DE102012202490B4 - Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Patienten und angiographisches Untersuchungsverfahren - Google Patents
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Abstract
Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Organs, Gefäßsystems oder anderer Körperregionen als Untersuchungsobjekt eines Patienten (6) mit einem Röntgenstrahler (3) und einem Röntgenbilddetektor (4), die an den Enden eines C-Bogens (2) angebracht sind, einem Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte (5) zur Lagerung des Patienten (6), einer Systemsteuerungseinheit (7), einem Bildsystem (8) sowie einem Monitor (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenbilddetektor (4) ein zählender energieauflösender Röntgenbilddetektor (4) ist, der derart ausgebildet ist, dass er zur Aufnahme (11) eines Röntgenbilds für jeden Bildpunkt die Zahl der einfallen Röntgenquanten und deren spektrale Energie detektiert, und dass in der Systemsteuerungseinheit (7) eine Vorrichtung (10) zur Speicherung und gewichteten Auswertung der gespeicherten Energieinformation vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie Intensitäts-Grauwerte eines Röntgenbilds berechnet, das dem eines integrierenden Detektors entspricht, und die spektralen Informationen des Röntgenbilddetektors (4) in Spektral-Grauwerte umrechnet, wobei die Grauwerte auf dem Monitor (9) wiedergegeben werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Organs, Gefäßsystems oder anderer Körperregionen als Untersuchungsobjekt eines Patienten mit einem Röntgenstrahler und einem Röntgenbilddetektor, die an den Enden eines C-Bogens angebracht sind, einem Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte zur Lagerung des Patienten, einer Systemsteuerungseinheit, einem Bildsystem sowie einem Monitor.
- Ein derartiges Angiographiesystem ist beispielsweise aus der
US 7 500 784 B2 bekannt, das anhand der1 erläutert ist. - Die
1 zeigt ein als Beispiel dargestelltes monoplanes Röntgensystem mit einem von einem Ständer1 in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters gehaltenen C-Bogen2 , an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler3 mit Röntgenröhre und Kollimator, und ein Röntgenbilddetektor4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind. - Mittels des beispielsweise aus der
US 7 500 784 B2 bekannten Knickarmroboters, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler3 und dem Röntgenbilddetektor4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße angiographische Röntgensystem1 bis4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Röntgenbilddetektors4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors4 schneidende Drehachsen. - Der bekannte Knickarmroboter weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen
2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist. - Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.
- Der Röntgenbilddetektor
4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist. Es können aber auch integrierende und eventuell zählende CMOS-Detektoren Anwendung finden. - Im Strahlengang des Röntgenstrahlers
3 befindet sich auf einer Tischplatte5 eines Patientenlagerungstisches ein zu untersuchender Patient6 als Untersuchungsobjekt. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit7 mit einem Bildsystem8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors4 empfängt und verarbeitet (Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Röntgenbilder können dann auf Displays einer Monitorampel9 betrachtet werden. In der Systemsteuerungseinheit7 ist weiterhin eine Vorrichtung10 vorgesehen, deren erfindungsgemäße Funktion noch genauer beschrieben wird. - Anstelle des in
1 beispielsweise dargestellten Röntgensystems mit dem Ständer1 in Form des sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters kann, wie in2 vereinfacht dargestellt, das angiographische Röntgensystem auch eine normale decken- oder bodenmontierte Halterung für den C-Bogen2 aufweisen. - Anstelle des beispielsweise dargestellten C-Bogens
2 kann das angiographische Röntgensystem auch getrennte decken- und/oder bodenmontierte Halterungen für den Röntgenstrahler3 und den Röntgenbilddetektor4 aufweisen, die beispielsweise elektronisch starr gekoppelt sind. - Die Röntgenbildgebung ist eine wichtige Technologie in der Medizin. Dabei wird ein Röntgenfeld durch das abzubildende Objekt örtlich in seiner Intensität abgeschwächt und seine spektrale Zusammensetzung geändert. In der digitalen Bildgebung wird die im Pixel lokal detektierte Energie als Grauwert ausgegeben. Die im Pixel detektierte Energie ist dabei eine Überlagerung aller Energiebeiträge der einzelnen Photonen unterschiedlicher Energie. Das Aufsummieren der einzeln spektralen Energiebeiträge vernichtet dabei die Information der spektralen Zusammensetzung des Röntgenfeldes.
- Die digitale Subtraktions-Angiographie (DSA), ein spezielles Verfahren der Röntgendiagnostik, dient der Darstellung von Blutgefäßen im menschlichen Körper. Bei diesem Verfahren werden zwei Röntgenbilder beispielsweise eines Gefäßbaumes erzeugt, die sich dadurch unterscheiden, dass während der Aufnahme eines der Bilder dem Patienten Kontrastmittel gegeben wurde. Diese Bilder werden voneinander abgezogen, so dass die Grauwertdifferenz den Gefäßbaum abbildet, während die Umgebung wie Knochen usw. unterdrückt wird.
- Diese DSA arbeitet mit sehr hohen Strahlendosen und zu deren Durchführung werden den Patienten belastende Kontrastmittel benutzt. Die Strahlenbelastung und die Belastung durch das Kontrastmittel wurden bisher mit dem medizinischen Nutzen abgewogen und hingenommen.
- Aus der
DE 10 2009 009 161 B4 ist es bekannt, ein medizinisches Objekt mittels einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem photonenzählenden, energieauflösenden Röntgendetektor dadurch sichtbar zu machen, dass ein Bild aufgenommen und das im Pixel rechnerisch mit den Mitteln der Materialrekonstruktion auf das Vorhandensein eines bestimmten, bei dem medizinischen Objekt verwendeten Materials beispielsweise mit einer Absorptionskante unter Verwendung des Absorptionsspektrums geprüft wird. - In der
DE 10 2005 027 436 A1 ist ein Verfahren zur Berechnung von absorberspezifischen Gewichtungskoeffizienten in einem von einem Computertomographen erzeugten Röntgenbild eines zu untersuchenden Objektes beschrieben, wobei durch eine gewichtete Summation der Ausgangsignale eines energieselektiven Detektors aus Energiefenstern unterschiedlicher Energiebereiche das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis mit einfachen Mitteln in Abhängigkeit des Absorbers verbessert wird, wobei jeweils ein Spektrum ohne und mit Absorber von zwei Referenzobjekten in den Energiefenstern ermittelt werden. - Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Angiographiesystem und ein angiographisches Untersuchungsverfahren eines Patienten der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass spektrale Informationen nicht verloren gehen und auch nachträglich darstellbar sind.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Angiographiesystem der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
- Die Aufgabe wird für ein Angiographiesystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Röntgenbilddetektor ein zählender energieauflösender Röntgenbilddetektor ist und derart ausgebildet ist, dass er zur Aufnahme eines Röntgenbilds für jeden Bildpunkt die Zahl der einfallen Röntgenquanten und deren spektrale Energie detektiert, und dass in der Systemsteuerungseinheit eine Vorrichtung zur Speicherung und gewichteten Auswertung der gespeicherten Energieinformation vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie Intensitäts-Grauwerte eines Röntgenbilds berechnet, das dem eines integrierenden Detektors entspricht, und die spektralen Informationen des Röntgenbilddetektors in Spektral-Grauwerte umrechnet, wobei die Grauwerte auf dem Monitor wiedergegeben werden. Auf Grund der Tatsache, dass das gespeicherte Detektorbild alle Ereignisse (detektierte Röntgenphotonen) inklusive ihrer Energie enthält, ist es möglich, nachträglich durch beliebige Funktionen ein Grauwertbild zu erzeugen ohne ein neues Bild aufzunehmen. Insbesondere ist es möglich aus den gespeicherten Informationen ein Grauwertbild zu berechnen, dass dem eines integrierenden Detektors entspricht und dieses mit Grauwertbildern zu überlagern, die aus den gespeicherten Daten berechnet wurden und spektrale Informationen in geeigneter Weise darstellen.
- Es lässt sich insbesondere Streustrahlung unterdrücken, wenn die Vorrichtung zur gewichteten Auswertung der Energieinformation derart ausgebildet ist, dass sie eine Summe der durch Wichtungsfaktoren
ai gewichtete Anzahln1i der Ereignisse im Energieintervall i eines ersten Spektrums (1 ) gemäß folgender Formel bildet:n1i die Anzahl der Ereignisse im Energieintervalli des ersten Spektrums (1 ) undai die Wichtungsfaktoren sind - Es können sich „DSA-ähnliche“ Bilder erzeugt werden, wenn die Vorrichtung zur gewichteten Auswertung der Energieinformation derart ausgebildet ist, dass sie eine Summe der durch Wichtungsfaktoren
ai gewichtete Differenzen der Anzahlenn1i undn2i der Ereignisse im Energieintervalli der Spektren1 und2 gemäß folgender Formel bildet:n1i undn2i die Anzahl der Ereignisse im Energieintervall i der Spektren1 und2 undai die Wichtungsfaktoren sind. - Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Wichtungsfaktor
ai mit der Anzahl der Energieintervallei zur Unterdrückung der Streustrahlung linear oder auch zu höheren Werten stärker ansteigt, wobei die Wichtungsfaktorenai für die Energieintervallei, in denen die Streustrahlung liegt, geeignet klein gewählt werden. - Die Aufgabe wird für ein angiographisches Untersuchungsverfahren mit einer oben genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
- S1 Detektion für jeden Bildpunkt spektraler Informationen oder Energieinformation der einfallenden Röntgenstrahlung mittels eines zählenden energieauflösenden Röntgenbilddetektors sowie eines Intensitäts-Grauwerts eines Röntgenbilds,
- S2 Umrechnung der Energieinformation mittels einer in der Systemsteuerungseinheit vorgesehenen Vorrichtung in gewichtete Spektral-Grauwerte und
- S3 Wiedergabe der Grauwerte auf dem Monitor.
- In vorteilhafter Weise können die Intensitäts-Grauwerte und die gewichteten Spektral-Grauwerte pixelweise überlagert gemeinsam auf dem Monitor aber auch die Intensitäts-Grauwerte oder die gewichteten Spektral-Grauwerte auf dem Monitor alternativ oder alternierend wiedergegeben werden.
- Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine ggf. andere Umrechnung der Energieinformation in gewichtete Spektral-Grauwerte gemäß Verfahrensschritt
S2 zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt. - Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein bekanntes C-Bogen-Angiographiesystem mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung, -
2 Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens und -
3 Verfahrensschritte eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens. - Anhand der
2 werden die Verfahrensschritte eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Zunächst werden die Daten in einer Akquisition11 zur Aufnahme eines Röntgenbilds erfasst, so dass man eine Anzahl12 (n1i ) erster Ereignisse im Energieintervall i eines ersten Spektrums (1 ) erhält. Dabei ist Voraussetzung, dass der Röntgenbilddetektor4 ein zählender energieauflösender Röntgenbilddetektor4 ist, der für jeden Bildpunkt eines Röntgenbilds neben einem Intensitäts-Grauwert des Röntgenbilds auch spektrale Informationen oder Energieinformation der einfallenden Röntgenstrahlung erfasst. -
- Ist
i≠imax , dann wird im nächsten Energieintervall16 (i+1 ) mit neuen Werten weitergerechnet, wobei der Wichtungsfaktor13 (ai ) aufgrund der Wichtungsfunktion17 (f(i) ) an das neue Energieintervall i angepasst wird. Dabei werden die Wichtungsfaktorenai für die Energieintervallei , in denen die Streustrahlung liegt, geeignet klein gewählt. In der Bildgebung tragen bestimmte Energien mehr Information als andere. Dazu ist die oben genannte Wichtung besonders wichtig. - Ist
i=imax , dann ist das Ende18 (Ω ) der gewichteten Auswertung der Energieinformation mittels der in der Systemsteuerungseinheit7 vorgesehenen Vorrichtung10 erreicht und die derart ermittelten Werte, die Intensitäts-Grauwerte oder die gewichteten Spektral-Grauwerte, können auf dem Monitor9 alternativ oder alternierend wiedergegeben werden. - In der
3 sind die Verfahrensschritte eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens näher dargestellt, mit dem sich „DSA-ähnliche“ Bilder erzeugen lassen. - Wieder werden zunächst die Daten in der Akquisition
11 zur Aufnahme eines Röntgenbilds erfasst, so dass man die Anzahl12 (n1i ) erster Ereignisse im Energieintervall i eines ersten Spektrums (1 ) aber zusätzlich auch eine Anzahl19 (n2i ) zweiter Ereignisse im Energieintervall i eines zweiten Spektrums (2 )erhält. - Die Anzahlen
12 (n1i ) und19 (n2i ) der Ereignisse im Energieintervall i der Spektren1 und2 werden in einer Subtraktionsstufe20 subtrahiert und deren Differenz mit Wichtungsfaktoren13 (ai ) in der Multiplikationsstufe14 gewichtet und in der Summationsstufe15 gemäß folgender Formel aufsummiert:i≠imax ist, dann wird im nächsten Energieintervall16 (i+1) mit neuen Werten weitergerechnet. - Ist dagegen
i=imax , dann ist das Ende18 (Ω ) der gewichteten Auswertung der Energieinformation mittels der in der Systemsteuerungseinheit7 vorgesehenen Vorrichtung10 erreicht und die derart ermittelten Werte, die Intensitäts-Grauwerte oder die gewichteten Spektral-Grauwerte, können auf dem Monitor9 alternativ oder alternierend wiedergegeben werden. - Verwendet man anstelle heutiger integrierender Detektoren, zählende energieauflösende Detektoren, kann man pro Pixel spektrale Information erhalten, das Spektrum der einfallenden Röntgenstrahlung. Pixelwerte mit gleichem Intensitäts-Grauwert, wie sie integrierende Detektoren nur liefern können, können sich jedoch in ihrer spektralen Information unterscheiden.
- Durch Definition einer Funktion
F , die das Spektrum der einfallenden Röntgenstrahlung pixelweise in einen Spektral-Grauwert umrechnet, kann man ein Bild erzeugen, dass je nach FunktionF unterschiedliche spektrale Informationen zugänglich macht. Dazu muss kein neues Bild aufgenommen werden, da das aufgenommene Bild alle Informationen, auch das Spektrum pro Pixel, enthält. - Ein Beispiel hierfür wäre:
n1i die Anzahl der Ereignisse im Energieintervall i eines ersten Spektrums (1 ) ist und diese einzelnen Ereignisse der Energieintervalle durch den jeweiligen Wichtungsfaktorai gewichtet werden. Hierbei steigt die Energie im Energieintervalli mit anwachsendem Wert stetig an. - Beispiel einer ersten Anwendung:
- Eine Streustrahlung weist eine niedrigere Energie als Primärstrahlung auf. So könnte der Wichtungsfaktor
ai mit dem Energieintervall i linear oder auch zu höheren Werten stärker ansteigen, so dass die Streustrahlung unterdrückt würde. - Bei der DSA wird üblicherweise zur Bilderzeugung eine Differenz von Intensitäts-Grauwerten pro Pixel erzeugt, die das DSA-Bild darstellt. Verwendet man anstelle heutiger integrierender Detektoren, zählende energieauflösende Detektoren, erhält man neben einen Intensitäts-Grauwert pro Pixel auch eine spektrale Information (Spektrum der einfallenden Röntgenstrahlung). Pixel mit gleichem Intensitäts-Grauwert können, im Gegensatz zu integrierenden Detektoren, sich in ihrer spektralen Information unterscheiden.
- Definiert man nun eine Funktion
F , die auf eine geeignete Weise Spektren vergleicht und die Ähnlichkeit in einen Spektral-Grauwert umrechnet, kann man diese Information nutzen, um ein „DSA-ähnliches“ Bild zu erzeugen. -
- Der erfinderische Schritt liegt in der Verwendung einer geeignet gewichteten Energieinformation anstelle des Intensitäts-Grauwertes zur Bilddarstellung oder Differenzbildung. Das hat den Vorteil, dass die Verwendung einer zusätzlichen Information (zusätzlich, weil der Grauwert im Spektrum ja immer noch vorhanden ist) weniger Dosis zur Bilderzeugung nötig ist. Zusätzlich können durch geeignete Wahl der Wichtungsfaktoren spektrale Informationen sichtbar gemacht werden. Dadurch, dass bei der Wahl nicht mehr die absolute Absorption, sondern lediglich starke Absorptionskanten nötig sind, werden u. U. besserverträgliche Kontrastmittel ermöglicht.
Claims (9)
- Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Organs, Gefäßsystems oder anderer Körperregionen als Untersuchungsobjekt eines Patienten (6) mit einem Röntgenstrahler (3) und einem Röntgenbilddetektor (4), die an den Enden eines C-Bogens (2) angebracht sind, einem Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte (5) zur Lagerung des Patienten (6), einer Systemsteuerungseinheit (7), einem Bildsystem (8) sowie einem Monitor (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenbilddetektor (4) ein zählender energieauflösender Röntgenbilddetektor (4) ist, der derart ausgebildet ist, dass er zur Aufnahme (11) eines Röntgenbilds für jeden Bildpunkt die Zahl der einfallen Röntgenquanten und deren spektrale Energie detektiert, und dass in der Systemsteuerungseinheit (7) eine Vorrichtung (10) zur Speicherung und gewichteten Auswertung der gespeicherten Energieinformation vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie Intensitäts-Grauwerte eines Röntgenbilds berechnet, das dem eines integrierenden Detektors entspricht, und die spektralen Informationen des Röntgenbilddetektors (4) in Spektral-Grauwerte umrechnet, wobei die Grauwerte auf dem Monitor (9) wiedergegeben werden.
- Angiographiesystem nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur gewichteten Auswertung der Energieinformation derart ausgebildet ist, dass sie eine Summe der durch Wichtungsfaktoren ai gewichtete Anzahl n1i der Ereignisse im Energieintervall i eines ersten Spektrums gemäß folgender Formel bildet: - Angiographiesystem nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur gewichteten Auswertung der Energieinformation derart ausgebildet ist, dass sie eine Summe der durch Wichtungsfaktoren ai gewichtete Differenzen der Anzahlen n1i und n2i der Ereignisse im Energieintervall i der Spektren 1 und 2 gemäß folgender Formel bildet: - Angiographiesystem nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wichtungsfaktor ai mit der Anzahl der Energieintervalle i zur Unterdrückung der Streustrahlung linear oder auch zu höheren Werten stärker ansteigt. - Angiographiesystem nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtungsfaktoren ai für die Energieintervalle i, in denen die Streustrahlung liegt, geeignet klein gewählt werden. - Angiographisches Untersuchungsverfahren eines Organs, Gefäßsystems oder anderer Körperregionen eines Patienten (6) mit einer Vorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , gekennzeichnet durch folgende Schritte: S1 Detektion für jeden Bildpunkt spektraler Informationen oder Energieinformation der einfallenden Röntgenstrahlung mittels eines zählenden energieauflösenden Röntgenbilddetektors (4) sowie eines Intensitäts-Grauwerts eines Röntgenbilds, S2 Umrechnung der Energieinformation mittels einer in der Systemsteuerungseinheit (7) vorgesehenen Vorrichtung (10) in gewichtete Spektral-Grauwerte und S3 Wiedergabe der Grauwerte auf dem Monitor (9). - Angiographisches Untersuchungsverfahren nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitäts-Grauwerte und die gewichteten Spektral-Grauwerte pixelweise überlagert gemeinsam auf dem Monitor (9) wiedergegeben werden. - Angiographisches Untersuchungsverfahren nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitäts-Grauwerte oder die gewichteten Spektral-Grauwerte auf dem Monitor (9) alternativ oder alternierend wiedergegeben werden. - Angiographisches Untersuchungsverfahren nach einem der
Ansprüche 6 bis8 , dadurch gekennzeichnet, dass eine ggf. andere Umrechnung der Energieinformation in gewichtete Spektral-Grauwerte gemäß Verfahrensschritt S2 zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt.
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