DE102011076371A1

DE102011076371A1 - Verfahren zum Gewinnen von Bilddaten mithilfe einer Röntgenbildaufnahmevorrichtung mit Filter sowie Röntgenbildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE102011076371A1
Application number: DE102011076371A
Authority: DE
Inventors: Richard Obler; Philipp Bernhardt; Stefan Böhm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-29
Also published as: US9545234B2; CN102793546B; CN102793546A; US20120300905A1

Abstract

Zum optimalen Einstellen der Position eines Formfilters (F) in einer Röntgenbildaufnahmevorrichtung (R) mit Röntgenstrahlungsquelle (Q) und Röntgenstrahlungsdetektor (D) wird zunächst bei einer Erstposition (S10) dieses Formfilters (F) ein Röntgenbild aufgenommen, und anhand dieses Röntgenbildes wird dann eine neue Position des Filters (F) berechnet, automatisch eingestellt, und es wird sodann ein neues Röntgenbild aufgenommen. Durch die Erfindung ist es unter geringer Dosisbelastung eines Bildobjekts (Patient P) möglich, kontrastarme Bilder oder solche, die für eine geringe Hautdosisbelastung des Patienten sorgen, aufzunehmen, insbesondere in einer Folge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von Bilddaten zu einem Bildobjekt mithilfe einer Röntgenstrahlungsquelle und eines Röntgenstrahlungsdetektors, wobei zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Bildobjekt ein Filter platziert wird oder ist, der Röntgenstrahlen in unterschiedlichen seiner Bereiche unterschiedlich filtert. Einen solchen Filter bezeichnet man als Formfilter. Die Erfindung betrifft auch eine Röntgenbildaufnahmevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7. Bei dieser ist ein Filter, der bevorzugt ebenfalls ein Formfilter ist, motorisch in unterschiedliche Positionen verfahrbar.
Formfilter werden eingesetzt, um massive Kontraste im Bildsignal aus Gründen des Strahlenschutzes sowie der Bildqualität zu vermeiden. Ein Formfilter ist ein semitransparenter Filter. Es geht darum, im Strahlengang vor relativ röntgentransparenten Körperarealen wie zum Beispiel der Lunge bzw. Objektanteilen eher mehr Röntgenstrahlung zu absorbieren, im Strahlengang vor relativ stark die Röntgenstrahlung selbst absorbierenden Körperarealen, zum Beispiel Knochen, wenig Röntgenstrahlung zu absorbieren. Gegebenenfalls wird ein Bereich des Formfilters auch dazu verwendet, Direktstrahlung abzuschwächen, also solche Röntgenstrahlen, die das Bildobjekt gar nicht durchdringen, sondern zum Beispiel am Rand neben ihm verlaufen und zum Röntgenstrahlungsdetektor gelangen.
Man positioniert Formfilter bisher üblicherweise rein manuell. Alternativ hierzu ist die Positionierung anhand vorgespeicherter Positionen üblich. Insbesondere bei Änderung von Aufnahmeparametern wie z.B. der Beschleunigungsspannung bezüglich der Röntgenstrahlungsquelle oder der Bildvergrößerung etc. ist in der Regel eine Neupositionierung der semitransparenten Filter von Hand notwendig. Eine solche Neupositionierung wird häufig mangels Zeit aber gar nicht vollzogen. Dadurch erhält man gegebenenfalls eine minderwertige Bildqualität, und das Bildobjekt erhält eine übermäßige Röntgenstrahlungsdosis.
Es gibt im Stand der Technik ferner die Technik, ein Röntgenbild des Bildobjekts aufzunehmen, kontrastreiche Kanten zu detektieren und den Filter entlang dieser Kanten zu positionieren.
Dies hat den Nachteil, dass allein für das Testbild eine relativ hohe Röntgenstrahlungsdosis in das Bildobjekt eingetragen wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie ein Filter besser oder zuverlässiger als bisher positioniert werden kann.
Die Aufgabe wird in einem Aspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst, in einem anderen Aspekt durch eine Röntgenbildaufnahmevorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bei einer ersten Position des Filters, in der er einen Teil der Röntgenstrahlen filtert, Bilddaten gewonnen und es wird anhand der so gewonnenen Bilddaten eine neue Position für den Filter berechnet. Der Filter wird in die neue Position platziert, und es werden erneut Bilddaten gewonnen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass auch anhand von Bilddaten, bei denen die Röntgenstrahlen bereits mithilfe des Filters gefiltert worden sind, eine neue Position des Filters festgelegt werden kann und insbesondere auch eine optimale Position ermittelbar ist. Dadurch, dass bei dem Gewinnen der zunächst aufgenommenen Bilddaten der Filter einen Teil der Röntgenstrahlen filtert, kann man bewirken, dass das Bildobjekt nicht mit einer zu hohen Dosis an Röntgenstrahlung beaufschlagt wird. Dadurch, dass man überhaupt anhand der Bilddaten die Position des Filters festlegt, lässt sich bewirken, dass die neu berechnete Position nach einem bestimmten Kriterium die günstigste ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses fortlaufend durchgeführt, wobei jeweils die vorhergehende neue Position zur neuen ersten Position des Filters wird. Aus den jeweils zuletzt gewonnenen Bilddaten wird die jeweilige neue Position des Filters berechnet. Die Erfindung kann auf diese Weise Änderungen in den Gegebenheiten, sei dies beim Bildobjekt selbst, sei dies bei den Aufnahmeparametern, sehr schnell Rechnung tragen, d.h. die Filterposition wird jeweils aktuell angepasst. Es kommt nicht aufgrund bestimmter konstant bleibender Einstellungen zu negativen Effekten wie einem überhohen Dosiseintrag in den Patienten oder zu einer minderwertigen Bildqualität.
Bei einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die neue Position jeweils diejenige Position, bei der eine vorbestimmte Größe ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt. Mit anderen Worten lässt sich ein bestimmtes Maß angeben, das Auskunft gibt, wie gut die jeweilige Position ist, und es lässt sich die optimale Position auswählen.
Beispielsweise kann die vorbestimmte Größe ein (vorzugsweise auf alle Bilddaten bezogenes) Streuungsmaß für Datenwerte der Bilddaten sein. Es kann sich hierbei insbesondere um eine Varianz handeln, die gemäß dem vorbestimmten Kriterium minimal ist; genauso ist es auch möglich, die mittlere Abweichung vom Mittelwert in den Bilddatenwerten zu minimieren.
Grundsätzlich soll ein Streuungsmaß möglichst minimal sein. Die Kleinheit des Streuungsmaßes ist ja genau das Ziel der Formfilterung: Überhohe Kontraste sollen ja vermieden werden, und es soll nach Strahlengang durch unterschiedliche Bereiche des Bildobjekts jeweils ungefähr dieselbe Schwächung erzielt sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die vorbestimmte Größe eine anhand von Bilderkennung bezüglich einer abgebildeten Struktur ermittelte Dosisbelastung, die gemäß dem vorbestimmten Kriterium dann minimal sein soll. Beispielsweise lässt sich zumindest näherungsweise durch geeignete Wahl des vorbestimmten Kriteriums die Hautdosisbelastung des Patienten minimieren; etwa, indem man anhand von Bilderkennung die Umrisse des Patientenkörpers identifiziert und so ermittelt, wie groß die bestrahlte Fläche der Haut ist, wobei dann die Hautdosisbelastung des Patienten insgesamt durch Addition der Hautdosis an einzelnen Flächenelementen unter Berücksichtigung des Effekts des Filters bei einer jeweiligen Position ermittelbar ist.
Wenn eine vorbestimmte Größe ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen soll, dann muss man berechnen, wie diese Größe bei der jeweiligen Position aussieht. Hierzu ist es hilfreich, wenn aus den Bilddaten zunächst der Effekt des Filters bei der ersten Position herausgerechnet wird (also auf die Situation ohne Filter zurückgerechnet wird). Dann kann umgekehrt wieder der Effekt des Filters hineingerechnet werden, nun aber für unterschiedliche Positionen des Filters, insbesondere auch für von der ersten Position verschiedene Positionen. Die vorbestimmte Größe wird jeweils ermittelt.
Die erfindungsgemäße Röntgenbildaufnahmevorrichtung mit einer Röntgenstrahlungsquelle und einem Röntgenstrahlungsdetektor sowie einem (Form)Filter, der motorisch in unterschiedliche Positionen verfahrbar ist, weist eine Steuereinrichtung auf, welche ausgelegt ist, eine Position des Filters anhand von Röntgenbilddaten automatisch einzustellen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass lediglich die Röntgenbilddaten mithilfe eines Algorithmus auszuwerten sind, um die jeweils zur aktuellen Situation beste Stellung des Filters aufzufinden.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, aus jeweils mit dem Filter gewonnenen Röntgenbilddaten einer Röntgenbildaufnahme die Position des Filters für die nachfolgende Bildaufnahme zu ermitteln und diese einzustellen. Mit anderen Worten wird durch die Röntgenbildaufnahmevorrichtung bei jeder Röntgenbildaufnahme die Position des Filters automatisch aktualisiert, sodass das Bedienpersonal entlastet ist, entsprechende Einstellungen vorzunehmen, und nicht die Gefahr gegeben ist, dass eine solche Einstellung unterbleibt, weil keine Zeit hierfür zur Verfügung steht.
Bevorzugt umfasst die Röntgenbildaufnahmevorrichtung einen Röntgenstrahlungsdetektor mit einer ebenen Oberfläche, und der Filter ist in zumindest einer Richtung in einer solchen Ebene verfahrbar, die parallel zu der ebenen Oberfläche liegt. Dies ist die typische Verstellrichtung für einen Formfilter, wie sie zur Realisierung der Röntgenbildaufnahmevorrichtung und insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren optimal ist.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der
1 eine Röntgenbildaufnahmevorrichtung zeigt, bei der die Erfindung umsetzbar ist, und
2 ein Flussschaubild zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
In einer im Ganzen mit R bezeichneten Röntgenbildaufnahmevorrichtung, die zum Beispiel nach Art eines Röntgenangiographiesystems aufgebaut sein kann, wird ein auf einem Patiententisch T liegender Patient P als Bildobjekt von Röntgenstrahlen durchstrahlt, die von einer Röntgenstrahlungsquelle Q ausgehen und nach dem Durchlaufen des Patienten P auf einem Röntgenstrahlungsdetektor D auftreffen. Die Röntgenstrahlungsquelle Q und der Röntgenstrahlungsdetektor D sind an einem Röntgen-C-Bogen B angeordnet und werden von einer Steuereinrichtung S angesteuert. Im Strahlengang zwischen der Röntgenstrahlungsquelle Q und dem Patienten P befindet sich vorliegend ein Formfilter F, der in 1 keilförmig dargestellt ist. Vorliegend sollen in der Figur nicht gezeigte Motoren den Filter F gemäß dem Pfeil Pf in eine Mehrzahl von Stellungen verschieben können, wobei entweder aufgrund von Steuerbefehlen an die Motoren durch die Steuereinrichtung S oder anhand von Positionssensoren, die in 1 nicht gezeigt sind, die Stellung des Formfilters F bekannt ist, d.h. als Datum in der Steuereinrichtung S zur Verfügung steht.
Das Verfahren beginnt damit, dass zunächst in Schritt S10 eine Erstposition für den Formfilter F (den semitransparenten Filter) eingenommen wird. Nunmehr wird ein Röntgenbild in Schritt S12 aufgenommen, d.h. es werden Bilddaten mithilfe des Röntgenstrahlungsdetektors D gewonnen, wenn die Röntgenstrahlungsquelle Q Röntgenstrahlung abgibt.
Da der Filter F in der Erstposition zumindest einen Teil der Röntgenstrahlung schwächt, wird aus dem gewonnenen 2D-Bilddatensatz in Schritt S14 der Einfluss des Filters herausgerechnet, d.h. korrigiert. Man erhält somit einen Bilddatensatz, wie er ohne Filter vorliegen würde. Der Vorteil besteht darin, dass man diesen Bilddatensatz nicht unmittelbar durch Bildaufnahme gewinnt und so vermeidet, dass der Patient P eine übermäßig große Dosisbelastung erhält.
Nachdem nun ein Röntgenbild ohne Filter zur Verfügung steht, lässt sich berechnen, wie die Röntgenbilder aussehen, wenn der Filter F unterschiedliche Positionen einnimmt. Bei dieser Berechnung kann gegebenenfalls berücksichtigt werden, dass aufgrund einer automatischen Regelung und damit Anpassung der Röntgenstrahlungsdosis durch die Steuereinrichtung S die von der Röntgenstrahlungsquelle Q abgegebene Röntgenstrahlungsdosis bei unterschiedlichen Positionen des semitransparenten Filters F unterschiedlich ist.
Zu jeder Stellung des Filters F erhält man somit einen 2D-Bilddatensatz, und aus diesen 2D-Bilddatensätzen lässt sich eine bestimmte Größe extrahieren. Beispielsweise lässt sich ermitteln, was der Wert der Varianz in den Datenwerten (Grauwerten) des 2D-Bilddatensatzes bei der jeweiligen Position des semitransparenten Filters F ist. Es wird dann diejenige Position ausgewählt, die aufgrund der Berechnungen die optimale Position ist, siehe Schritt S16.
Alternativ zum Verwenden eines Streuungsmaßes wie der Varianz ist es auch möglich, anhand von Bilderkennung die Konturen des Patienten P im gewonnenen Röntgenbild zu ermitteln und daraus für unterschiedliche Stellungen des Formfilters F jeweils abzuleiten, wie die Hautdosisbelastung des Patienten ist. Beispielsweise können geschlossene Konturen jeweils gefüllt werden und Flächenelementen innerhalb dieser geschlossenen Konturen Werte für die Hautdosisbelastung zugeordnet werden, die dann insgesamt aufaddiert werden. Auch hier lässt sich, ebenfalls bevorzugt unter Berücksichtigung einer entsprechenden Dosisanpassung durch die Steuereinrichtung S, diejenige Position des Formfilters F auffinden, bei der die verwendete Größe, vorliegend also die Hautdosisbelastung des Patienten P, minimal ist.
Bei beiden Varianten erhält man in Schritt S16 schließlich die optimale Position für den semitransparenten Filter F.
In Schritt S18 wird sodann der Filter F neu positioniert, nämlich genau in die optimale Position versetzt.
Nunmehr werden abermals Bilddaten in Schritt S12 gewonnen. Sofern das Verfahren hier nicht enden soll, wird abermals der Schritt S14 durchgeführt, abermals eine neue optimale Position in Schritt S16 berechnet und gegebenenfalls abermals in Schritt S18 der Filter F neu positioniert, sodass nach und nach immer wieder neue Bilddaten gewonnen werden können und jedes Mal die Schleife aus den Schritten S14, S16 und S18 durchlaufen wird, damit der Filter F jeweils aktuell diejenige Position hat, die zur aktuellen Situation, bezogen sowohl auf den Patienten P als auch auf die Einstellparameter der Röntgenbildaufnahmevorrichtung, optimal abgestimmt ist, damit die verwendete Größe minimal ist. Man erhält somit entweder die optimale Bildqualität mithilfe des Formfilters F oder sorgt für eine minimale Hautdosisbelastung des Patienten P.
Neben der Verwendung eines Streuungsmaßes zum Berechnen der optimalen Position in Schritt S16 unter Verwendung der (Haut)Dosisbelastung sind auch andere Arten von vorbestimmten Größen denkbar, die in Schritt S16 eingesetzt werden. Schließlich kann die vorbestimmte Größe auch aus einer Vielzahl von Einzelgrößen zusammengesetzt werden, beispielsweise können mithilfe geeigneter Gewichte sowohl ein Streuungsmaß als auch eine (Haut-)Dosisbelastung gleichermaßen in die vorbestimmte Größe eingehen.

Claims

Verfahren zum Gewinnen von Bilddaten zu einem Bildobjekt (P) mithilfe einer Röntgenstrahlungsquelle (Q) und eines Röntgenstrahlungsdetektors (D), wobei zwischen der Röntgenstrahlungsquelle (Q) und dem Bildobjekt (P) ein Filter (F) platziert wird oder ist, welcher Röntgenstrahlen in unterschiedlichen seiner Bereiche unterschiedlich filtert, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Position des Filters (F), in der er einen Teil der Röntgenstrahlen filtert, Bilddaten gewonnen werden (S12) und anhand der so gewonnenen Bilddaten eine neue Position für den Filter (F) berechnet wird (S14, S16), dass der Filter (F) in die neue Position platziert wird (S18) und erneut Bilddaten gewonnen werden (S12).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es fortlaufend durchgeführt wird, wobei jeweils aus den zuletzt gewonnenen Bilddaten die jeweilige neue Position für den Filter (F) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die neue Position jeweils diejenige Position ist, bei der eine vorbestimmte Größe ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Größe ein Streuungsmaß für die Datenwerte der Bilddaten ist, insbesondere eine Varianz oder eine mittlere Abweichung vom Mittelwert, wobei bevorzugt das Streuungsmaß gemäß dem vorbestimmten Kriterium minimal ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Größe eine anhand von Bilderkennung bezüglich einer abgebildeten Struktur ermittelte Dosisbelastung ist, die gemäß dem vorbestimmten Kriterium minimal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Bilddaten zunächst der Effekt des Filters (F) bei der ersten Position herausgerechnet wird (S14) und sodann der Effekt des Filters bei unterschiedlichen Positionen berechnet und die vorbestimmte Größe jeweils ermittelt wird (S16).
Röntgenbildaufnahmevorrichtung (R), mit einer Röntgenstrahlungsquelle (Q) und einem Röntgenstrahlungsdetektor (D) sowie einem Filter (F), welcher motorisch in unterschiedliche Positionen verfahrbar ist, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (S), welche ausgelegt ist, eine Position des Filters (F) anhand von Röntgenbilddaten automatisch einzustellen.
Röntgenbildaufnahmevorrichtung (R) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (S) ausgelegt ist, aus jeweils mit dem Filter (F) gewonnenen Röntgenbilddaten einer Bildaufnahme die Position des Filters (F) für die nachfolgende Bildaufnahme zu ermitteln und diese Position einzustellen.
Röntgenaufnahmevorrichtung (R) nach Anspruch 7 oder 8 mit einem Röntgenstrahlungsdetektor (D) mit einer ebenen Oberfläche, wobei der Filter (F) in zumindest einer Richtung (Pf) in einer Ebene parallel zu der ebenen Oberfläche verfahrbar ist.