrift verändert:
| für j < 15: | j := j + 1; |
| für j ≥ 15: | j = 15. |
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Anschließend erfolgt der Rücksprung zu Schritt 106.
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3 zeigt ein Blockschaltbild einer Röntgenvorrichtung zur Schätzung einer Strahlendosis einer Röntgenstrahlung. Über eine Röntgenquelle 1 wird eine kegelförmig gebündelte Röntgenstrahlung 2 erzeugt, die ein im Strahlengang der Röntgenstrahlung 2 befindliches Untersuchungsobjekt 3 durchdringt. Im Strahlengang nachfolgend ist eine Strahlungsmesskammer 4 angeordnet, über welche eine Messung der Strahlendosis erfolgt. Ein Röntgendetektor 5 detektiert die Röntgenstrahlen 2. Die Strahlungsmesskammer 4 ist mit einer Regelungseinheit 6 verbunden und übermittelt über diese Verbindung die von der Dosismesskammer 4 ermittelten ersten Dosiswerte an die Regelungseinheit 6. In der Regelungseinheit 6 erfolgt die Ermittlung eines zweiten Dosiswertes durch Schätzung einer in einer Totzeit der Strahlungsmesskammer 4 durch die Röntgenquelle 1 abgegebenen Strahlendosis. Weiterhin wird in der Regelungseinheit 6 die geschätzte Strahlendosis durch Summenbildung des zuletzt ermittelten ersten und des zweiten Dosiswertes ermittelt. Die Regelungseinheit 6 ist mit der Röntgenquelle 1 verbunden und steuert über diese Schnittstelle die von der Röntgenquelle 1 abgegebene Strahlendosis.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgenquelle
- 2
- Röntgenstrahlung
- 3
- Untersuchungsobjekt
- 4
- Strahlungsmesskammer
- 5
- Röntgendetektor
- 6
- Regelungseinheit
- 7
- x-Achse
- 8
- y-Achse
- 9
- Röntgenspannung
- 10
- Interpolationskurve
- 11
- in Zeitpunkt t0 verschobene Interpolationsgerade
- 12
- Während Laufzeit ermittelte vorhaltkorrigierte Dosis
- 13
- Verlauf Strahlungsdosis mit vorhaltkorrigierter Abschaltung an AEC-Messkammer
- 14
- Verlauf Strahlungsdosis ohne vorhaltkorrigierter Abschaltung an AEC-Messkammer
- 15
- Verlauf Strahlungsdosis mit vorhaltkorrigierter Abschaltung
- 16
- Strahlendosiswert zum Zeitpunkt tStart
- 17
- Strahlendosiswert zum Zeitpunkt topt
- 18
- Strahlendosiswert zum Zeitpunkt tMax
- 19
- Während Laufzeit ermittelte reduzierte Maximaldosis zur dosisrichtigen Abschaltung
- 101
- Vorgabe Schwellwert DSW für Dosiserkennung
- 102
- Anlegen Röntgenspannung, Starten des ersten und zweiten Timers
- 103
- Iteratives Ermitteln eines ersten Dosiswertes D1 > DSW
- 104
- Ermitteln Wartezeit τ
- 105
- Initialisieren Algorithmusparameter
- 106
- Abfragen zweiter Timer
- 107
- Ermitteln erster Dosiswert Di
- 108
- Ermitteln zweiter Dosiswert ΔDE
- 109
- Verändern Algorithmusparameter
- 110
- Beenden des Verfahrens
- t = 0
- Zeitpunkt Anlegen Röntgenspannung
- AtVH
- Zeitraum Totzeit
- ti
- Zeitpunkte Dosismessung
- Di
- erste Dosiswerte
- DSW
- Dosisschwellwert
- ΔDE
- zweiter Dosiswert
- DMax
- vorgegebene Maximaldosis
- tStart
- Zeitpunk Beginn strahlungswirksame Röntgenspannung
- topt
- Zeitpunkt vorhaltskorrigierte Abschaltung
- tMax
- Zeitpunkt nicht vorhaltskorrigierte Abschaltung
- τ
- Wartezeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen der ersten Dosiswerte
- T1
- erster Timer
- T2
- zweiter Timer
- tT1
- eingestellter Wert des ersten Timers T1
- tT2
- eingestellter Wert des zweiten Timers T2
- i
- Laufzeitvariable des Verfahrens
- j
- Laufzeitvariable des Verfahrens
