DE102011005055A1

DE102011005055A1 - Verfahren zur Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes sowie entsprechendes Röntgensystem

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Publication number: DE102011005055A1
Application number: DE102011005055A
Authority: DE
Inventors: Lothar Bätz; Mathias Hörnig; Thomas Mertelmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: US8792617B2; DE102011005055B4; US20120224668A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbilddaten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mit einem Röntgensystem (30). Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte: Erstellen von Niedrigenergie-Röntgenbilddaten des Volumenabschnitts. Erstellen von Hochenergie-Röntgenbilddaten des Volumenabschnitts. Subtrahieren der Niedrigenergie-Röntgenbilddaten von den Hochenergie-Röntgenbilddaten zur Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten. Bei der Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten wird ein Röntgenfilter (1) eingesetzt, welches im Wesentlichen aus Titan besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um Röntgenbilder unter Verwendung zweier unterschiedlicher Energiespektren (”dual energy”), so genannte Dual-Energie-Röntgenbilder, zu erstellen, sowie ein Röntgensystem, welches zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbildern ausgestaltet ist.
Die US 6,683,934 B1 beschreibt ein Verfahren zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbildern bei der Mammographie, wobei ein Röntgenfilter aus Kupfer (Cu) einer Dicke von 0,25 mm für die Hochenergiebilder und ein Röntgenfilter aus Aluminium (Al) einer Dicke von 2 mm für die Niedrigenergiebilder eingesetzt wird.
Die US 2005/0243970 A1 beschreibt ein Röntgensystem zum Einsatz bei der Mammographie. Dabei wird ein spezielles Röntgenfilter eingesetzt, um eine Strahlenbelastung des Patienten zu reduzieren.
Um einen Tumor oder eine Läsion in einem Röntgenbild besser darstellen zu können, ist es bekannt ein Kontrastmittel (beispielsweise Jod) einem zu untersuchenden Patienten zu injizieren. Insbesondere bei bösartigen Tumoren erfolgt aufgrund der Neovaskularisierung eine Anreicherung des Kontrastmittels im Tumor. Zur Darstellung wird dabei nach dem Stand der Technik mit einer Dual-Energie-Bildgebung gearbeitet, wobei von demselben Volumenabschnitt ein Niedrigenergiebild (Röntgenspannung im Bereich von 20 bis 35 kVp) und ein Hochenergiebild (Röntgenspannung im Bereich von 40 bis 50 kVp) erstellt werden. Anschließend wird das Niedrigenergiebild, in welchem das Kontrastmittel nicht oder nahezu nicht zu erkennen ist, von dem Hochenergiebild, in welchem das Kontrastmittel besser zu erkennen ist, subtrahiert.
Die Dual-Energie-Bildgebung, welche auch als Zwei-Spektren-Methode bekannt ist, wird in der Mammographie eingesetzt, um eine verbesserte Diagnose für den Radiologen sowie eine Verbesserung der Sensitivität und Spezifität zu erzielen. Ein Röntgensystem zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbildern muss dabei folgende Bedingungen insbesondere bei der Erstellung der Hochenergiebilder möglichst gut erfüllen:

• Es soll eine optimale Quantenausbeute erzielt werden.
• Die Hochenergiebilder sollen ein möglichst hohes Kontrast-zu-Rauschverhältnis aufweisen.
• Die zur Erstellung der Hochenergiebilder eingesetzte Röntgendosis soll möglichst gering sein.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die vorab aufgeführten Bedingungen bei der Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes besser als nach dem Stand der Technik zu erfüllen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes nach Anspruch 1, durch ein Röntgensystem nach Anspruch 12, durch ein Computerprogrammprodukt durch Anspruch 15 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 16 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (z. B. eines Patienten) mit einem Röntgensystem bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Erstellen von Niedrigenergie-Röntgenbilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts.
• Erstellen von Hochenergie-Röntgenbilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts.
• Subtrahieren der Niedrigenergie-Röntgenbilddaten von den Hochenergie-Röntgenbilddaten, wobei die sich ergebenden Differenzbilddaten zur Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten eingesetzt werden bzw. den Dual-Energie-Röntgenbilddaten entsprechen.

Bei der Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten wird ein Röntgenfilter eingesetzt, welches im Wesentlichen aus Titan (Ti) besteht.
Mit einem Röntgenfilter wird die von der Röntgenquelle des Röntgensystems erzeugte Röntgenstrahlung gefiltert, bevor sie auf den vorbestimmten Volumenabschnitt auftrifft. Das Röntgenfilter hat dabei die Aufgabe, die Strahlenqualität der Röntgenstrahlung zu optimieren, um dadurch die Bildqualität pro absorbierter Röntgendosis zu maximieren. Für jede Aufgabe (z. B. die Entdeckung von Mikrokalk oder für die Entdeckung von Tumoren in einem gegebenen Objekt gegebener Dicke) existiert in der Regel eine optimale (d. h. meist monoenergetische) Strahlung. Durch das eingesetzte Röntgenfilter versucht man die Strahlenqualität der auf den vorbestimmten Volumenabschnitt auftreffenden Röntgenstrahlung derart zu verändern, dass diese Röntgenstrahlung möglichst der optimalen Strahlung entspricht.
Unter einem Röntgenfilter, welches im Wesentlichen aus Titan besteht, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Röntgenfilter verstanden, welches zumindest zu 90%, besser zu 95%, noch besser zu 99% und am besten zu 100% (jeweils Gewichtprozent) aus Titan besteht. Dabei kann das erfindungsgemäße Röntgenfilter möglichst ausschließlich (bis auf die bei der Herstellung unvermeintlichen Verunreinigungen) aus Titan hergestellt sein oder es kann aus einer Titanlegierung hergestellt sein, welche im Wesentlichen Titan umfasst.
Unter Röntgenbilddaten werden erfindungsgemäß zum einen zweidimensionale Röntgenbilder und zum anderen auch dreidimensionale Röntgenbilder (dreidimensionale Röntgenbilddaten oder eine dreidimensionale Röntgenbildinformation) verstanden. Eine Schicht in den dreidimensionalen Röntgenbilddaten entspricht beispielsweise einem zweidimensionalen Röntgenbild. Dies gilt für die Dual-Energie-Röntgenbilddaten, für die Niedrigenergie-Röntgenbilddaten und für die Hochenergie-Röntgenbilddaten.
Das Subtrahieren der Niedrigenergie-Bilddaten von den Hochenergie-Bilddaten umfasst in aller Regel auch ein Registrieren der Niedrigenergie-Bilddaten mit den Hochenergie-Bilddaten, so dass bei der eigentlichen Subtraktion korrespondierende Bilddatenelemente (z. B. Pixel) subtrahiert werden. Darüber hinaus kann die Subtraktion auch eine Gewichtung umfassen, so dass die entsprechenden Niedrigenergie-Bilddaten und/oder Hochenergie-Bilddaten vor der eigentlichen Subtraktion mit einem entsprechenden Koeffizienten multipliziert werden. Im Spezialfall kann dieser Koeffizient auch negativ sein, so dass es sich bei der Subtraktion in diesem Fall eigentlich um eine Addition handeln würde.
Dass erfindungsgemäß ein im Wesentlichen aus Titan bestehendes Röntgenfilter zur Erstellung des Dual-Energie-Röntgenbildes eingesetzt wird, bedeutet, dass dieses Röntgenfilter

– entweder zur Erstellung des Hochenergie-Röntgenbildes
– oder zur Erstellung des Niedrigenergie-Röntgenbildes
– oder sowohl zur Erstellung des Hochenergie-Röntgenbildes als auch zur Erstellung des Niedrigenergie-Röntgenbildes eingesetzt werden kann. Wenn das im Wesentlichen aus Titan bestehende Röntgenfilter nur zur Erstellung des Hochenergie-Röntgenbildes (Niedrigenergie-Röntgenbildes) eingesetzt wird, kann erfindungsgemäß zur Erstellung des Niedrigenergie-Röntgenbildes (Hochenergie-Röntgenbildes) ein anderes Röntgenfilter eingesetzt werden, welches beispielsweise nicht im Wesentlichen aus Titan (sondern beispielsweise aus Molybdän (Mo) oder aus Rhodium (Rh)) besteht.

Falls das im Wesentlichen aus Titan bestehende Röntgenfilter zur Erstellung des Hochenergie-Röntgenbildes eingesetzt wird, liegt die Dicke dieses Röntgenfilters vorzugsweise zwischen 1 mm und 1,5 mm. Bei einem Einsatz einer Energie von bis zu 49 kVp wird eine Dicke des Röntgenfilters von 1,3 mm vorgeschlagen. Bei dem Einsatz von einem Jod haltigen Kontrastmittel liegt die Röhrenspannung vorteilhafterweise zwischen 45 und 50 kVp.
Auch zur Erstellung des Niedrigenergie-Röntgenbildes kann ein im Wesentlichen aus Titan bestehendes Röntgenfilter eingesetzt werden. Wird zur Erstellung des Niedrigenergie-Röntgenbildes eine Röntgenspannung in einem Bereich zwischen 23 kVp und 35 kVp eingesetzt, sollte das Röntgenfilter eine Dicke zwischen 0,1 mm und 1 mm aufweisen.
Vorteilhafterweise ist es auch möglich, dass dasselbe im Wesentlichen aus Titan bestehende Röntgenfilter sowohl zur Erstellung des Hochenergiebildes als auch zur Erstellung des Niedrigenergiebildes eingesetzt wird, wobei das Röntgenfilter in diesem Fall insbesondere eine Dicke von 0,5 bis 1,2 mm und besser näherungsweise 1 mm aufweist.
Der Einsatz desselben Röntgenfilters, welches sowohl bei der Erstellung von Hochenergiebildern als auch bei der Erstellung von Niedrigenergiebildern eingesetzt wird, weist den entscheidenden Vorteil auf, dass ein Filterwechsel, welcher auch bei neueren Röntgensystemen zumindest 2 s dauert, entfällt. Abhängig von der Anzahl der benötigten Filterwechsel für eine Aufnahmesequenz, ergibt sich daraus ein im Minutenbereich liegender Vorteil hinsichtlich einer Zeitdauer, welche zur Erstellung einer Sequenz aus mehreren Dual-Energie-Röntgenbildern erforderlich ist.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden im Rahmen eines Tomosynthese-Scans erfindungsgemäß mehrere Dual-Energie-Röntgenbilder des vorbestimmten Volumenabschnitts (beispielsweise einer weiblichen Brust) erstellt. Dabei werden bei dem Tomosynthese-Scan für jede Tomosynthese-Winkeleinstellung jeweils ein Hochenergie-Röntgenbild und ein Niedrigenergie-Röntgenbild erstellt. Das für die jeweilige Tomosynthese-Winkeleinstellung erstellte Niedrigenergie-Röntgenbild wird anschließend von dem für diese Tomosynthese-Winkeleinstellung erstellten Hochenergie-Röntgenbild subtrahiert, um das für diese Tomosynthese-Winkeleinstellung zu erstellende Dual-Energie-Röntgenbild zu erzeugen.
Unter der (digitalen) Tomosynthese wird insbesondere eine Kombination aus einer digitalen Bilderfassung und Bildbearbeitung bei einer geringen Bewegung der Röntgenröhre oder Röntgenquelle verstanden. Die Tomosynthese besitzt gewisse Ähnlichkeiten mit der Computertomographie (CT), wird allerdings als separate Technik angesehen. Während bei der Computertomographie Bilder während einer vollständigen 360° Drehung der Röntgenquelle um das Untersuchungsobjekt herum erstellt werden, schwenkt die Röntgenquelle bei der Tomosynthese nur um einen kleinen Winkel von beispielsweise 40° (typischerweise zwischen 10° und 60°), wobei nur eine geringe Anzahl von Aufnahmen (typischerweise zwischen 7 und 60) erstellt werden. Durch den Einsatz von hoch auflösenden Detektoren kann eine sehr hohe Auflösung in Ebenen senkrecht zur so genannten Z-Achse (Achse in Richtung des Tomosynthesewinkels 0° bzw. lotrechten Richtung bzw. Ausrichtung CC ((”Cranial Caudal” (vom Kopf zum Fuß)) erzielt werden, auch wenn die Auflösung in Richtung der Z-Achse geringer ist. Das Haupteinsatzgebiet der Tomosynthese ist die Bildgebung der weiblichen Brust als Ergänzung oder als Ersatz der Mammographie. Im Vergleich zur Mammographie arbeitet die Tomosynthese mit einer geringeren Strahlenenergie pro Projektion. Beispielsweise entspricht bei gleicher Energie der einzelnen Röntgenphotonen die Gesamtdosis (”Average Glandular Dose”) (d. h. die Summe der in der Brust absorbierten Strahlenergien pro Masse, welche zur Erstellung aller Projektionen einer Tomosynthese benötigt werden) der Tomosynthese dem ein- bis zweifachen der Dosis zur Erstellung eines zweidimensionalen Bildes.
Bei der Erstellung der mehreren Dual-Energie-Röntgenbilder für den Tomosynthese-Scan gibt es insbesondere zwei Möglichkeiten:

1. Es werden alle Hochenergiebilder erzeugt, bevor oder besser nachdem alle Niedrigenergiebilder erzeugt worden sind.
2. Es werden abwechselnd je ein Hochenergiebild, ein Niedrigenergiebild, ein Hochenergiebild usw. erzeugt. Dabei existieren zwei Varianten dieser Möglichkeit. Bei der ersten Variante werden für jede Winkeleinstellung das entsprechende Hochenergie-Röntgenbild und das entsprechende Niedrigenergie-Röntgenbild erstellt, bevor die nächste Tomosynthese-Winkeleinstellung eingestellt wird. Bei der zweiten Variante erfolgt die Bewegung der Röntgenquelle kontinuierlich, so dass die Tomosynthese-Winkeleinstellung eines Hochenergiebildes nicht ganz der Tomosynthese-Winkeleinstellung des korrespondierenden Niedrigenergiebildes entspricht.

Während bei der ersten Möglichkeit das Röntgenfilter nur einmal gewechselt werden muss, muss das Röntgenfilter bei der zweiten Möglichkeit quasi der Anzahl der zu erstellenden Röntgenbilder oft gewechselt werden, so dass bei der zweiten Möglichkeit der erfindungsgemäß mögliche Einsatz desselben Röntgenfilters sowohl bei der Erstellung der Hochenergiebilder als auch bei der Erstellung der Niedrigenergiebilder deutlich vorteilhaft ins Gewicht fällt.
Da der zeitliche Abstand zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu welchem für eine Tomosynthese-Winkeleinstellung das entsprechende Niedrigenergiebild erstellt wurde, und einem zweiten Zeitpunkt, zu welchem für dieselbe Tomosynthese-Winkeleinstellung das entsprechende Hochenergiebild erstellt wurde, bei der zweiten Möglichkeit wesentlich kürzer als bei der ersten Möglichkeit ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Volumenabschnitt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt nachteiligerweise bewegt hat, bei der zweiten Möglichkeit wesentlich kleiner als bei der ersten Möglichkeit, so dass die Registrierung des entsprechenden Niedrigenergiebilds mit dem entsprechenden Hochenergiebild bei der zweiten Möglichkeit in der Regel wesentlich einfacher zu bewerkstelligen ist, als dies bei der ersten Möglichkeit der Fall ist. Anders ausgedrückt ist die Qualität der Dual-Energie-Bildgebung bei der zweiten Möglichkeit in der Regel höher als bei der ersten Möglichkeit, so dass erfindungsgemäß durch den eingesparten Filterwechsel die nach dem Stand der Technik bevorzugte (zweite) Möglichkeit hinsichtlich ihrer Durchführungszeit verbessert wird.
Zur Erstellung der zweidimensionalen Dual-Energie-Röntgenbilder ausgehend von den Niedrigenergiebildern und Hochenergiebildern gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum einen können ein Niedrigenergiebild und ein korrespondierendes Hochenergiebild (registriert und) subtrahiert werden. Es ist aber auch möglich, ausgehend von den Niedrigenergiebildern dreidimensionale Niedrigenergiebilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erstellen und auf die gleiche Weise von den Hochenergiebildern dreidimensionale Hochenergiebilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erstellen. Anschließend (registriert und) subtrahiert man dann die dreidimensionalen Niedrigenergiebilddaten von den dreidimensionalen Hochenergiebilddaten, um dreidimensionale Dual-Energie-Bilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erhalten. Eine Schicht dieser dreidimensionalen Dual-Energie-Bilddaten entspricht dann einem zweidimensionalen Dual-Energie-Röntgenbild.
Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass die Erstellung eines Niedrigenergiebildes und eines Hochenergiebildes für dieselbe Tomosynthese-Winkeleinstellung auch gleichzeitig erfolgen kann. Dazu wird ein Energie diskriminierender Röntgendetektor eingesetzt, welcher zwischen Niedrigenergiequanten und Hochenergiequanten unterscheiden kann. Mit anderen Worten können mit einem solchen Röntgendetektor mit einer Erzeugung von Röntgenstrahlen (mit einem Schuss) gleichzeitig sowohl das Niedrigenergiebild und als auch das Hochenergiebild erstellt werden, wobei als Röntgenspannung meist diejenige Röntgenspannung gewählt wird, welche zur Erstellung des Hochenergiebildes erforderlich ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Röntgensystem mit einem Detektor, einem Röntgenfilter und einer Röntgenquelle, um auf den Detektor gerichtete Röntgenstrahlen zu imitieren, bereitgestellt. Dabei ist zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor neben dem Röntgenfilter ein Untersuchungsobjekt derart positionierbar, dass die Röntgenstrahlen zuerst das Röntgenfilter und anschließend einen vorbestimmten Volumenabschnitt des Untersuchungsobjekts durchlaufen, bevor sie auf den Detektor auftreffen. Das Röntgensystem umfasst eine Steuerung zur Ansteuerung der Röntgenquelle und des Detektors und eine Bildrecheneinheit, um von dem Detektor erfasste Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu empfangen und Dual-Energie-Röntgenbilddaten zu erstellen. Das Röntgensystem erzeugt Niedrigenergiebilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts und Hochenergiebilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts, wobei eine Strahlenenergie zur Erstellung der Hochenergiebilddaten wesentlich höher als die Strahlenenergie zur Erstellung der Niedrigenergiebilddaten ist. Die Steuerung subtrahiert mit Hilfe der Bildrecheneinheit die Niedrigenergiebilddaten von den Hochenergiebilddaten, um die Dual-Energie-Röntgenbilddaten zu erzeugen. Das Röntgenfilter des Röntgensystems besteht dabei im Wesentlichen aus Titan.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgensystems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Röntgensystem zur Durchführung einer Tomosynthese ausgestaltet, so dass man das Röntgensystem gemäß dieser Ausführungsform auch als Tomosynthesegerät bezeichnen kann.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit eines Röntgensystems laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung des Röntgensystems läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert (übersetzt) und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband, eine Speicherkarte oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit eines Röntgensystems gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:

• Durch den Einsatz des Titan-Röntgenfilters wird eine verbesserte Quantenausbeute der auf das Untersuchungsobjekt auftreffenden Röntgenstrahlung erzielt.
• Die Lebensdauer der Röntgenröhre erhöht sich durch den Einsatz des Titan-Röntgenfilters.
• Die Leistungsanforderungen an eine Röntgenröhre, welche bei einer Tomosynthese zur Erstellung einer Dual-Energie-Bildgebung auftreten, können durch den Einsatz eines Titan-Röntgenfilters besser abgedeckt werden.
• Die Patienten-Organdosis (d. h. die Röntgendosis, mit welcher das Organ des Patienten bestrahlt wird) reduziert sich durch den Einsatz des Titan-Röntgenfilters.
• Durch den Einsatz des Titan-Röntgenfilters entfällt der Wechsel des Röntgenfilters bei der Dual-Energie-Bildgebung.
• Dadurch kann die Dual-Energie-Bildgebung schneller durchgeführt werden.
• Dadurch kann insgesamt der Arbeitsablauf zur Erstellung einer Dual-Energie-Bildgebung optimiert werden.
• Durch den nicht vorhandenen Filterwechsel ist das Röntgensystem weniger komplex.
• Der Kollimator des Röntgensystems ist aufgrund des nicht benötigten Filterwechsels weniger komplex aufgebaut.
• Bei herkömmlichen Mammographieanwendungen reduziert sich die Strahlenbelastung des Patienten durch das Titan-Röntgenfilter.
• Im Vergleich zu bekannten Anordnungen (beispielsweise mit Anodenmaterial aus Wolfram und einem Röntgenfilter aus Rhodium) wird beim Einsatz eines Titan-Röntgenfilters bei der herkömmlichen Mammographie dieselbe Bildqualität erzielt.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Ergänzung oder Erweiterung der kontrastmittelunterstützten Mammographie geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da mit der vorliegenden Erfindung auch Dual-Energie-Röntgenbilder von anderen Körperbereichen eines lebendigen Lebewesens (auch ohne vorherige Kontrastmittelinjektion) dargestellt werden können. Zum anderen ist die vorliegende Erfindung auch zur Dual-Energie-Bildgebung von nicht lebendiger Materie, beispielsweise zur Untersuchung von Gepäckstücken am Flughafen geeignet.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Röntgensystem schematisch dargestellt.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Tomosynthese-Scans.
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Röntgensystem 30, welches auch als Tomosynthesegerät bezeichnet werden kann, für Mammographieuntersuchungen dargestellt. Das Röntgensystem 30 umfasst einen Tragarm 9, welcher in einer Lagerung um eine horizontal verlaufende Achse A schwenkbar gelagert ist (vergleiche Doppelpfeil bzw. Winkel α). Die Lagerung ist an einem Stativ 3 angeordnet und wie mit dem Doppelpfeil b angedeutet vertikal verstellbar. An dem Tragarm 9 sind ein mit einer Röntgenstrahlenquelle 5 versehener Arm 6, ein Flächendetektor 7 und eine aus einer Kompressionsplatte 10 und einer Lagerplatte 11 bestehende Kompressionsvorrichtung angeordnet. In der 1 ist eine von der Kompressionsplatte 10 und der Lagerplatte 11 komprimierte weibliche Brust 12 in schematischer Weise dargestellt. Der Arm 6 ist relativ zu dem Tragarm 1, dem Detektor 7 und der Kompressionsvorrichtung 10, 11 um die Achse A schwenkbar. Für Höhenverstellungen und Schwenkbewegungen sind Elektromotoren 13 bis 15 des Röntgensystems 30 vorgesehen. Zwischen der Röntgenstrahlenquelle 5 und der Kompressionsvorrichtung ist ein Röntgenfilter 1 an dem Arm 6 angebracht, um die von der Röntgenstrahlenquelle 5 emittierten Röntgenstrahlen zu filtern, bevor sie auf das Untersuchungsobjekt 12 auftreffen.
Eine Steuerung des Röntgensystems 30 erfolgt über eine Bedienvorrichtung 16 des Röntgensystems 30, welche mit einer Steuerung 17 und einer Bildrechnereinheit 22 des Röntgensystems 30 verbunden ist. Mittels einer DVD 21 können bestimmte Verfahren (darunter das erfindungsgemäße Verfahren) in die Steuerung 17 und die Bedienvorrichtung 16 geladen werden.
In der Röntgentechnik ist die Röntgenstrahlung im Wesentlichen Bremsstrahlung mit charakteristischen Linien des Anodenmaterials (d. h. des Materials der Anode der Röntgenröhre 5). Um unerwünschte Anteile des Spektrums der von der Röntgenquelle 5 emittierten Röntgenstrahlung zu eliminieren (beispielsweise niederenergetische Strahlung, welche nur Dosis aber im zu erstellenden Bild keinen Kontrast erzeugt, oder beispielsweise hochenergetische Strahlung, welche in dem zu erstellenden Bild einen zu geringen Kontrast erzeugt) wird eine zusätzliche Filterung in Form des beschriebenen Röntgenfilters 1 eingesetzt. In der allgemeinen Radiografie wird dabei als Anodenmaterial in der Regel Wolfram (W) verwendet und für das Röntgenfilter wird Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) eingesetzt. In der Mammographie wird nach dem Stand der Technik als Anodenmaterial entweder Molybdän (Mo), Rhodium (Rh) oder Wolfram (W) eingesetzt und das Röntgenfilter besteht entweder aus Molybdän (Mo) oder Rhodium (Rh).
Simulationen der vorliegenden Erfinder haben gezeigt, dass bei der Erstellung von Hochenergiebildern mit einer Röntgenspannung von näherungsweise 49 kVp mit einem aus Titan bestehenden Röntgenfilter ein höherer Qualitätsfaktor CNR²/D für eine vorgegebene Pixelfläche des Röntgendetektors erzielt werden kann als mit einem aus Kupfer bestehenden Röntgenfilter. Dabei entspricht CNR (”Contrast to Noise Ratio”) dem Kontrast-zu-Rauschverhältnis und D steht für die mittlere absorbierte Gewebedosis.
Auch von den Erfindern durchgeführte Vergleichsaufnahmen mit identischen Aufnahmeparametern zeigen bei einem Einsatz eines 1 mm dicken aus Titan bestehenden Röntgenfilter im Vergleich zu einem 0,3 m dicken aus Kupfer bestehenden Röntgenfilter eine verbesserte Röntgenausbeute. Diese zweidimensionalen Vergleichsaufnahmen oder Hochenergiebilder wurden jeweils mit einer Röntgenspannung von 47 kVp für ein Phantom erzeugt. Die mit dem aus Titan bestehenden Röntgenfilter erstellten Hochenergiebilder zeigten im Vergleich zu den mit dem Kupfer-Röntgenfilter erstellten Hochenergiebildern höhere Pixel-Signalwerte und somit eine bessere Quantenausbeute.
Darüber hinaus führten die vorliegenden Erfinder auch Vergleiche bei der Erstellung von Niedrigenergiebildern durch. Dazu wurden Niedrigenergiebilder mit einer Röntgenspannung von 28 kVp und einer Ladung von 80 mAs zum einen mit einem 50 μm dicken aus Rhodium bestehenden Röntgenfilter und zum anderen mit einem 1 mm dicken aus Titan bestehenden Röntgenfilter erstellt. Als Anodenmaterial wurde dabei jeweils Wolfram eingesetzt. Eine jeweilige Messung des Kontrast-zu-Rauschverhältnisses zeigte vergleichbare Ergebnisse.
Zusammenfassend stellten die somit Erfinder fest, dass ein Röntgenfilter aus Titan einer Dicke von 0,5 bis 1,2 mm (am besten 1 mm) bei der Erstellung von Hochenergiebildern Vorteile gegenüber den nach dem Stand der Technik eingesetzten Röntgenfiltern aufweist, während dasselbe Röntgenfilter aus Titan bei der Erstellung von Niedrigenergiebildern keine Nachteile gegenüber den nach dem Stand der Technik eingesetzten Röntgenfiltern aufweist. Daher führt der Einsatz eines 1 mm dicken Röntgenfilters aus Titan bei der Erstellung von Dual-Energie-Bildern zum einen zu besseren Ergebnissen (da zumindest die Hochenergiebilder eine bessere Qualität aufweisen) und weist zum anderen den großen Vorteil auf, dass kein Filterwechsel zwischen der Erstellung eines Hochenergiebildes und der Erstellung eines Niedrigenergiebildes durchgeführt werden muss.
In 2 ist ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung von mehreren Dual-Energie-Röntgenbildern bei einem Tomosynthese-Scan dargestellt. Vor dem dargestellten Ablauf wird ein Kontrastmittel verabreicht.
In einem ersten Schritt S1 wird der Tomosynthesewinkel α eingestellt, welcher zumindest für die Aufnahme des nächsten Niedrigenergie-Röntgenbildes und zur Aufnahme des nächsten Hochenergie-Röntgenbildes konstant bleibt. Anschließend wird im Schritt S2 ein Niedrigenergie-Röntgenbild und im anschließenden Schritt S3 ein Hochenergie-Röntgenbild erzeugt. Zur Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes wird das Niedrigenergie-Röntgenbild von dem Hochenergie-Röntgenbild im Schritt S4 subtrahiert. Dieser Subtraktionsschritt S4 könnte auch außerhalb der Programmschleife S1 bis S5, beispielsweise nach der Erstellung aller Niedrigenergie-Röntgenbilder und Hochenergie-Röntgenbilder oder zeitlich parallel zu der Erstellung von folgenden Niedrigenergie-Röntgenbildern und Hochenergie-Röntgenbildern erfolgen.
Im Schritt S5 wird überprüft, ob alle Projektionen (d. h. alle für den Tomosynthese-Scan benötigten Niedrigenergie- und Hochenergie-Röntgenbilder) erstellt worden sind. Ist dies nicht der Fall wird zum Schritt S1 verzweigt, in welchem das Röntgensystem 30 (insbesondere der Arm 6) auf den nächsten Tomosynthesewinkel α eingestellt wird und die Schritte S2 bis S4 werden wiederholt in der oben beschriebenen Weise durchgeführt. Wenn im Schritt S5 erkannt wird, dass alle für den Tomosynthese-Scan benötigten Projektionen erstellt worden sind, endet das Verfahren.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenfilter
3: Stativ
5: Röntgenquelle
6: Arm
7: Detektor
9: Tragarm
10: Kompressionsplatte
11: Lagerplatte
12: Brust
13–15: Elektromotor
16: Bedienvorrichtung
17: Steuerung
21: DVD
22: Bildrecheneinheit
30: Röntgensystem
R: Achse
S1–S5: Verfahrensschritt
α: Tomosynthesewinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6683934 B1 [0002]
US 2005/0243970 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbilddaten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mit einem Röntgensystem (30), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erstellen von Niedrigenergie-Röntgenbilddaten des Volumenabschnitts, Erstellen von Hochenergie-Röntgenbilddaten des Volumenabschnitts, Subtrahieren der Niedrigenergie-Röntgenbilddaten von den Hochenergie-Röntgenbilddaten zur Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten ein Röntgenfilter (1) eingesetzt wird, welches im Wesentlichen aus Titan besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenfilter (1) zum Erstellen der Hochenergie-Röntgenbilddaten eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenfilter (1) eine Dicke von 1 mm bis 1,5 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenfilter (1) zum Erstellen der Niedrigenergie-Röntgenbilddaten eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenfilter (1) eine Dicke von 0,3 mm bis 1 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe Röntgenfilter (1) zum Erstellen der Hochenergie-Röntgenbilddaten und zum Erstellen der Niedrigenergie-Röntgenbilddaten eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenfilter (1) eine Dicke von 0,5 mm bis 1,2 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Tomosynthese-Scans mehrere Dual-Energie-Röntgenbilder des vorbestimmten Volumenabschnitts erstellt werden, dass bei dem Tomosynthese-Scan für jede Tomosynthese-Winkeleinstellung jeweils ein Hochenergie-Röntgenbild und ein Niedrigenergie-Röntgenbild erstellt wird, und dass für jede Tomosynthese-Winkeleinstellung (α) das jeweilige Niedrigenergie-Röntgenbild von dem Hochenergie-Röntgenbild subtrahiert wird, um das entsprechende Dual-Energie-Röntgenbild für die Tomosynthese-Winkeleinstellung (α) zu erstellen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Tomosynthese-Winkeleinstellung (α) das Hochenergie-Röntgenbild und das Niedrigenergie-Röntgenbild erstellt werden, bevor eine nächste Tomosynthese-Winkeleinstellung (α) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Tomosynthese-Scans die Dual-Energie-Röntgenbilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts erstellt werden, dass bei dem Tomosynthese-Scan unter kontinuierlicher Bewegung einer Röntgenquelle in abwechselnder Folge ein Hochenergie-Röntgenbild und ein Niedrigenergie-Röntgenbild erstellt werden, und dass die Niedrigenergie-Röntgenbilder von den Hochenergie-Röntgenbildern subtrahiert werden, um die Dual-Energie-Röntgenbilddaten zu erstellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dual-Energie-Röntgenbilddaten zweidimensionale Dual-Energie-Röntgenbilder oder dreidimensionale Dual-Energie-Röntgenbilddaten sind, dass die Niedrigenergie-Röntgenbilddaten zweidimensionale Niedrigenergie-Röntgenbilder oder dreidimensionale Niedrigenergie-Röntgenbilddaten sind, und dass die Hochenergie-Röntgenbilddaten zweidimensionale Hochenergie-Röntgenbilder oder dreidimensionale Hochenergie-Röntgenbilddaten sind.
Röntgensystem mit einem Detektor (7), einem Röntgenfilter (1) und einer Röntgenquelle (5) zur Emission von auf den Detektor (7) gerichteten Röntgenstrahlen, wobei zwischen der Röntgenquelle (5) und dem Detektor (7) das Röntgenfilter (1) und ein Untersuchungsobjekt (12) derart positionierbar ist, dass die Röntgenstrahlen zuerst das Röntgenfilter (1) und anschließend einen vorbestimmten Volumenabschnitt des Untersuchungsobjekts (12) durchlaufen, bevor sie auf den Detektor (7) auftreffen, wobei das Röntgensystem (30) eine Steuerung (17) zur Ansteuerung der Röntgenquelle (5) und des Detektors (7) und eine Bildrecheneinheit (22) zum Empfang von von dem Detektor (7) erfassten Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts und zur Erstellung von Bilddaten umfasst, wobei das Röntgensystem (30) derart ausgestaltet ist, dass das Röntgensystem (30) Dual-Energie-Röntgenbilddaten erstellt, indem das Röntgensystem Hochenergie-Röntgenbilddaten und Niedrigenergie-Röntgenbilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts erstellt und die Niedrigenergie-Röntgenbilddaten von den Hochenergie-Röntgenbilddaten subtrahiert, um die Dual-Energie-Röntgenbilddaten zu erstellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenfilter (1) im Wesentlichen aus Titan besteht.
Röntgensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgensystem (30) zur Durchführung einer Tomosynthese ausgestaltet ist.
Röntgensystem nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgensystem (30) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–11 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung (17) eines Röntgensystems (30) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–11 auszuführen, wenn das Programm in der Steuerung (17) des Röntgensystems (30) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuerung (17) eines Röntgensystems (30) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11 durchführen.