DE102012200483A1

DE102012200483A1 - Verfahren zur Erstellung einer Röntgenaufnahme und Röntgenaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE102012200483A1
Application number: DE201210200483
Authority: DE
Inventors: Marcus Gutfleisch; Thomas Tücking
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Röntgenaufnahme, umfassend folgende Schritte: – Anfertigen einer ersten Teil-Röntgenaufnahme mit einer ersten Strahlungsintensität, – Anfertigen einer zweiten Teil-Röntgenaufnahme mit einer zweiten Strahlungsintensität, welche höher ist als die erste Strahlungsintensität, – Erzeugen der Röntgenaufnahme unter Verwendung der ersten Teil-Röntgenaufnahme und der zweiten Teil-Röntgenaufnahme. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Röntgenaufnahmevorrichtung umfassend: eine Röntgenquelle, einen Detektor, und einer Steuerungsvorrichtung, welche die Röntgenaufnahmevorrichtung im Betrieb steuert: – zum Anfertigen einer ersten Teil-Röntgenaufnahme mit einer ersten Strahlungsintensität, – zum Anfertigen einer zweiten Teil-Röntgenaufnahme mit einer zweiten Strahlungsintensität, welche höher ist als die erste Strahlungsintensität, und – zum Erzeugen der Röntgenaufnahme unter Verwendung der ersten Teil-Röntgenaufnahme und der zweiten Teil-Röntgenaufnahme.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Röntgenaufnahme sowie eine entsprechende Röntgenaufnahmevorrichtung. Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen werden insbesondere im Rahmen der medizinischen Bildgebung eingesetzt. Dort ist es wichtig, eine gute Qualität der Aufnahmen zu gewährleisten, um eine genaue Diagnose zu ermöglichen.
Bei der Röntgenbildgebung werden Patienten und/oder Objekte mit Röntgenstrahlen durchleuchtet, die üblicherweise mithilfe eines Flachbilddetektors detektiert werden. Während die Eingangsstrahlungsintensität im Wesentlichen räumlich homogen verteilt ist, weist die Intensitätsverteilung der Ausgangsstrahlung – also nach Durchgang durch den zu untersuchenden Gegenstand – eine Schwankung auf, die durch den Detektor abgebildet wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erstellung einer Röntgenaufnahme bereitzustellen, das es erlaubt, einen großen Dynamikbereich abzubilden. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Röntgenaufnahmevorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung einer Röntgenaufnahme umfasst folgende Schritte:

– Anfertigen einer ersten Teil-Röntgenaufnahme mit einer ersten Strahlungsintensität,
– Anfertigen einer zweiten Teil-Röntgenaufnahme mit einer zweiten Strahlungsintensität, welche höher ist als die erste Strahlungsintensität,
– Erzeugen der Röntgenaufnahme unter Verwendung der ersten Teil-Röntgenaufnahme und der zweiten Teil-Röntgenaufnahme.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Intensitätsverteilung der Ausgangsstrahlung eine hohe Dynamik bis über mehrere Größenordungen aufweisen kann, je nach zu untersuchendem Objekt. Diese hohe Dynamik über mehrere Größenordungen ist jedoch problematisch zu erfassen.
Dies kann sogar dazu führen, dass der eigentlich gewünschte Effekt, also die Modulation der Ausgangsstrahlung, mitunter durch den Detektor nicht vollständig abgebildet werden kann. Damit geht ein Teil der prinzipiell verfügbaren Information bezüglich des durchleuchteten Körpers verloren. Ein Dynamikbereich des Detektors kann zwar prinzipiell angepasst werden, doch oftmals muss ein Kompromiss zwischen Überstrahlung einzelner Bildbereiche und der mangelhaften Ausleuchtung anderer Bildbereiche eingegangen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet hierfür eine einfache aber wirkungsvolle Lösung. Z.B. können nun mithilfe eines Flachbilddetektors zweidimensionale Röntgenaufnahmen in hoher Qualität über einen großen Dynamikbereich angefertigt werden.
Das beschriebene Bilddynamikproblem kann nämlich mittels gestaffelter Aufnahmen gelöst werden. Dabei können in der Abfolge der Regelung mehrere Messungen des Detektors ausgelöst und verwendet werden. Jede Teil-Röntgenaufnahme ist dabei für einen ihr eigenen, unterschiedlichen Dynamikbereich optimiert.
Beispielsweise kann die erste Teil-Röntgenaufnahme mit einer niedrigen Strahlungsintensität angefertigt werden, sodass die Detektormessung bei dieser Teil-Röntgenaufnahme einen ersten Bildbereich gut darstellt, der sich heller als ein anderer, zweiter Bereich abzeichnet. Die zweite Teil-Röntgenaufnahme kann dann mit einer höheren Strahlungsintensität aufgezeichnet werde, sodass der erste Bereich nun zwar überstrahlt ist, der zweite Bereich nun aber besser und/oder detailreicher ausgeleuchtet ist als in der ersten Teil-Röntgenaufnahme.
Durch Kombination beider Teil-Röntgenaufnahmen lässt sich nun eine Röntgenaufnahme erstellen, die einen deutlich größeren Dynamikbereich abdeckt und mehr Detailinformation über das abzubildende Objekt erhält als eine einzelne Aufnahme.
Die Röntgenaufnahme kann dann erzeugt werden, indem die erste Teil-Röntgenaufnahme und die zweite Teil-Röntgenaufnahme überlagert werden. Die Teil-Röntgenaufnahmen können dabei zueinander registriert werden. Die Überlagerung kann insbesondere intensitätsgewichtet, z.B. eingangsintentsitätsgewichtet, erfolgen.
Die Strahlungsintensität kann für die beiden Teil-Röntgenaufnahmen beispielsweise durch Steuerung oder Regelung der Eingangsstrahlungsintensität eingestellt werden. Das kann beispielsweise durch eine die Abstrahlung begleitende Messung der eingestrahlten Dosis für den aufzuzeichnenden Dynamikbereich erfolgen.
Insgesamt lässt sich der vergrößerte Dynamikbereich auf vergleichsweise einfache Weise erreichen, ohne dass hierfür spezielle Hochdynamikdetektoren, wie sie aus der Computertomographie bekannt sind, eingesetzt werden. Derartige Detektoren sind nämlich sehr kostenintensiv und eignen sich daher nur bedingt zum Einsatz bei Flachbilddetektoren, die zur Aufzeichnung zweidimensionaler Röntgen-Aufnahmen eingesetzt werden.
Andererseits ist es nun auch nicht mehr zwingend erforderlich, die Intensität der Eingangsstrahlung mittels eines sogenannten "Bow-Tie"-Filters an die mittlere Patientengeometrie anzupassen, damit die Dynamik der Ausgangsintensität derart reduziert wird, dass die Ausgangsstrahlung und ihr Dynamikbereich in guter Qualität aufgezeichnet werden kann. Dieses Verfahren würde nämlich zu Artefakten führen, sobald die tatsächliche Patientengeometrie von der idealisierten Patientengeometrie abweicht, an die der "Bow-Tie"-Filter angepasst wurde.
In einer Ausführungsvariante kann die erste Teil-Röntgenaufnahme mit einer von dem abzubildenden Objekt unabhängigen Strahlungsintensität aufgenommen werden. Die zweite Teil-Röntgenaufnahme kann dann mit einer von dem abzubildenden Objekt abhängigen Strahlungsintensität aufgenommen wird. Dies führt letztlich dazu, dass der Dynamikbereich, insbesondere der hohe Dynamikbereich an die Eigenschaften des abzubildenden Objekts angepasst ist.
Bei der Aufzeichnung der ersten Teil-Röntgenaufnahme und/oder der zweiten Teil-Röntgenaufnahme kann der Detektor unter Verwendung einer Regelung ausgelesen werden, mit welcher die Belichtungszeit des Detektors gemessen wird.
Beispielsweise kann die Eingangsstrahlung geregelt abgegeben werden. Hierdurch wird erreicht, dass die Ausgangsstrahlung für einen bestimmten Bildbereich ein gewünschtes Dosisniveau erreicht. Damit können die Dynamikbereiche für die Teil-Röntgenaufnahmen geregelt eingestellt werden.
So kann z.B. ein Belichtungsmesser verwendet werden, der zu einer Abschaltung der Röntgenstrahlung bei Erreichen des Zielwerts führt. Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, die Auswertung vorher getätigter Bilder mit bekannten Strahlparametern durchzuführen, und für nachfolgende Röntgenaufnahmen eine entsprechende Anpassung der Strahlungsintensität durchzuführen.
So ist es auch denkbar, durch Auswertung der ersten Teil-Röntgenaufnahme die Strahlungsintensität für die zweite Teil-Röntgenaufnahme zu bestimmen, z.B. durch Bestimmung der Belichtungsdauer für den zweiten Dynamikbereich. Die Anpassung erfolgt demnach durch die Abstrahlung und Auswertung des ersten Niedrigdosisbildes, um so die zu erwartenden Ausleuchtung beim Hochdosisbild bzw. Hauptbild zu bestimmen und die Strahlungsdosis entsprechend festzulegen.
In diesem Sinne ähnelt diese Ausgestaltung des Verfahrens kontinuierlichen Techniken, bei denen mehrere Röntgenaufnahmen im Sinne einer kontinuierlichen Durchleuchtung hintereinander angefertigt werden. Auch hier kann mit einem Startwert bezüglich der Strahlungsintensität begonnen werden. Die Strahlungsintensität bzw. die Belichtung nähert sich danach dem gewünschten Zielwert an.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens können die erste Teil-Röntgenaufnahme und die zweite Teil-Röntgenaufnahme jeweils Projektionsabbildungen einer Cone-Beam-Computertomographie sein. Bei der CB-Computertomographie werden Detektor und Röntgenquelle zur Anfertigung der für die Rekonstruktion notwendigen Projektionen um das abzubildende Objekt rotiert.
Bei einer CB-Computertomographie wird ebenfalls ein zweidimensionaler Flachbilddetektor eingesetzt, sodass sich hier das Verfahren ebenfalls positiv auswirkt, da nun ein größerer Dynamikbereich abgebildet werden kann. Die Projektionsabbildungen der Cone-Beam-Computertomographie können dann mit abwechselnder, unterschiedlicher Strahlungsintensität aufgezeichnet werden.
Das beschriebene Verfahren und dessen Ausgestaltungen können insbesondere im Rahmen der Erstellung einer Röntgenaufnahme zur Positionierung eines Patienten in einem Strahlentherapiegerät eingesetzt werden.
Bei einer derartigen Positionierung werden oftmals einfache, zweidimensionale Durchleuchtungsaufnahmen angefertigt. Im Rahmen der Strahlentherapie ist es nun besonders vorteilhaft, einen hohen Dynamikbereich abbilden zu können, da dann sowohl Informationen über Knochen, Weichteilgewebe und auch Hautkonturen zur Positionierung verwendet werden können.
Hautkonturen an der Kante zur Umgebungsluft gehen mit einer hohen Ausgangsintensität einher, während Weichteilkontraste innerhalb des Körpers mit einer niedrigen Ausgangsintensität einhergehen. Die Positionierung von Patienten kann verbessert werden, wenn nun beide Informationen zur Positionsauswertung vorliegen.
Die erfindungsgemäße Röntgenaufnahmevorrichtung umfasst:
eine Röntgenquelle,
einen Detektor, und
einer Steuerungsvorrichtung, welche die Röntgenaufnahmevorrichtung im Betrieb steuert:

– zum Anfertigen einer ersten Teil-Röntgenaufnahme mit einer ersten Strahlungsintensität,
– zum Anfertigen einer zweiten Teil-Röntgenaufnahme mit einer zweiten Strahlungsintensität, welche höher ist als die erste Strahlungsintensität, und
– zum Erzeugen der Röntgenaufnahme unter Verwendung der ersten Teil-Röntgenaufnahme und der zweiten Teil-Röntgenaufnahme.

Die Röntgenvorrichtung und insbesondere deren Steuerungsvorrichtung sind ausgebildet bzw. konfiguriert zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren.
Die vorangehende und die folgende Beschreibung der einzelnen Merkmale, deren Vorteile und deren Wirkungen bezieht sich sowohl auf die Vorrichtungskategorie als auch auf die Verfahrenskategorie, ohne dass dies im Einzelnen in jedem Fall explizit erwähnt ist; die dabei offenbarten Einzelmerkmale können auch in anderen als den gezeigten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens,
2 ein weiteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens, und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Aufzeichnung von Projektionen einer CB-Computertomographie
Bei dem in 1 erläuterten Verfahren für die Aufzeichnung einer Röntgenabbildung in Einzelschusstechnik wird zunächst ein Niedrigdosisbild aufgezeichnet. Bei diesem Niedrigdosisbild ist die Eingangsintensität auf eine Erkennbarkeit der Luft-Haut-Kante optimiert und eingestellt. Diese Einstellung kann patientenunabhängig erfolgen (Schitt 11).
Das zweite Bild mit höherer Dosis wird entsprechend der Patentenanatomie bezüglich der Erkennbarkeit von Weichteilkontrasten innerhalb eines vordefinierten Zielbereichs ausgeregelt (Schritt 13). Für die Dosisanpassung an die Patientenanatomie können bekannte Verfahren eingesetzt werden.
Das endgültige Bild entsteht aus einer eingangsintensitätsgewichteten Überlagerung beider Aufnahmen (Schritt 15).
Bei dem in 2 erläuterten Verfahren werden aufnahmebegleitende Belichtungsmesser verwendet.
Die Auslesung des Flachbilddetektors wird mehrfach angestoßen, und anhand der Belichtungsmesser wird die Auslesung des Detektors entsprechend der darzustellenden verschiedenen Dynamikbereiche geregelt (Schritt 21 und Schritt 23).
Im Anschluss kann wiederum eine eingangsintensitätsgewichtete Überlagerung der Aufnahmen erfolgen (Schritt 25).
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden Projektionsabbildungen einer Kegelstahltomographie angefertigt (Schritt 31).
Dabei wird die Eingangsintensität der einzelnen Projektionen geregelt variiert. Das kann z.B. durch abwechselnde Optimierung auf verschiedene Dynamikbereiche erfolgen (Schritt 33).
Hierbei kann ebenfalls die Winkelabtastung angepasst werden, z.B. um eine ausreichende Anzahl von Projektionsabbildungen in den zwei oder mehreren Dynamikbereichen zu erhalten.
Die Projektionsabbildungen können dann vor Rekonstruktion überlagert werden, sodass die Rekonstruktion mit Projektionsabbildungen erfolgt, die einen erweiterten Dynamikbereich aufweisen. Es ist aber auch denkbar, die Rekonstruktion für die einzelnen Dynamikbereiche getrennt durchzuführen und dann ggf. die Volumendatensätze zu überlagern (Schritt 35).

Claims

Verfahren zur Erstellung einer Röntgenaufnahme, umfassend folgende Schritte: – Anfertigen einer ersten Teil-Röntgenaufnahme mit einer ersten Strahlungsintensität, – Anfertigen einer zweiten Teil-Röntgenaufnahme mit einer zweiten Strahlungsintensität, welche höher ist als die erste Strahlungsintensität, – Erzeugen der Röntgenaufnahme unter Verwendung der ersten Teil-Röntgenaufnahme und der zweiten Teil-Röntgenaufnahme.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Teil-Röntgenaufnahme mit einer von dem abzubildenden Objekt unabhängigen Strahlungsintensität aufgenommen wird, und wobei die zweite Teil-Röntgenaufnahme mit einer von dem abzubildenden Objekt abhängigen Strahlungsintensität aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Röntgenaufnahme erzeugt wird, indem die erste Teil-Röntgenaufnahme und die zweite Teil-Röntgenaufnahme insbesondere intensitätsgewichtet überlagert werden.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei bei der Aufzeichnung der ersten Teil-Röntgenaufnahme und/oder der zweiten Teil-Röntgenaufnahme der Detektor unter Verwendung einer Regelung ausgelesen wird, mit welcher die Belichtungszeit des Detektors gemessen wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei die erste Teil-Röntgenaufnahme und die zweite Teil-Röntgenaufnahme jeweils Projektionsabbildungen einer Cone-Beam-Computertomographie sind.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Projektionsabbildungen der Cone-Beam-Computertomographie mit abwechselnder, unterschiedlicher Strahlungsintensität aufgezeichnet werden.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Verfahren im Rahmen der Erstellung einer Röntgenaufnahme zur Positionierung eines Patienten in einem Strahlentherapiegerät verwendet wird.
Röntgenaufnahmevorrichtung umfassend: eine Röntgenquelle, einen Detektor, und einer Steuerungsvorrichtung, welche die Röntgenaufnahmevorrichtung im Betrieb steuert: – zum Anfertigen einer ersten Teil-Röntgenaufnahme mit einer ersten Strahlungsintensität, – zum Anfertigen einer zweiten Teil-Röntgenaufnahme mit einer zweiten Strahlungsintensität, welche höher ist als die erste Strahlungsintensität, und – zum Erzeugen der Röntgenaufnahme unter Verwendung der ersten Teil-Röntgenaufnahme und der zweiten Teil-Röntgenaufnahme.
Röntgenvorrichtung nach Anspruch 8, welche ausgebildet ist zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 2 bis 7.