DE102014202950A1 - Readout electronics for a flat detector of an X-ray system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahrens, eine Ausleseelektronikeinheit (AE), ein Röntgengerät (100) und einen Steuerrechner (20) zum Auslesen eines digitalen Flachdetektors (D). Dazu ist es vorgesehen basierend auf einer Voraufnahme (V) eine Sättigungsanalyse durchzuführen, um die Detektorfläche in zwei disjunkte Bereiche (1, 2) zu zergliedern. Ein erster Röntgenpuls (P1) wird auf das Untersuchungsobjekt (O) angewendet und daraufhin erfolgt ein bereichsspezifisches Teil-Auslesen (11) des Detektors nur im ersten Bereich zur Erzeugung eines ersten Bildes. Daraufhin wird ein zweiter Puls (P2) auf das Objekt (O) appliziert. Im nächsten Schritt erfolgt ein Auslesen (13) des Detektors im ersten Bereich (1) und im zweiten Bereich (2) zur Erstellung eines zweiten Bildes (I2). Daraufhin erfolgt ein Summieren des ersten und zweiten Bildes (I1, I2).The invention relates to a control method, a readout electronics unit (AE), an X-ray machine (100) and a control computer (20) for reading out a digital flat detector (D). For this purpose, it is provided based on a pre-recording (V) to carry out a saturation analysis in order to dissect the detector surface into two disjoint regions (1, 2). A first X-ray pulse (P1) is applied to the examination object (O) and then a region-specific partial readout (11) of the detector takes place only in the first region to produce a first image. Then a second pulse (P2) is applied to the object (O). In the next step, a readout (13) of the detector in the first area (1) and in the second area (2) to produce a second image (I2). This is followed by summing the first and second images (I1, I2).
Description
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Steuerungen für Röntgengeräte und betrifft insbesondere eine Technik, um einen Flachdetektor eines Röntgengerätes auszulesen und das Röntgengerät zu steuern. The present invention is in the field of electronic controls for X-ray devices, and more particularly to a technique for reading a flat detector of an X-ray machine and controlling the X-ray machine.
Die vorliegende Lösung kann sowohl in unterschiedlichen Flachdetektoren als auch in Steuereinheiten für Röntgensysteme angewendet werden. The present solution can be used both in different flat panel detectors and in control units for X-ray systems.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
Seit einigen Jahren ist ein Trend in der Radiologie zu beobachten, der weg von der klassischen, analogen Radiographie und hin zur digitalen Radiographie weist. Dabei können unterschiedliche digitale Technologien zum Einsatz kommen, basierend auf Flachdetektoren mit integrierter oder externer Ausleseelektronik. Die Flachdetektoren können auf unterschiedlichen Technologien basieren, insbesondere einer direkten und einer indirekten Konversion der Röntgenstrahlen. Bei der zuletzt genannten Technik wandeln indirekte Festkörperdetektoren eingehende Röntgenstrahlung mit Hilfe eines Szintillators in sichtbares Licht um, das wiederum von einer Schicht aus Photodioden in Elektronen umgewandelt wird. Ein Kondensator speichert die entstehende Ladung. Der Kondensator kann die in elektrische Ladung umgewandelte Röntgenstrahlung ortsaufgelöst speichern und mit Hilfe einer elektronischen Schaltung kann dann jedes Pixel einzeln ausgelesen werden. For several years, a trend has been observed in radiology, which is moving away from classical, analogue radiography and towards digital radiography. Different digital technologies can be used, based on flat detectors with integrated or external readout electronics. The flat panel detectors can be based on different technologies, in particular a direct and an indirect conversion of the X-rays. In the latter technique, indirect solid-state detectors convert incoming X-ray radiation into visible light using a scintillator, which in turn is converted from a layer of photodiodes to electrons. A capacitor stores the resulting charge. The capacitor can store the X-radiation converted into electrical charge in a spatially resolved manner and with the aid of an electronic circuit, each pixel can then be read out individually.
Bei direkten Flachbilddetektoren wird – im Unterschied dazu – die einfallende Röntgenstrahlung, die durch das zu untersuchende Objekt abgeschwächt worden ist, über einen Photoleiter (zum Beispiel amorphes Selen) direkt in elektrische Ladung umgewandelt, die dann wieder von einer entsprechenden Ausleseelektronik ausgelesen werden kann. In beiden Fällen ist eine aktive Matrix aus Ausleseelementen (zum Beispiel Dünnfilmtransistoren/TFT und Photodioden/TFD) vorgesehen, so dass jedes Pixel ausgelesen werden kann. In direct flat-panel detectors, by contrast, the incident X-ray radiation which has been attenuated by the object to be examined is converted directly into electrical charge via a photoconductor (for example amorphous selenium), which can then be read out again by a corresponding read-out electronics. In both cases, an active matrix of readout elements (for example, thin-film transistors / TFT and photodiodes / TFD) is provided so that each pixel can be read out.
Die verwendeten Photodioden können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden, zum Beispiel aus amorphem Silizium oder auf Basis einer CMOS-Technologie. The photodiodes used can be manufactured in different ways, for example made of amorphous silicon or based on a CMOS technology.
Bei klinischen Röntgenanwendungen (zum Beispiel in der Mammographie) wird ein bestimmter dynamischer Bereich (dynamic range) des Detektors gefordert. Der Bereich muss so gewählt werden, dass er die auf dem Detektor erfasste Röntgenstrahlungsintensität abdeckt, die einerseits mit einer hohen Schwächung der Röntgenstrahlung verbunden sind (also „dicke“ bzw. stark absorbierende Untersuchungsobjektbereiche) und andererseits solche, die mit niedriger Schwächung verbunden sind (also „dünne“ bzw. wenig absorbierende Objektbereiche). In der Mammographie kommt es je nach Dicke der zu untersuchenden Brust zu Schwankungen der Intensität bzw. des Intensitätsbereiches in einer Aufnahme über 2 bis 3 Größenordnungen. Die untere Schranke des dynamischen Bereiches wird dadurch beschränkt, dass ein ausreichendes SNR-Verhältnis gewährleistet werden muss. Als obere Schranke des dynamischen Bereiches sind Sättigungseffekte entscheidend, die sich auf die Bildqualität auswirken. In clinical X-ray applications (for example in mammography), a specific dynamic range of the detector is required. The range must be selected to cover the x-ray intensity detected at the detector, which is associated with a high attenuation of x-ray radiation (ie, "thick" or highly absorbing specimen areas) and those associated with low attenuation (ie "Thin" or little absorbing object areas). In mammography, depending on the thickness of the breast to be examined, fluctuations in intensity or in the intensity range occur in a photograph over 2 to 3 orders of magnitude. The lower bound of the dynamic range is limited by ensuring a sufficient SNR ratio. As an upper bound of the dynamic range, saturation effects that affect image quality are critical.
Insbesondere bei diagnostischen Anwendungen ist es unerlässlich, eine hohe Bildqualität zur Verfügung zu stellen. Dazu muss sich das erzeugte Nutzsignal deutlich vom Hintergrundrauschen abheben (ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis / signal-to-noise ratio / SNR) und der Detektor muss oberhalb eines unteren Sättigungsgrenzwertes betrieben werden. In particular, in diagnostic applications, it is essential to provide a high image quality. For this purpose, the generated useful signal must stand out clearly from the background noise (sufficient signal-to-noise ratio / SNR) and the detector must be operated above a lower saturation limit.
Bei den gegenwärtigen im Einsatz befindlichen Flachdetektoren erweist es sich als problematisch, dass insbesondere bei hoch volumigen Untersuchungsobjekten nur ein beschränkter dynamischer Bereich zur Verfügung gestellt werden kann. In the current in-use flat panel detectors, it proves to be problematic that only a limited dynamic range can be made available, especially in the case of highly voluminous examination objects.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION
Von daher hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt, eine technische Lösung bereitzustellen, mit der es möglich ist, den dynamischen Bereich von Flachdetektoren zu erhöhen, um insbesondere die Untersuchung auch von stark unterschiedlich absorbierenden Untersuchungsobjektsegmenten in ausreichender Qualität zu ermöglichen. Dabei soll es möglich sein, auf Streustrahlraster zu verzichten. Ferner soll eine Sensitivität auch für unterschiedlich konfigurierte Detektormodi anpassbar sein. It is therefore an object of the present invention to provide a technical solution with which it is possible to increase the dynamic range of flat-panel detectors in order in particular to allow the examination of sufficiently different-absorbing examination object segments of sufficient quality. It should be possible to dispense with scattered grids. Furthermore, a sensitivity should also be adaptable for differently configured detector modes.
Die vorliegende Erfindung wird gelöst durch ein Steuerungsverfahren für ein Röntgengerät zum Auslesen eines digitalen Flachdetektors des Röntgengerätes zur Durchleuchtung eines Objektes, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- – Erstellen einer Voraufnahme eines Objektes
- – Auf Basis einer Sättigungsanalyse der Voraufnahme: Zerlegen einer Detektorfläche hinsichtlich einer erwarteten Sättigung in zumindest zwei disjunkte Bereiche, umfassend einen ersten Bereich, der einen niedrigen Sättigungserwartungswert hat und einen zweiten Bereich, der einen hohen Sättigungserwartungswert hat
- – Ausführen einer Röntgenpuls-/Auslesesequenz, zumindest umfassend die Schritte:
- – Applizieren eines ersten Pulses einer Röntgenstrahlung auf das Objekt
- – Bereichsspezifisches Teil-Auslesen des Detektor nur im ersten Bereich zur Erstellung eines ersten Bildes
- – Applizieren eines zweiten Pulses der Röntgenstrahlung auf das Objekt
- – Auslesen des Detektors im ersten und im zweiten Bereich
- – Summieren des ersten und des zweiten Bildes.
- - Create a preview of an object
- Based on a saturation analysis of the pre-acquisition: decomposing a detector surface in terms of expected saturation into at least two disjoint regions, comprising a first region having a low saturation expectation value and a second region having a high saturation expectation value
- Performing an X-ray pulse / read-out sequence, at least comprising the steps:
- Applying a first pulse of X-radiation to the object
- - Area-specific partial readout of the detector only in the first area to produce a first image
- Applying a second pulse of X-radiation to the object
- - Reading the detector in the first and in the second area
- - summing the first and second images.
Des Weiteren wird die Erfindung gelöst durch eine Ausleseelektronikeinheit zum Auslesen eines Flachdetektors eines Röntgengerätes zur Messung eines Objektes gemäß beiliegenden Patentansprüchen. Furthermore, the invention is achieved by a readout electronics unit for reading out a flat detector of an X-ray machine for measuring an object according to the appended claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Ausleseelektronikeinheit:
- – Einen Speicher zur Speicherung einer Voraufnahme eines Objektes
- – Eine Zerlegeeinheit, die dazu bestimmt ist auf Basis einer Sättigungsanalyse der Voraufnahme eine Detektorfläche hinsichtlich einer erwarteten Sättigung in zumindest zwei disjunkte Bereiche zu zerlegen, umfassend einen ersten Bereich, der einen niedrigen Sättigungserwartungswert hat und einen zweiten Bereich, der einen hohen Sättigungserwartungswert hat
- – Eine Schaltungseinheit zum Ausführen einer Röntgenpuls-/Auslesesequenz, zumindest umfassend eine Steuerungseinheit, die bestimmt ist zum: – Applizieren eines ersten Pulses einer Röntgenstrahlung auf das Objekt, – Zum bereichsspezifischen Teil-Auslesen des Detektors nur im ersten Bereich zur Erstellung eines ersten Bildes – Zum Applizieren eines zweiten Pulses der Röntgenstrahlung auf das Objekt – Zum Auslesen des Detektors im ersten und im zweiten Bereich
- – Einen Bildgenerator, der dazu bestimmt ist, ein Bild zu generieren durch Summieren des ersten und des zweiten Bildes der Schaltungseinheit.
- - A memory for storing a pre-recording of an object
- A decomposing unit intended to decompose a detector surface in terms of expected saturation into at least two disjoint regions based on a saturation analysis of the pre-recording, comprising a first region having a low saturation expectation value and a second region having a high saturation expectation value
- A circuit unit for executing an x-ray pulse / read-out sequence, at least comprising a control unit which is intended for: applying a first pulse of x-ray radiation to the object, for area-specific partial readout of the detector only in the first area for producing a first image, For applying a second pulse of the X-ray radiation to the object - For reading out the detector in the first and in the second area
- An image generator intended to generate an image by summing the first and second images of the circuit unit.
Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Röntgengerät mit einem Flachdetektor und einer Ausleseelektronikeinheit, wie oben beschrieben. Furthermore, the object is achieved by an X-ray device with a flat detector and a readout electronics unit, as described above.
Des Weiteren wird die Erfindung gelöst mit einem Steuerrechner für ein Röntgengerät zur Steuerung einer Röntgenquelle und eines Auslesevorganges für einen Detektor mit einer Ausleseelektronikeinheit, wie oben beschrieben. Furthermore, the invention is achieved with a control computer for an X-ray machine for controlling an X-ray source and a read-out process for a detector with a read-out electronics unit, as described above.
Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung ist, dass die Anzahl der Auslesevorgänge pro Pixel minimiert wird. Der Anteil des elektronischen Rauschens im finalen Pixelwert erhöht sich mit der Anzahl der Auslesevorgänge und anschließender Summation. Um das elektronische Rauschen zu minimieren sollen daher nur Pixel ausgelesen werden, bei denen ein Sättigungseffekt zu erwarten ist. An important aspect of this invention is that the number of reads per pixel is minimized. The amount of electronic noise in the final pixel value increases with the number of reads and subsequent summation. In order to minimize the electronic noise, therefore, only pixels are to be read out, in which a saturation effect is to be expected.
Im Folgenden werden die Begrifflichkeiten dieser Anmeldung näher erläutert. The terms of this application are explained in more detail below.
Der digitale Flachdetektor kann unterschiedlich aufgebaut sein und sowohl auf einer direkten Konversionstechnik als auch auf einer indirekten Konversionstechnik basieren. Ein Flachdetektor ist beispielsweise bekannt aus der
Der Begriff „Objekt“ bezieht sich auf zu untersuchende Gewebe. In einer bevorzugten Ausführungsform der Mammographie ist das Objekt die weibliche Brust. Andere Ausführungsformen beziehen sich auf andere zu untersuchende Körperteile eines Patienten. The term "object" refers to tissues to be examined. In a preferred embodiment of mammography, the object is the female breast. Other embodiments relate to other body parts of a patient to be examined.
Bei der Voraufnahme handelt es sich um ein Vorbild, das zum Zwecke der „eigentlichen“ Hauptaufnahme analysiert wird, um den Ausleseprozess zu steuern. The pre-recording is a role model, which is analyzed for the purposes of the "actual" main recording in order to control the readout process.
Die Voraufnahme kann gemäß einer ersten Variante der Erfindung ein Pre-Shot sein, der verwendet wird, um die Dosis der Hauptaufnahme zu bestimmen und der üblicherweise mit einer niedrigeren Strahlendosis als die eigentliche Röntgenaufnahme bzw. die eigentlichen Röntgenaufnahmen ausgeführt wird. Ein Beispiel für ein Verfahren, bei dem ebenfalls eine Pre-Shot-Aufnahme zum Bestimmen der Dosis für das Erzeugen eines Röntgenbildes verwendet wird, findet sich in der
Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung kann nur jedes x-te Pixel ausgelesen werden. Welchen und/oder wie viele Pixel ausgelesen werden ist konfigurierbar. Insgesamt werden nur in etwa (1/x)^2 der Pixel ausgelesen. Es erfolgt jedoch keine Mittelung. Im obigen Beispiel ergibt sich bei x = 10 damit: 350×200 Pixel. Die Ortsauflösung ist deutlich höher als beim Pre-Shot, aber auch deutlich unterhalb des Originalbildes. Das Auslesen jedes x-ten Pixels soll grundsätzlich nicht auf den Pre-Shot, sondern soll nach dem ersten Teilbild angewendet werden. Der Pre-Shot sollte hingegen komplett ausgelesen werden, wobei feinere Binnings als 128x128 sinnvoll sind, z.B. 64×64, 32×32, ....According to a second variant of the invention, only every xth pixel can be read out. Which and / or how many pixels are read out is configurable. Overall, only about (1 / x) ^ 2 pixels are read out. However, there is no averaging. In the example above, x = 10 results in: 350 × 200 pixels. The spatial resolution is clear higher than the pre-shot, but also clearly below the original image. The reading out of every xth pixel should basically not be applied to the pre-shot, but should be applied after the first field. The pre-shot, however, should be read completely, with finer Binnings than 128x128 are useful, eg 64 × 64, 32 × 32, ....
Auch Kombinationen der beiden Varianten können anwendbar sein. Combinations of the two variants may also be applicable.
Unter dem Begriff „Sättigungsanalyse“ ist eine Analyse der Voraufnahme hinsichtlich einer erwarteten Sättigung in Bezug auf die Pixel der Pixelmatrix zu verstehen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die jeweils erwartete Sättigung (für jeweils einen bestimmten Pixelpunkt) auf Basis von Strahlungsintensitätswerten aus der Voraufnahme bestimmt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass je nach dem Wert der erwarteten Sättigung der jeweilige Pixelpunkt einer von zwei Bereichen zugeordnet wird. Die Detektorfläche wird somit in Abhängigkeit von einer erwarteten Sättigung in zumindest zwei disjunkte Bereiche, einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, zerlegt. Der erste Bereich kennzeichnet sich dadurch, dass er einen niedrigen Sättigungserwartungswert hat. Ein Sättigungserwartungswert wird vorzugsweise als niedrig bestimmt, wenn der zu erwartende Pixelwert im Bereich von 0% bis 95% des maximalen Pixelwertes liegt. Der zweite Bereich bestimmt sich dadurch, dass er Pixelpunkte umfasst, die einen hohen Sättigungserwartungswert haben. Ein hoher Sättigungserwartungswert liegt vorzugsweise vor, wenn der zu erwartende Pixelwert größer als 95% des maximalen Pixelwertes ist. Der Sättigungs(erwartungs)wert kennzeichnet zwei Zustände: Entweder der Detektor läuft an dem Pixel in Sättigung oder nicht. Der Sättigungs(erwartungs)wert kann daher als diskreter Wert bezeichnet werden. The term "saturation analysis" is to be understood as meaning an analysis of the anticipated saturation with respect to the pixels of the pixel matrix. In a preferred embodiment, the respectively expected saturation (for a respective particular pixel point) is determined on the basis of radiation intensity values from the preliminary recording. Preferably, it is provided that, depending on the value of the expected saturation, the respective pixel point is assigned to one of two regions. The detector surface is thus decomposed into at least two disjoint regions, a first region and a second region, depending on an expected saturation. The first range is characterized by having a low saturation expectation value. A saturation expectation value is preferably determined to be low if the expected pixel value is in the range of 0% to 95% of the maximum pixel value. The second area is determined by including pixel points having a high saturation expectation value. A high saturation expect value is preferably when the expected pixel value is greater than 95% of the maximum pixel value. The saturation (expectation) value indicates two states: Either the detector is in saturation or not at the pixel. The saturation (expectation) value can therefore be called a discrete value.
Das Analysieren der Voraufnahme ist vorzugsweise dazu bestimmt, zu messen, wann bzw. wie schnell ein bestimmter Pixelpunkt des Detektors in die Sättigung läuft. Vorzugsweise umfasst die Sättigungsanalyse eine Bestimmung, in welchem Bereich der Detektor bei der angewendeten Strahlendosis oberhalb einem Sättigungsgrenzwert betrieben wird. Der Sättigungsgrenzwert kann im Vorfeld für den jeweiligen Detektor einheitlich konfiguriert werden. Alternativ kann er sogar Einzelpixel-basiert konfiguriert werden (beispielsweise mittels einer Gain-Kalibrierkarte) Vorzugsweise wird die nachfolgende Röntgenpuls-/Auslesesequenz und das Summieren des ersten und zweiten Bildes nur für den Bereich ausgeführt, der oberhalb einen Sättigungsgrenzwert betrieben wird. Der Sättigungsgrenzwert ist abhängig von einer Strahlendosis (gemessen in der Detektoraufnahmeebene). Die Strahlendosis wird aus einem Röhrenstrom-Zeitprodukt, dem sogenannten mAs-Wert, erfasst. Das Zerlegen der Detektorfläche in zwei disjunkte Bereiche hat den Vorteil, dass das anschließende Auslesen des Detektors nach Anwendung einer Röntgenstrahlung nun bereichsspezifisch ausgeführt werden kann. Analyzing the pre-scan is preferably designed to measure when or how fast a particular pixel point of the detector is in saturation. Preferably, the saturation analysis comprises a determination in which area the detector is operated at the applied radiation dose above a saturation threshold. The saturation threshold can be uniformly configured in advance for each detector. Alternatively, it may even be configured on a per-pixel basis (for example, by means of a gain calibration card). Preferably, the subsequent X-ray pulse read-out sequence and the summation of the first and second images are performed only for the range operated above a saturation threshold. The saturation limit value is dependent on a radiation dose (measured in the detector recording plane). The radiation dose is recorded from a tube current time product, the so-called mAs value. The decomposition of the detector surface into two disjoint regions has the advantage that the subsequent readout of the detector after application of X-ray radiation can now be carried out in a region-specific manner.
Die Röntgenpuls-/Auslesesequenz umfasst Schritte zur Steuerung und Ausführung des Röntgenstrahlvorganges und Schritte zum Auslesen des Detektors nach applizierter Strahlung des im Strahlengang befindlichen Objektes. The X-ray pulse / read-out sequence comprises steps for controlling and executing the X-ray process and steps for reading out the detector after applied radiation of the object located in the beam path.
Die zu applizierende Röntgenstrahlung zur Untersuchung des Objektes kann in einem ersten Puls und in einem zweiten Puls aufgespalten sein. Gemäß einem Aspekt ist die Summe aus der Dosis des ersten Puls und des zweiten Puls identisch mit einer zu applizierenden Gesamtstrahlendosis. Dabei kann die Aufteilung in die zu applizierende Strahlung für den ersten Puls und für den zweiten Puls konfigurierbar sein. Es ist somit nicht zwingend erforderlich, dass der erste Puls mit 50 % Strahlengesamtdosis und der zweite Puls ebenso mit 50 % der Gesamtstrahlendosis betrieben werden. Dementsprechend kann auch eine andere Aufteilung, zum Beispiel 70 %, 30 % oder anderes möglich sein. Des Weiteren können mehr als zwei Pulse angewendet werden. Die Anzahl der Pulse korreliert mit der Anzahl der Auslesevorgänge. The X-ray radiation to be applied for examination of the object can be split in a first pulse and in a second pulse. According to one aspect, the sum of the dose of the first pulse and the second pulse is identical to a total radiation dose to be applied. The division into the radiation to be applied can be configurable for the first pulse and for the second pulse. It is thus not absolutely necessary that the first pulse with 50% total radiation dose and the second pulse are also operated with 50% of the total radiation dose. Accordingly, another division, for example 70%, 30% or otherwise, may be possible. Furthermore, more than two pulses can be applied. The number of pulses correlates with the number of read-outs.
Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist die Zerlegung in zwei disjunkte Bereiche der Detektorfläche vorgesehen. Alternativ können hier bei komplexeren oder größeren Organen auch mehrere Bereiche definiert werden, wovon zumindest einer bereichsspezifisch teil-ausgelesen wird. According to one embodiment of the invention, the decomposition is provided in two disjoint regions of the detector surface. Alternatively, in the case of more complex or larger organs, several areas can also be defined, of which at least one area-specific part is read out.
Der Vorgang des Auslesens umfasst zwei Prozesse:
- 1. Ein bereichsspezifisches Detailauslesen und
- 2. Ein Auslesen des Detektors.
- 1. A domain-specific detail readout and
- 2. Reading the detector.
Im ersten Fall wird der Detektor nicht vollständig ausgelesen (somit nicht über die gesamte bestrahlte bzw. aktive Detektorfläche), sondern nur über einen Teilbereich. Der Teilbereich ist insbesondere der erste Bereich, in dem ein niedriger Sättigungswert erwartet wird und in dem eine hohe Strahlendosis erfasst wird. Grundsätzlich ist der Sättigungswert bzw. Sättigungserwartungswert fest mit einer Dosis korreliert. Der erste Bereich wird im Falle einer mammographischen Untersuchung mit einem Randbereich der zu untersuchenden Brust übereinstimmen, während der zweite Bereich durch den Mittelbereich der Brust gekennzeichnet ist und einen niedrigen Strahlenintensitätswert hat. In the first case, the detector is not completely read out (thus not over the entire irradiated or active detector surface), but only over a partial area. The subregion is in particular the first region in which a low saturation value is expected and in which a high radiation dose is detected. Basically, the saturation value or saturation expectation value is firmly correlated with a dose. In the case of a mammographic examination, the first region will coincide with an edge region of the breast to be examined, while the second region is characterized by the middle region of the breast and has a low radiation intensity value.
Wie oben bereits erwähnt, erfolgt die Zerlegung der Detektorfläche in dem ersten und zweiten Bereich auf Basis der Sättigungsanalyse der Voraufnahme. Alternativ oder kumulativ kann auf ein gespeichertes Objektmodell zugegriffen werden, um anhand der vorgehaltenen Objektdaten die Zerlegung der Detektorfläche zu spezifizieren bzw. noch weiter einzuschränken (für den Fall, dass zusätzlich eine Sättigungsanalyse durchgeführt werden soll). Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn der Pre-Shot eine geringe Ortsauflösung hat (was er in der Realität heute hat, da das Bild 128×128 gebinnt ist) kann das Objektmodell z.B. dafür sorgen, dass die Brustaußenkanten glatt und nicht „gepixelt“ visualisiert werden können. As mentioned above, the decomposition of the detector surface in the first and second regions is performed on the basis of the saturation analysis of the pre-recording. Alternatively or cumulatively, a can stored object model are accessed in order to specify based on the held object data, the decomposition of the detector surface or even further restrict (in the event that in addition a saturation analysis is to be performed). This proves to be particularly advantageous if the pre-shot has a low spatial resolution (what he has in reality today, since the image 128 × 128 is binned), the object model, for example, ensure that the breast outer edges smooth and not "pixelated "Can be visualized.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Sensitivität des Detektors während des ersten bereichsspezifischen Teil-Auslesens und/oder des zweiten Auslesens konfiguriert werden kann. Die Beschränkungen der Sensitivität erfordern es, dass sogar eine niedrigere Sensitivität eingestellt werden muss, um beim Auslesen nicht in die Sättigung zu gelangen. Grundsätzlich bewirkt eine niedrige Sensitivität, dass bei einer schwachen Strahlenintensität nur eine geringe Signalstärke erfasst werden kann, die zudem noch durch das elektronische Rauschen gestört ist. According to an advantageous development of the invention, it is provided that the sensitivity of the detector during the first area-specific partial readout and / or the second readout can be configured. The limitations of sensitivity require that even lower sensitivity must be set so as not to saturate when reading out. Basically, a low sensitivity causes only a low signal strength can be detected at a low radiation intensity, which is also disturbed by the electronic noise.
Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass vor dem ersten Teil-Auslesen und/oder vor dem zweiten Auslesen des Detektors dessen Sensitivität eingestellt bzw. angepasst werden kann. Üblicherweise ist es voreingestellt, dass der Detektor eine niedrige Standardsensitivität hat. Wenn zum Beispiel das erste Bild nach Anwendung des ersten Pulses der Gesamtdosis (zum Beispiel mit 50 %) appliziert worden ist, wird das erste Bild mit dieser niedrigen Sensitivität erfasst. In diesem Fall läuft keiner der Pixel in den Sättigungsbereich. Von diesem Bild kann dann der erste Bereich ausgelesen werden. Vor dem Auslesen des zweiten Bereiches kann die Sensitivität des Detektors um einen Faktor erhöht werden, um den Detektor in einen hohen Sensitivitätsmodus zu bringen. Der Faktor wird bestimmt, indem die Pixelwerte des Objektes nach dem ersten Puls bzw. auf dem ersten Bild oder der Voraufnahme gemessen werden und mit Zielpixelwerten bzw. Referenzpixelwerten auf Übereinstimmung verglichen werden. Der Zielpixelwert ist ein Sollwert, der erreicht werden sollte, um ein Bild in ausreichender Qualität darzustellen. Der Faktor kann dann entsprechend bestimmt werden, so dass der gemessene Pixelwert multipliziert mit dem jeweiligen Faktor den Zielpixelwert ergibt. Der zweite Puls (zum Beispiel 50 %) wird vor dem zweiten Auslesen appliziert. Nun werden die Bereiche mit niedriger Sättigung, also der erste Bereich (zum Beispiel der Brustrand) im Sättigungsbereich liegen, während jedoch der zweite Bereich (zum Beispiel die Brustmitte) mit einem hohen Sättigungswert ein erhöhtes Signal-Rausch-Verhältnis aufweist. Das erhöhte Signal-Rausch-Verhältnis entsteht durch die erhöhte Sensitivität. Deshalb ist es ausreichend, wenn lediglich der zweite Bereich ausgelesen wird. Denkbar ist aber auch, dass der Bereich niedriger Sensitivität auch nach dem 2. Puls ausgelesen wird, sofern er nach wie vor unterhalb der Sättigung liegt. Um dies zu erreichen, kann eine Spreizung der Sensitivität im 2. Puls vorgenommen werden. Im anschließenden Summierungsvorgang können das erste Bild und das zweite Bild zur Erstellung eines finalen klinischen Bildes summiert werden. According to one embodiment of the invention, it is provided that its sensitivity can be set or adjusted before the first partial readout and / or before the second readout of the detector. It is usually preset that the detector has a low standard sensitivity. For example, if the first image has been applied after application of the first pulse of the total dose (for example, 50%), the first image is captured with this low sensitivity. In this case, none of the pixels will be in the saturation region. From this picture, the first area can be read out. Before reading the second area, the sensitivity of the detector can be increased by a factor to bring the detector in a high sensitivity mode. The factor is determined by measuring the pixel values of the object after the first pulse or on the first image or the pre-recording and comparing them with target pixel values or reference pixel values for agreement. The target pixel value is a setpoint that should be achieved to render an image of sufficient quality. The factor can then be determined accordingly so that the measured pixel value multiplied by the respective factor gives the target pixel value. The second pulse (for example 50%) is applied before the second readout. Now, the low saturation regions, ie, the first region (for example, the breast edge) will be in the saturation region, while the second region (eg, the breast center) having a high saturation value will have an increased signal-to-noise ratio. The increased signal-to-noise ratio is due to the increased sensitivity. Therefore, it is sufficient if only the second area is read out. However, it is also conceivable that the range of low sensitivity is also read out after the second pulse, as long as it is still below saturation. In order to achieve this, a spread of the sensitivity in the second pulse can be performed. In the subsequent summation process, the first image and the second image can be summed to produce a final clinical image.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Summieren gewichtet sein. Evtl. kann das Dosisverhältnis (z.B. 70%:30%) Grundlage für die Gewichtung sein (also in dem Fall Faktor 70%/50%:30%/50%). According to a preferred embodiment, the summing may be weighted. Possibly. For example, the dose ratio (e.g., 70%: 30%) may be the basis for the weighting (ie, factor 70% / 50%: 30% / 50%).
Die Sensitivität des Detektors kann somit auch innerhalb einer Bestrahlung unterschiedlich eingestellt werden, so dass der erste Puls mit einer anderen Detektorsensitivität ausgelesen wird als nach der Applikation des zweiten Pulses. Damit kann das Erzeugen der Bildinformation noch flexibler und genauer ausgeführt werden. The sensitivity of the detector can thus be set differently within an irradiation, so that the first pulse is read out with a different detector sensitivity than after the application of the second pulse. Thus, the generation of the image information can be performed even more flexible and accurate.
Der erste und zweite Bereich muss nicht zwangsläufig ein zusammenhängender Organabschnitt sein, sondern er kann jeweils auch aus mehreren Teilbereichen zusammengesetzt sein. The first and second area does not necessarily have to be a contiguous organ section, but rather can also be composed of several partial areas.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnte funktionalen Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf eine Ausleseelektronikeinheit und ein Röntgengerät gerichtet sind) auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet, die dazu bestimmt sind, die jeweilige Funktion auszuführen. The functional features, advantages or alternative embodiments mentioned in connection with the method are likewise to be transferred to the other claimed objects and vice versa. In other words, the subject claims (which are directed, for example, to a readout electronics unit and an X-ray machine) may also be developed with the features described or claimed in connection with the method. The corresponding functional features of the method are formed by corresponding physical modules, in particular by hardware modules, which are intended to perform the respective function.
Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens können auch als Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm ausgebildet sein, wobei der Computer zur Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens veranlasst wird, wenn das Computerprogramm auf dem Computer bzw. auf einem Prozessor des Computers ausgeführt wird. The above-described embodiments of the method according to the invention can also be embodied as a computer program product with a computer program, wherein the computer is made to carry out the inventive method described above when the computer program is executed on the computer or on a processor of the computer.
Eine alternative Aufgabenlösung besteht auch in einem Computerprogramm mit Computer-Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte des beanspruchten oder oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird. Dabei kann das Computerprogramm auch auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein. An alternative task solution also exists in a computer program with computer program code for carrying out all method steps of the claimed or above-described method, when the computer program is stored on the computer program Computer is running. In this case, the computer program can also be stored on a machine-readable storage medium.
Eine alternative Aufgabenlösung sieht ein Speichermedium vor, das zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, computerimplementierten Verfahrens bestimmt ist und von einem Computer lesbar ist. An alternative task solution provides a storage medium which is intended to store the computer-implemented method described above and is readable by a computer.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass nicht alle Schritte des Verfahrens zwangsläufig auf ein und derselben Computerinstanz ausgeführt werden müssen, sondern sie können auch auf unterschiedlichen Computerinstanzen, z.B. auf einer Ausleseelektronikeinheit und/oder auf einer Steuereinheit, ausgeführt werden. Auch kann die Abfolge der Verfahrensschritte gegebenenfalls variiert werden. It is within the scope of the invention that not all steps of the method necessarily have to be performed on one and the same computer instance, but they can also be performed on different computer instances, e.g. on a readout electronics unit and / or on a control unit. The sequence of the method steps can also be varied if necessary.
Darüber hinaus ist es möglich, dass einzelne Abschnitte des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer verkaufsfähigen Einheit und die restlichen Komponenten in einer anderen verkaufsfähigen Einheit – sozusagen als verteiltes System – ausgeführt werden können. In addition, it is possible that individual sections of the method described above in a salable unit and the remaining components in another salable unit - as a distributed system - can be performed.
FIGURENBESCHREIBUNG DESCRIPTION OF THE FIGURES
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen: In the following detailed description of the figures, non-limiting exemplary embodiments with their features and further advantages will be discussed with reference to the drawing. In this show:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Unter Bezugnahme auf
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ausleseelektronikeinheit AE in dem Detektor D integriert oder an dem Detektor D über entsprechende Schnittstellen angeschlossen. Insbesondere ist eine unterste Ebene der Ausleseelektronik, die die jeweiligen Pixel anspricht, auf oder an dem Detektor D implementiert. Eine höhere Ebene, die z.B. die disjunkten Bereiche
Der Detektor D ist ein digitaler Flachdetektor, vorzugsweise aus amorphem Silizium, und kann eine aktive Matrix von beispielsweise 40×40 cm mit 3000×3000 Pixeln umfassen. Je nach Größe und Aufbau sind unterschiedliche räumliche Auflösungen erreichbar. Der Begriff „Pixel“ oder „Bildpunkt“ wird als Kombination aus elektronischen Bauteilen im Detektor verstanden, insbesondere aus Photodiode und Transistor mit entsprechenden Verbindungen. Die als Messsignal vom Detektor D erfassten digitalen Daten werden dann verarbeitet und üblicherweise im DICOM-Format (DICOM: Digital Imaging and Communications in Medicine) gespeichert und an weitere computerbasierte Instanzen weitergeleitet (zum Beispiel zum Post- Processing, zur Archivierung und/oder zur Befundung). The detector D is a digital flat detector, preferably of amorphous silicon, and may comprise an active matrix of, for example, 40 × 40 cm with 3000 × 3000 pixels. Depending on the size and structure, different spatial resolutions can be achieved. The term "pixel" or "pixel" is understood as a combination of electronic components in the detector, in particular of photodiode and transistor with appropriate connections. The digital data acquired as a measurement signal from the detector D are then processed and usually stored in DICOM format (DICOM: Digital Imaging and Communications in Medicine) and forwarded to other computer-based instances (for example for post-processing, archiving and / or reporting ).
Die Erfindung schlägt vor, den dynamischen Bereich des Detektors D zu erhöhen, indem zwei Röntgenbilder vom Untersuchungsobjekt O erfasst werden, in denen der Detektor D jeweils nicht seine Sättigungsgrenze erreicht und in dem anschließend diese erfassten Bilder zu einem Gesamtbild summiert werden. Dabei wird nicht immer der gesamte Detektor D bzw. eine gesamte Detektorfläche DF des Detektors D ausgelesen, sondern es erfolgt ein bereichsspezifische Teil-Auslesen
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf
In
Wie in
Das Steuerungsverfahren basiert somit auf einem Puls-Modus zum Auslösen der Röntgenstrahlung. In diesem Modus wird der Detektor D einer Folge von unterschiedlich intensiven Röntgenpulsen von kurzer Dauer (beispielsweise im Bereich von 5–20 ms) ausgesetzt. The control method is thus based on a pulse mode for triggering the X-radiation. In this mode, the detector D is exposed to a series of different intensity x-ray pulses of short duration (for example in the range of 5-20 ms).
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Pulse P1, P2 vorgesehen und entsprechend zwei Auslesevorgänge des Detektors D: Ein bereichsspezifischer Teil-Auslesevorgang
Im Folgenden wird ein möglicher Ablauf gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Bezug auf
In Schritt
Daraufhin erfolgt in Schritt
In Schritt
Daraufhin kann in Schritt
Daraufhin kann abschließend in Schritt
Wie in
Ebenso ist es möglich, die Ausleseelektronikeinheit AE als Modul in die Steuereinheit
In alternativen Ausführungen der Erfindung können auch Mischformen zwischen den in
Des Weiteren umfasst die Einheit AE eine Schaltungseinheit
In einer bevorzugten Ausführungsform tragen der erste Puls P1 und der zweite Puls P2 jeweils 50 % der Gesamtstrahlendosis. In a preferred embodiment, the first pulse P1 and the second pulse P2 each carry 50% of the total radiation dose.
Alternativ können hier andere Verhältnisse zwischen ersten und zweiten Puls P1, P2 eingestellt werden. Alternatively, other ratios between first and second pulses P1, P2 can be set here.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, auf die Voraufnahme zu verzichten, um die Strahlungsdosis für den Patienten möglichst gering halten zu können. Dabei wird ein erstes Bild erzeugt mit einem ersten Puls, der mit einer geschätzten Dosis auf Basis der gemessenen Brustdicke ausgeführt wird. Dazu wird auf die Patentschrift
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, ein erstes Bild I1 mit niedriger Auflösung zu erzeugen, indem nur ein Teilbereich des Bildes nach dem ersten Puls P1 ausgelesen wird. Beispielsweise ist es möglich, ein niedrig aufgelöstes Bild dadurch zu erzeugen, dass nur jedes x-te, z.B. jedes zehnte Pixel in einer Pixelzeile und -spalte aus dem Detektor D ausgelesen wird. Dies hat zur Folge, dass beispielsweise nur 1 % des Gesamtbildes ausgelesen wird. Das so erzeugte Bild hat dann eine niedrige Auflösung, aber ein höheres Signal-Rausch- Verhältnis als eine Voraufnahme V und kann ebenfalls verwendet werden, um die Detektorfläche DF in die zumindest zwei disjunkten Bereiche
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik, um den dynamischen Bereich des Detektors D zu erhöhen, indem ein bereichsspezifisches Teil-Auslesen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102005017944 [0017] DE 102005017944 [0017]
- DE 102005036514 [0020, 0071] DE 102005036514 [0020, 0071]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102014202950.3A DE102014202950A1 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Readout electronics for a flat detector of an X-ray system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102014202950.3A DE102014202950A1 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Readout electronics for a flat detector of an X-ray system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102014202950A1 true DE102014202950A1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53758890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102014202950.3A Ceased DE102014202950A1 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Readout electronics for a flat detector of an X-ray system |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014202950A1 (en) |
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-
2014
- 2014-02-18 DE DE102014202950.3A patent/DE102014202950A1/en not_active Ceased
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