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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatischen Einstellen von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors. Überdies betrifft die Erfindung auch einen Röntgendetektor.
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Mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren werden häufig zwei- oder dreidimensionale Bilddaten erzeugt, die zur Visualisierung eines abgebildeten Untersuchungsobjekts und darüber hinaus auch für weitere Anwendungen genutzt werden können.
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Häufig basieren die bildgebenden Verfahren auf der Erfassung von Röntgenstrahlung, wobei sogenannte Projektionsmessdaten erzeugt werden. Beispielsweise können Projektionsmessdaten mit Hilfe eines Computertomographie-Systems (CT-Systems) akquiriert werden. Bei CT-Systemen läuft gewöhnlich eine an einer Gantry angeordnete Kombination aus Röntgenquelle und gegenüberliegend angeordnetem Röntgendetektor um einen Messraum um, in dem sich das Untersuchungsobjekt (das im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Patient bezeichnet wird) befindet. Das Drehzentrum (auch „Isozentrum“ genannt) fällt dabei mit einer sogenannten Systemachse z zusammen. Bei einem oder mehreren Umläufen wird der Patient mit Röntgenstrahlung der Röntgenquelle durchstrahlt, wobei mit Hilfe des gegenüberliegenden Röntgendetektors Projektionsmessdaten bzw. Röntgenprojektionsdaten erfasst werden.
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Die erzeugten Projektionsmessdaten sind insbesondere von der Bauart des Röntgendetektors abhängig. Röntgendetektoren weisen gewöhnlich eine Mehrzahl an Detektionseinheiten auf, die meist in Form eines regelmäßigen Pixelarrays angeordnet sind. Die Detektionseinheiten erzeugen jeweils für auf die Detektionseinheiten auftreffende Röntgenstrahlung ein Detektionssignal, welches zu bestimmten Zeitpunkten hinsichtlich Intensität und spektraler Verteilung der Röntgenstrahlung analysiert wird, um Rückschlüsse auf das Untersuchungsobjekt zu erhalten und Projektionsmessdaten zu erzeugen.
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Bei sogenannten quantenzählenden bzw. photonenzählenden Röntgendetektoren wird das Detektionssignal für Röntgenstrahlung hinsichtlich der Intensität und der spektralen Verteilung der Röntgenstrahlung in Form von Zählraten analysiert. Die Zählraten werden als Ausgabedaten eines sogenannten Detektorkanals zur Verfügung gestellt, der jeweils einer Detektionseinheit zugeordnet ist. Bei quanten- bzw. photonenzählenden Detektoren mit mehreren Energieschwellen erzeugt jeder Detektorkanal auf Basis des jeweiligen Detektionssignals der Detektionseinheit pro Projektion meist einen Satz von Zählraten. Der Satz von Zählraten kann dabei Zählraten für mehrere verschiedene, insbesondere gleichzeitig überprüfte Energieschwellwerte umfassen. Die Energieschwellwerte und die Anzahl der Energieschwellen, denen jeweils ein Energieschwellwert zugeordnet ist, sind meist als Signalanalyseparameter zur Erfassung der Projektion vorgegeben.
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Die Güte der erzeugten Projektionsmessdaten wird dabei u. a. durch die Trennung zweier Röntgenstrahlungsquanten in dem Detektionssignal beeinflusst, die in einem als „Einzelpulstrennung“ bezeichneten zeitlichen Abstand möglich ist. Ferner kann die Güte der Projektionsmessdaten auch von dem energetischen Abstand, in dem die Trennung zweier Röntgenstrahlungsquanten (der meist als Spannungsabstand in dem Signal repräsentiert ist) möglich ist, beeinflusst sein.
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Die Lage der Energieschwellen lässt sich bei den quantenzählenden Röntgendetektoren durch Verändern dieses einstellbaren Signalanalyseparameters justieren und gegebenenfalls von Aufnahme zu Aufnahme verändern. Beispielsweise werden bei einem typischen quantenzählenden Detektor Energieschwellen mit den Werten 25 keV, 35 keV, 55 keV und 80 keV verwendet.
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Bei einer weiteren Art von Signalanalyseparametern handelt es sich um sogenannte „Signalformparameter“, auch „Shaping-Parameter“ genannt, wie beispielsweise eine „Shaping-Zeit“, ein sog. „Undershoot“ oder auch ein sog. „Gain“. Die genannten physikalischen Größen sind in 1 in einem Schaubild veranschaulicht.
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Bei der „Shaping-Zeit“ (auch: „Peaking-Zeit“) handelt es sich um die Zeit, während der die in dem Detektor erzeugten Ladungsträger einen Beitrag zur Pulsform eines einzelnen Detektionspulses leisten können. Wie erwähnt, handelt es sich bei dem Detektionssignal typischerweise um einen Ladungs- bzw. Strompuls, der mit Hilfe des Analysemoduls in einen Spannungspuls gewandelt wird. Die „Shaping-Zeit“ betrifft also einen Zeitraum, in dem zur Erzeugung eines einzelnen Spannungspulses Ladung auf der Detektionsfläche aufgesammelt und der Spannungspuls geformt wird. Typischerweise liegt die „Shaping-Zeit“ im Bereich zwischen 5 ns und 1 µs.
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Bei dem sog. „Undershoot“ handelt es sich um einen Spannungswert (i.d.R. mit einem relativ zum Signalpuls entgegengesetztem Vorzeichen), auf den das erzeugte Spannungssignal abfällt, bevor es auf seinen Ruhepegel zurückkehrt. Der Undershoot kann insbesondere genutzt werden, um die Signaltrennung von verschiedenen, zeitlich kurz aufeinander folgenden Spannungspulsen zu verbessern.
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Der sog. Verstärkungsfaktor bzw. „Gain“ bestimmt das Verhältnis zwischen der eingesammelten Ladung oder Eingangsstromstärke und der Höhe des korrespondierenden Spannungspulses. Es bestimmt also die maximale Ausgangssignalhöhe, d. h. beispielsweise am Ausgang des Verstärkers, die bei der Verstärkung eines Strompulses erreicht wird.
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Mit Hilfe der beschriebenen Signalformparameter kann insbesondere zwischen einer Präferenz auf eine präzise Ladungsmessung oder einer Präferenz auf eine präzise Trennung von Röntgenquanten gewählt werden. Wird beispielsweise eine lange Shaping-Zeit gewählt, kann eine präzise Ladungsmessung und damit eine präzise Energiebestimmung erfolgen. D.h. die Präferenz liegt in diesem Fall auf einer präzisen Bestimmung des Röntgenspektrums.
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Für den Fall, dass jedoch eine hohe Anzahl von Röntgenquanten nahezu gleichzeitig analysiert werden muss, d. h. den sog. „Hochflussfall“, ist es bei einer langen Shaping-Zeit nicht immer möglich, die resultierenden Pulse für zeitlich unmittelbar aufeinander nachfolgende Röntgenquanten zu trennen. Man spricht von sog. „Pile-Up-Ereignissen“, wobei die erzeugten Spannungspulse unmittelbar nacheinander absorbierter Röntgenquanten nicht mehr voneinander zu trennen sind. Das heißt, insbesondere ist die Anzahl der „Pile-Up-Ereignisse“ über die erwähnte Shaping-Zeit einstellbar. Reduziert man die Anzahl „Pile-Up-Ereignisse“ beispielsweise durch eine kurze „Shaping-Zeit“ für den Hochflussfall, kann dies jedoch die Präzision der Ladungsmessung mit dem erzeugten Spannungspuls verringern. Man spricht vom sog. „ballistischen Defizit“. Durch dieses Phänomen wird die Präzision einer Messung des Energiespektrums herabgesetzt. Die Wahl einer bestimmten „Shaping-Zeit“ ist somit immer ein Kompromiss zwischen erzielbarer Ladungstrennung, d.h. Messung der Röntgenintensität, und Präzision der Ladungsbestimmung, d.h. Messung der spektralen Verteilung der Röntgenstrahlung.
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Die Werte der optimalen Signalformparameter können zum Beispiel von der Größe eines zu untersuchenden Patienten abhängen. Ist der Patient beispielsweise sehr groß gewachsen, wird die einfallende Röntgenstrahlung stärker geschwächt und es trifft eine stark reduzierte Intensität auf den Röntgendetektor auf. Es liegt also der Niedrigflussfall vor. In dieser Situation sollte eine längere Shaping-Zeit eingestellt werden, um eine ausreichend präzise Ladungsmessung und damit eine präzise Energiebestimmung zu ermöglichen.
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Wird dagegen ein kleiner Patient untersucht, so wird die einfallende Röntgenstrahlung weniger stark geschwächt und es trifft eine höhere Intensität auf den Röntgendetektor auf. Es liegt also der Hochflussfall vor. In dieser Situation sollte eine kürzere Shaping-Zeit eingestellt werden, um die einzelnen Signalereignisse voneinander trennen zu können und so die Röntgenintensität der einfallenden Strahlung ausreichend genau bestimmen zu können.
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Somit ist es wichtig, auch die Form der von den Zählereignissen ausgelösten elektrischen Signale mit Hilfe der Signalformparameter an eine bestimmte Aufnahme anzupassen. Energieschwellwerte und Signalformparameter sollen im Weiteren zusammenfassend als Signalanalyseparameter bezeichnet werden.
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Je nachdem, welche Art der CT-Untersuchung durchgeführt werden soll, welche Materialien das zu untersuchende Objekt enthält und welche Größe und Form das Untersuchungsobjekt aufweist, ist es für die spätere Qualität der Daten und die spätere Auswertung vorteilhaft, die Energieschwellen auf unterschiedliche Parameterwerte einzustellen und die Signalformparameter entsprechend anzupassen.
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Herkömmlich werden die genannten Signalanalyseparameter manuell eingestellt. Entweder werden die Signalanalyseparameter einmal fest eingestellt oder vor einer entsprechenden Messung zum Beispiel in Abhängigkeit von einem bestimmten Protokoll, einer geschätzten Größe eines Patienten und der Art der Untersuchung des Patienten von einer erfahrenen Bedienperson ermittelt und manuell eingestellt. Dieser Vorgang erfordert erhebliche Erfahrung, Kenntnisse und Geschick und benötigt auch eine bestimmte Zeit, so dass die Gesamtzeit für die Untersuchung des Patienten verlängert wird.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vereinfachte, zeitlich verkürzte und präzisere Justierung von Röntgendetektoren zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum automatischen Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors gemäß Patentanspruch 1, durch ein Verfahren zum automatischen Einstellen von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors gemäß Patentanspruch 10, durch eine Einrichtung zum Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors gemäß Patentanspruch 12 und durch ein Röntgensystem gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum automatisierten Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors werden Informationen bezüglich mindestens einer der folgenden Gruppen von Untersuchungsparametern erfasst:
- – der Abmessungen eines zu untersuchenden Objekts,
- – der Röntgenschwächung des zu untersuchenden Objekts,
- – der Art der Untersuchung des zu untersuchenden Objekts,
- – des Untersuchungsbereichs des zu untersuchenden Objekts.
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Anschließend werden auf Basis der erfassten Informationen Signalanalyseparameterwerte automatisiert ermittelt.
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Unter der Röntgenschwächung soll dabei die Schwächung der Röntgenstrahlung bei einer Röntgenaufnahme aufgrund der Absorption durch das zu untersuchende Objekt verstanden werden.
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Unter einem Parameter soll im Folgenden eine einstellbare Größe, wie zum Beispiel Energieschwellen oder die Signalform kennzeichnende Größen, verstanden werden. Unter einem Parameterwert dagegen soll ein konkreter Wert für diese Größen verstanden werden.
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Bevorzugt werden als Untersuchungsparameter mindestens die Abmessungen des zu untersuchenden Objekts oder die Röntgenschwächung des zu untersuchenden Objekts erfasst.
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Besonders bevorzugt werden als Untersuchungsparameter mindestens die Abmessungen des zu untersuchenden Objekts und die Röntgenschwächung des zu untersuchenden Objekts erfasst.
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In Folge der automatisierten Justage wird die Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors beschleunigt und präzisiert. Außerdem sinken die Anforderungen an das Bedienpersonal, das nicht in den Justagevorgang eingreifen muss und zudem keine speziellen Fachkenntnisse mehr auf diesem Gebiet benötigt, um eine Einstellung eines Röntgensystems vorzunehmen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum automatischen Einstellen von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors wird zunächst das erfindungsgemäße Verfahren zum automatisierten Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors durchgeführt. Anschließend werden die Signalanalyseparameter des Röntgendetektors auf Basis der ermittelten Signalanalyseparameterwerte automatisiert eingestellt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors weist eine Eingangsschnittstelle zum Erfassen von Informationen bezüglich mindestens einer der folgenden Gruppen von Untersuchungsparametern auf:
- – der Abmessungen eines zu untersuchenden Objekts,
- – der Röntgenschwächung des zu untersuchenden Objekts,
- – der Art der Untersuchung des zu untersuchenden Objekts,
- – des Untersuchungsbereichs des zu untersuchenden Objekts.
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Zudem umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung eine Ermittlungseinheit zum automatisierten Ermitteln von Signalanalyseparameterwerten auf Basis der erfassten Informationen.
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Bevorzugt ist die Eingangsschnittstelle dazu eingerichtet, als Untersuchungsparameter mindestens die Abmessungen des zu untersuchenden Objekts oder die Röntgenschwächung des zu untersuchenden Objekts zu erfassen.
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Besonders bevorzugt ist die Eingangsschnittstelle dazu eingerichtet, als Untersuchungsparameter mindestens die Abmessungen des zu untersuchenden Objekts und die Röntgenschwächung des zu untersuchenden Objekts zu erfassen.
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Das erfindungsgemäße Röntgensystem weist die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors auf.
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Die Ermittlung der Signalanalyseparameterwerte kann zum Beispiel mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens erfolgen. Dabei wird eine Modellfunktion, deren Variable die Signalanalyseparameter darstellen, unter Berücksichtigung der erfassten Informationen als Parameter der Modellfunktion optimiert.
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Unter dem Begriff „Röntgensystem“ wird insbesondere ein Computertomographie-System verstanden, er kann jedoch auch ein einfaches Röntgengerät oder ein Angiographiegerät umfassen.
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Im Fall eines Röntgen-Computertomographiesystems weist das erfindungsgemäße Röntgen-Computertomographiesystem eine Projektionsdatenakquisitionseinheit auf. Die Projektionsdatenakquisitionseinheit umfasst eine Röntgenquelle und ein Detektorsystem zur Akquisition von Projektionsmessdaten eines Objekts und zusätzlich die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors.
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Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Ermittlungseinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
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Insbesondere kann die Einrichtung zum Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors Teil eines Benutzerterminals bzw. einer Steuereinrichtung eines CT-Systems sein.
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Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines Röntgensystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Speichereinrichtung ausgeführt wird.
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Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatisierten Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors umfassen die Abmessungen des zu untersuchenden Objekts dessen Größe und/oder Form. Die Größe eines zu untersuchenden Objekts ist beispielsweise maßgeblich für die Schwächung des Röntgenstrahls und beeinflusst somit die Dosis der auf den Detektor einfallenden Strahlung. Wie bereits erwähnt, werden je nachdem, ob ein „Hochflussfall“ oder „Niedrigflussfall“ vorliegt, unterschiedliche Werte für die Signalformparameter gewählt. Die Form des untersuchenden Objekts, zum Beispiel verknüpft mit der Dicke des zu untersuchenden Objekts, beeinflusst die bei der Aufnahme der Projektion eintretende Abschwächung der Röntgenstrahlen. Bei der Abschwächung der Röntgendosis tritt jedoch zusätzlich eine Abhängigkeit der Abschwächung vom Energiespektrum der Strahlung auf. Strahlung mit niedrigerer Energie wird stärker abgeschwächt als höherenergetische Strahlung. Aus diesem Grund kommt es insbesondere bei dicken zu untersuchenden Objekten zu einer Aufhärtung des Röntgenspektrums, d.h. die härtere, höherenergetische Röntgenstrahlung wird von dem zu untersuchenden Objekt weniger abgeschwächt. Eine solche Aufhärtung des Röntgenspektrums kann zum Beispiel bei der Wahl der Energieschwellen berücksichtigt werden. Da ja vor allem höherenergetische Strahlung detektiert wird, ist es sinnvoll, die Energieschwellen im Bereich der höherenergetischen Strahlung feiner aufgelöst zu wählen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatisierten Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors umfassen die Signalanalyseparameter Parameter für Energieschwellen und/oder Signalformparameter.
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Besonders bevorzugt umfasst das Erfassen der Informationen die Aufnahme eines Topogramms des zu untersuchenden Objekts.
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Auf Basis der Aufnahme des Topogramms können Informationen bezüglich der Abmessungen des zu untersuchenden Objekts sowie der durch das zu untersuchende Objekt hervorgerufene Röntgenschwächung gewonnen werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Erfassen der Informationen auch eine fotografische Aufnahme des zu untersuchenden Objekts umfassen. Bei einer alternativen Erfassung der Informationen mit Hilfe einer fotografischen Aufnahme kann die Dosisbelastung des zu untersuchenden Objekts, beispielsweise ein Patient, reduziert werden.
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Zusätzlich kann das Erfassen von Informationen das Wiegen des zu untersuchenden Objekts umfassen. Das Wiegen kann zum Beispiel mit Hilfe einer automatischen, in eine Patientenliege eingebauten Waage realisiert sein. Das Gewicht kann zum Beispiel mit der Dicke und Breite des Patienten korreliert sein und somit indirekt Auskunft über eine Röntgenschwächung durch den Patienten sowie einen zu wählenden Signalformparameter geben.
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Das Erfassen von Informationen kann zum Beispiel das Empfangen von Daten bezüglich des zu untersuchenden Objekts über eine Schnittstelle umfassen. Beispielsweise werden Daten bezüglich des zu untersuchenden Objekts aus einer Datenbank über die Schnittstelle bezogen. Eine Ermittlung der Signalanalyseparameterwerte kann bei ausschließlichem Bezug der Informationen aus einer Datenbank oder in Kombination mit nicht mit einer Strahlungsbelastung verbundenen Messungen, wie zum Beispiel einer fotografischen Aufnahme, auch ohne eine Aufnahme einer Testmessung bzw. eines Topogramms realisiert werden, so dass die Dosisbelastung reduziert werden kann.
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Bevorzugt wird die Information bezüglich der Art der Untersuchung auf Basis eines Untersuchungsprotokolls automatisiert abgeleitet. D.h., es werden bestimmte Klassifikationsdaten, welche auf die Art einer geplanten Untersuchung schließen lassen, aus dem Untersuchungsprotokoll erfasst und im Rahmen der Ermittlung der Signalanalyseparameterwerte automatisiert verarbeitet. Somit wird insbesondere kein manueller Eingriff bei der Festlegung der Signalanalyseparameterwerte benötigt.
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Bevorzugt umfasst das automatisierte Ermitteln der Signalanalyseparameterwerte das Berechnen der Signalanalyseparameterwerte auf Basis der erfassten Informationen. Unter einer Berechnung soll nicht nur das Berechnen der Signalanalyseparameterwerte mit Hilfe einer konkreten Formel, sondern auch die Interpolation auf Basis von Tabellenwerten für die einzelnen Signalanalyseparameter aus einer Datenbank oder auch ein numerisches Optimierungsverfahren, wobei zum Beispiel eine Zielfunktion numerisch optimiert wird, verstanden werden.
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Zusätzlich kann das Ermitteln der Signalanalyseparameterwerte auch unter Berücksichtigung einer Parametrierung einer automatischen anatomischen Dosismodulation durchgeführt werden. Mit der Dosismodulation wird ermittelt, ob viel oder wenig Schwächung im Strahlengang ist, um daraus eine Nachregelung des Röhrenstromes abzuleiten. Diese Information kann jedoch auch genutzt werden um die Signalanalyseparameter zu verändern. So liegt beispielsweise bei starker Schwächung i.d.R. ein höheres Maß an Strahlaufhärtung vor, was eine Nachregelung der Energieschwellen nach sich ziehen könnte. Ferner kann auf Basis der automatischen anatomischen Dosismodulation ein Rückschluss gezogen werden, ob bzw. an welcher Stelle ein Hoch- oder Niedrigflussfall vorliegt.
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In einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatischen Einstellen von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors werden die Signalanalyseparameter während einer Bildaufzeichnung des zu untersuchenden Objekts in Abhängigkeit von der bei der Bildaufzeichnung erfassten Geometrie und/oder von den aktuellen Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts automatisch eingestellt. Die Einstellung der Signalanalyseparameter kann also während der eigentlichen Bildaufzeichnung des zu untersuchenden Objekts in Abhängigkeit von den bei der Aufzeichnung bereits erfassten Bildinformationen geändert werden. Auf diese Weise wird nicht nur eine Vorabaufnahme für ein Topogramm gespart, es wird sogar eine Art dynamische Anpassung der Signalanalyseparameter an lokal unterschiedliche Bedingungen des zu untersuchenden Objekts ermöglicht. Dabei werden beispielsweise je nach lokalen Abmessungen in Teilbereichen des zu untersuchenden Objekts und in Abhängigkeit von lokalen Röntgenabschwächungen für verschiedene Teilbereiche des zu untersuchenden Objekts unterschiedliche Werte für die Signalanalyseparameter ermittelt und eingestellt.
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Vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors auch eine Einstelleinheit zum automatisierten Einstellen der Signalanalyseparameter des Röntgendetektors auf Basis der ermittelten Signalanalyseparameterwerte auf. Dabei kann die Einstelleinheit zum Beispiel auch verteilte Komponenten in einer Steuereinrichtung eines Röntgensystems sowie in einer Detektoreinheit aufweisen. Beispielsweise wird in der Steuereinrichtung ein Einstellbefehl erzeugt, der von einem ASIC in einer Signalanalyseeinheit einer Detektoreinheit ausgeführt wird, wobei die entsprechenden Parameter in der Signalanalyseeinheit eingestellt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
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1 den zeitlichen Verlauf eines erzeugten Spannungssignals, das unter Nutzung mehrerer Signalanalyseparameter erzeugt wird,
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2 eine schematische Darstellung eines CT-Geräts mit einer Justage-Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 ein Blockschaltbild mit einer Justage-Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verfahren zum automatisierten Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors,
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5 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatischen Einstellen von Signalanalyseparametern eines Röntgendetektors.
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1 zeigt einige einstellbare Signalanalyseparameter einer Signalanalyseeinheit eines Röntgendetektors im Detail. Dabei ist ein von einer Signalanalyseeinheit aus einem Ladungspuls erzeugtes Signal in Form eines Spannungspulses zur Detektion eines Röntgenquants gezeigt. Dargestellt ist in der Hochachse die verstärkte Signalspannung, d.h. die Ausgangssignalhöhe, in willkürlichen Einheiten (a. u.), die mit Hilfe einer Integration bzw. Faltung des von einer Detektionseinheit erzeugten Strompulses ermittelt wird. Auf der Querachse ist der zeitliche Verlauf (in willkürlichen Einheiten – a. u.) dieses Spannungssignals dargestellt. Die Signalanalyseparameter umfassen beispielsweise die sog. Gain G, welche die maximale Signalhöhe in Bezug auf ein Normsignal festlegt. Ferner können die Signalanalyseparameter die sog. Shaping-Zeit ST umfassen, die in diesem Fall als Halbwertsbreite des Spannungspulses angenommen wird. Darüber hinaus ist auch der sog. Undershoot U, d. h. die Größe des Signalabfalls bzw. der negativen Spannung nach der signaltechnischen Darstellung des Röntgenquants in Form eines Spannungspulses einstellbar, mit dem eine zeitliche Signaltrennung mehrerer Röntgenquanten feststellbar ist. Überdies umfassen die Signalanalyseparameter auch eine Anzahl N von Energieschwellen, wobei N typischerweise zwischen zwei und acht liegt, denen jeweils ein Energieschwellwert ES1, ES2, ..., ESN zugeordnet ist, für den ein eigener Zählratenwert in dem Satz von Zählraten erzeugt wird.
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In 2 ist zunächst schematisch ein Computertomographie-System (CT-System) 1 mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung 50 zum automatisierten Einstellen der Signalanalyseparameter eines Röntgendetektors auf Basis von ermittelten Signalanalyseparameterwerten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Das CT-System 1 besteht dabei im Wesentlichen aus einem Scanner 10, in welchem an einer Gantry 11 eine Projektionsdatenakquisitionseinheit 5 mit einem Detektor 16 und einer dem Detektor 16 gegenüberliegenden Röntgenquelle 15 um einen Messraum 12 umläuft. Vor dem Scanner 10 befindet sich eine Patientenlagerungseinrichtung 3 bzw. ein Patiententisch 3, dessen oberer Teil 2 mit einem darauf befindlichen Patienten O zum Scanner 10 verschoben werden kann, um den Patienten O durch den Messraum 12 hindurch relativ zum Detektorsystem 16 zu bewegen. Angesteuert werden der Scanner 10 und der Patiententisch 3 durch eine Steuereinrichtung 20, von der aus über eine übliche Steuerschnittstelle 24 Akquisitionssteuersignale AS kommen, um das gesamte System gemäß vorgegebener Messprotokolle in der herkömmlichen Weise anzusteuern. Durch die Bewegung des Patienten O entlang der z-Richtung, welche der Systemachse z längs durch den Messraum 12 entspricht, und den gleichzeitigen Umlauf der Röntgenquelle 15 ergibt sich für die Röntgenquelle 15 relativ zum Patienten O während der Messung eine Helixbahn. Parallel läuft dabei immer gegenüber der Röntgenquelle 15 der Detektor 16 mit, um Projektionsmessdaten PMD zu erfassen, die dann zur Rekonstruktion von Volumen- und/oder Schicht-Bilddaten genutzt werden. Ebenso kann auch ein sequentielles Messverfahren durchgeführt werden, bei dem eine feste Position in z-Richtung angefahren wird und dann während eines Umlaufs, eines Teilumlaufs oder mehrerer Umläufe an der betreffenden z-Position die erforderlichen Projektionsmessdaten PMD erfasst werden, um ein Schnittbild an dieser z-Position zu rekonstruieren oder um aus den Projektionsdaten mehrerer z-Positionen Volumenbilddaten zu rekonstruieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auch an anderen CT-Systemen, z. B. mit mehreren Röntgenquellen und/oder Detektoren und/oder mit einem einen vollständigen Ring bildenden Detektor, einsetzbar.
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Die vom Detektor 16 akquirierten Projektionsmessdaten PMD (im Folgenden auch Rohdaten genannt) werden über eine Rohdatenschnittstelle 23 an die Steuereinrichtung 20 übergeben. Diese Rohdaten werden dann in einer Bildrekonstruktionseinrichtung 30 weiterverarbeitet, die bei diesem Ausführungsbeispiel in der Steuereinrichtung 20 in Form von Software auf einem Prozessor realisiert ist. Diese Bildrekonstruktionseinrichtung 30 rekonstruiert auf Basis der Rohdaten PMD Bilddaten BD mit Hilfe eines Rekonstruktionsverfahrens. Als Rekonstruktionsverfahren kann zum Beispiel das bereits eingangs beschriebene gefilterte Rückprojektionsverfahren verwendet werden.
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Anschließend werden sowohl die erfassten Rohdaten PMD als auch die Bilddaten BD sowie weitere Informationen, welche beispielsweise über die Benutzerschnittstelle der Steuereinrichtung 20 eingegeben werden, an die Signalanalyseparametereinstellungs-Einrichtung 50 weitergegeben.
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Der genaue Aufbau der Steuereinrichtung 20 sowie mit dieser zusammenwirkender Einheiten innerhalb des CT-Systems 1 ist in 3 gezeigt. Dort ist die Steuereinrichtung 20 mit der Signalanalyseparametereinstellungs-Einrichtung 50 in Verbindung mit einer Detektionseinheit 160 veranschaulicht. Die Detektionseinheit 160 kann zum Beispiel Teil des in 2 gezeigten Röntgendetektors 16 sein. Dabei kann ein in 2 gezeigter Röntgendetektor 16 eine Mehrzahl von Detektoreinheiten 160 umfassen. Die Steuereinrichtung 20 umfasst eine Eingangsschnittstelle 23, welche Projektionsmessdaten PMD von einem Röntgendetektor bzw. von der Detektoreinheit 160 empfängt. Die Projektionsmessdaten PMD werden an eine Rekonstruktionseinheit 30 weitergegeben, wo sie zu Bilddaten BD rekonstruiert werden. Auf Basis der Bilddaten BD werden in einer Größenermittlungseinheit 31 die Abmessungen ABD des Patienten O ermittelt. Zudem wird von einer Abschwächungsermittlungseinheit 32 auf Basis der Projektionsmessdaten PMD die Röntgenabschwächung RSD ermittelt. Die ermittelten Daten ABD, RSD werden anschließend an eine Eingangsschnittstelle 41 einer Signalanalyseparameter-Ermittlungseinheit 40 weitergegeben. Weiterhin können zum Beispiel auch zusätzliche Daten, wie zum Beispiel Informationen UAD bezüglich der Art der Untersuchung und Informationen UBD bezüglich des Untersuchungsbereichs des Patienten O über die Eingangsschnittstelle 41 an die Signalanalyseparameter-Ermittlungseinheit 40 übermittelt werden. Diese Daten können beispielsweise von einem Benutzer eingegeben werden oder über ein Netzwerk an die Signalanalyseparameter-Ermittlungseinheit 40 übermittelt werden. Die empfangenen Daten ABD, RSD, UAD, UBD werden anschließend an eine Signalanalyseparameterwert-Ermittlungseinheit 42 weitergegeben, welche auf Basis der erfassten Daten ABD, RSD, UAD, UBD Signalanalyseparameterwerte SPW für die Einstellung der Detektionseinheit 16 ermittelt. Die ermittelten Signalanalyseparameterwerte SPW werden über eine Ausgangsschnittstelle 43 der Signalanalyseparameter-Ermittlungseinrichtung 40 an eine Einstelleinheit 44 übermittelt. Die Einstelleinheit 44 erzeugt einen Einstellbefehl EB auf Basis der empfangenen Signalanalyseparameterwerte SPW.
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Der Einstellbefehl EB wird über eine Ausgangsschnittstelle 24 der Steuereinrichtung 20 an die Detektonseinheit 160 übermittelt. Die genannte Detektionseinheit 160 umfasst eine Eingangsschnittstelle 161, welche den Einstellbefehl EB von der Steuereinrichtung 20 empfängt. Der Einstellbefehl EB wird von der Eingangsschnittstelle 161 der Detektionseinheit 160 an ein Signalanalysemodul 163 weitergeleitet. Die Eingangsschnittstelle funktioniert in der in 3 gezeigten Ausführungsform auch als Ausgangsschnittstelle für erfasste Projektionsmessdaten PMD. Das Signalanalysemodul 163 umfasst insbesondere die Auswerteelektronik der Detektionseinheit 160. Das Signalanalysemodul 163 ermittelt auf Basis eines Detektionssignals und vorgegebener Signalanalyseparameter einen Satz von Zählraten für auf die Detektionseinheit 160 auftreffende Röntgenstrahlung.
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Zu der Einstellung der Auswerteelektronik des Signalanalysemoduls 160 gehört auch die Einstellung der Energieschwellen sowie anderer Signalanalyseparameter von Sensorsignalen, wie zum Beispiel die Signalformparameter des Signals. Die Einstellung der Auswerteelektronik wird beispielsweise über eine Prozessoreinheit 45 vorgenommen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Teil des Signalanalysemoduls 163 ist. Die Prozessoreinheit 45, beispielsweise ein ASIC, ist begrifflich der Signalanalyseparametereinstellungs-Einrichtung 50 zugeordnet, welche in diesem Fall also auf verschiedene voneinander getrennte Einheiten, d.h. die Röntgendetektoreinheit 160 und die Steuereinrichtung 20, aufgeteilt ist. Die Röntgendetektoreinheit 160 weist zusätzlich eine Sensoreinheit 164 auf, welche Röntgenstrahlen erfasst und ein Sensorsignal auslöst, das an das Signalanalysemodul 163 weitergeleitet wird und dort bezüglich Intensität bzw. Zählrate und Energie der Röntgenstrahlen ausgewertet wird. Wie bereits erwähnt, erfolgt die Einstellung der Signalanalyseparameter, wie zum Beispiel der Energieschwellen oder der Signalformparameter, automatisiert auf Basis von erfassten Daten betreffend den Patienten sowie auch die Untersuchung des Patienten. Durch die automatisierte Einstellung der Signalanalyseparameter wird die Justier-Phase vor der eigentlichen Bildaufnahmephase verkürzt, die Justierung präzisiert und die Anforderungen an das Bedienpersonal bei der Justierung verringert.
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In der 4 ist ein Verfahren 400 zum automatisierten Ermitteln einer angepassten Einstellung von Signalanalyseparametern SP eines Röntgendetektors 16 in Abhängigkeit von einem zu untersuchenden Objekt O gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Bei dem Schritt 4.I werden zunächst Informationen bezüglich der Abmessungen ABD des Patienten O, der Röntgenschwächung RSD durch den Patienten, der Art der Untersuchung UAD sowie des Untersuchungsbereichs UBD des Patienten O erfasst. Anschließend wird bei dem Schritt 4.II eine angepasste Einstellung von Signalanalyseparametern SP auf Basis der erfassten Informationen automatisiert ermittelt. Genauer werden die Signalanalyseparameterwerte SPW auf Basis der erfassten Informationen berechnet. Ein Eingreifen des Bedienpersonals bei der Ermittlung der Signalanalyseparameterwerte SPW ist erfindungsgemäß nicht nötig. Im Weiteren kann eine Einstellung des Röntgendetektors 16 dann sowohl von Hand als auch automatisiert geschehen.
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In 5 ist ein Verfahren 500 zum automatischen Einstellen von Signalanalyseparametern SP eines Röntgendetektors 16 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt also eine voll automatisierte Einstellung der Signalanalyseparameter eines Detektors 16. Die Schritte 5.I und 5.II entsprechen den Schritten 4.I und 4.II. Bei dem Schritt 5.III werden die Signalanalyseparameter SP des Röntgendetektors 16 auf Basis der ermittelten Signalanalyseparameterwerte SPW automatisiert eingestellt. Wie anhand der 3 zu erkennen ist, kann die Einstellung des Röntgendetektors 16 mit Hilfe einer Einstelleinrichtung 44 in der Steuereinrichtung 20 realisiert sein, welche auf Basis der ermittelten Signalanalyseparameterwerte SPW einen Einstellbefehl EB erzeugt, der von einem Prozessor 45, der beispielsweise Teil der Auswerteelektronik 163 des Röntgendetektors 16 sein kann oder mit dieser verbunden ist, dahingehend ausgeführt wird, dass die genannten Signalanalyseparameter SP des Röntgendetektors 16 eingestellt werden.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So wurden das Verfahren und die Einstelleinrichtung in erster Linie anhand eines Computertomographie-Systems zur Aufnahme von medizinischen Bilddaten erläutert. Die Erfindung ist jedoch weder auf die Anwendung in der Computertomographie noch auf eine Anwendung im medizinischen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung kann auch grundsätzlich auf andere Röntgensysteme und auch die Aufnahme von Röntgenbildern für andere Zwecke, beispielsweise für die Materialprüfung oder dergleichen, angewandt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ bzw. „Modul“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
