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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt. Zudem betrifft die Erfindung eine Röntgenbildgebungseinrichtung zum Erzeugen von Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt.
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Mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren werden Bilddaten erzeugt, die zur Visualisierung eines abgebildeten Untersuchungsobjekts genutzt werden können. Häufig basieren die bildgebenden Verfahren auf der Erfassung von Röntgenstrahlung. Bei der Visualisierung mit Hilfe von Röntgenstrahlung wird ein Untersuchungsobjekt mit Röntgenstrahlung beaufschlagt. In Abhängigkeit von dem strukturellen Aufbau des Untersuchungsobjekts werden die Röntgenstrahlen unterschiedlich absorbiert. Der transmittierte Anteil der Röntgenstrahlung wird auf einer Projektionsfläche oder Detektorfläche eines Röntgendetektors aufgefangen. Anhand der unterschiedlichen lokalen Intensitäten der erfassten Röntgenstrahlung auf der Projektionsfläche des Röntgendetektors kann auf die inneren Strukturen des Untersuchungsobjekts, insbesondere auf das Knochengerüst eines Patienten, geschlossen werden. Dabei absorbieren Knochen besonders viel Strahlung, so dass an den korrespondierenden Stellen auf der Detektorfläche wenig Strahlung ankommt und diese Stellen in einer bildlichen Darstellung auch nur wenig geschwärzt werden. Daher erscheinen Skelettteile in einer bildlichen Darstellung hell, während Bereiche des Körpers, die wenig Strahlung absorbieren, wie zum Beispiel Weichteile, dunkel erscheinen.
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Allerdings wird bei der Bildgebung mit Hilfe von Röntgenstrahlung in dem Untersuchungsobjekt nicht nur Röntgenstrahlung absorbiert, sondern es wird auch ein erheblicher Anteil der Röntgenstrahlung, insbesondere bei dicken Untersuchungsobjekten, im jeweiligen Untersuchungsobjekt selbst gestreut. Durch das Auftreten dieser Streustrahlen wird der Bildkontrast reduziert und damit die Bildqualität beeinträchtigt.
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Um den beschriebenen Einfluss der Streustrahlung zu verringern, umfasst ein herkömmliches bildgebendes Röntgensystem außer einem Röntgenstrahler mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor auch ein Streustrahlenraster zur Reduktion der Streustrahlung. Ein herkömmliches Streustrahlenraster, auch Streustrahlengitter genannt, umfasst Streustrahlungslamellen mit einer hohen Linienzahl. Das Streustrahlungsraster ist zwischen dem Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor angeordnet, so dass die von dem Untersuchungsobjekt gestreute Strahlung von den Streustrahlungslamellen absorbiert wird. Meistens besteht ein solches Gitter aus Blei oder einem anderen stark absorbierenden Material und in den Bereichen zwischen der Gitterstruktur aus einem stabilisierenden, weniger absorbierenden Material wie Papier und Aluminium.
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Es gibt auch Streustrahlenraster mit Aussparungen zwischen den Gitterstrukturen, welche den Vorteil aufweisen, dass durch die Aussparungen weniger Strahlung von dem Streustrahlenraster absorbiert wird, woraus sich eine verringerte Patientendosis bei gleicher Bildqualität ergibt. Allerdings treten bei dem Einsatz solcher Streustrahlengitter bei der Röntgenbildgebung aufgrund der stark unterschiedlichen Absorption der Aussparungen im Vergleich zu den Gitterlamellen der Gitterstrukturen auf den von den Röntgendetektoren erfassten Bildern diese Gitterstrukturen auf, welche dort jedoch die Bildwidergabe beeinträchtigen. Zur Eliminierung dieser störenden Abbildungen der Gitterstrukturen werden herkömmlich komplexe Korrekturalgorithmen verwendet.
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Eine andere Möglichkeit, die Abbildung der Gitterstrukturen zu vermeiden, besteht darin, ein bewegtes Streustrahlenraster mit niedriger Linienzahl zu verwenden. Durch die Bewegung des Streustrahlenrasters wird vermieden, dass auf dem Röntgendetektor den Gitterstrukturen entsprechende ortsabhängige Unterschiede der Röntgenstrahlenintensität abgebildet werden.
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Alternativ werden auch Streustrahlenraster weggelassen und der sich ergebende Streustrahlenanteil bei der Bildgebung im Nachhinein auf Basis einer Modellüberlegung herausgerechnet. Weiterhin ist es auch möglich, die von dem Gitter auf dem Röntgendetektor verursachten Helligkeitsschwankungen bzw. Helligkeitsunterschiede vor einer Bildgebung zu kalibrieren und so bei der Bildauswertung zu kompensieren.
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Herkömmlich wird überdies versucht, die störende Abbildung der Gitterstrukturen mit Hilfe geeigneter Gittergeometrien zu reduzieren. Dies ist insbesondere durch die Verwendung von Gittern mit sehr hoher Anzahl von Gitterlamellen pro Millimeter möglich.
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US 2009 / 0 214 130 A1 offenbart ein Filterverarbeitungsmittel zur Entfernung periodischer Muster von Röntgenbildern. Aus
US 2007 / 0 053 489 A1 ist eine Röntgenbildgebungseinrichtung bekannt, welche eine zeitliche digitale Signalverarbeitung zur Verringerung des Rauschens und zum simultanen Erfassen mehrere Röntgenbilder einsetzt.
DE 10 2005 052 992 A1 beschreibt: um eine Abbildung eines Streustrahlenrasters besonders gut auch bei dynamischen Anwendungen zu verhindern, ist ein Streustrahlenraster für einen eine aktive Pixelmatrix aufweisenden Röntgendetektor mit im Wesentlichen parallel zur Strahlungsrichtung einer Röntgenstrahlung ausgerichteten Absorberlamellen zur Reduktion einer Streustrahlung in einem Röntgengerät vorgesehen, wobei die Absorberlamellen mit einem Frequenzminimalwert von 10 Hz, insbesondere von 150 Hz, und einem Hubmaximalwert von zwei Pixelgrößen des dem Streustrahlenraster zuordbaren Röntgendetektors senkrecht zur Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung hin- und herbewegbar sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen eine Röntgenbildgebung mit guter Bildqualität bei gleichzeitig verringerter Strahlungsbelastung für den Patienten und reduziertem Aufwand für die Bildgebung vorgenommen werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erzeugen von Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Röntgenbildgebungseinrichtung gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen von Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt werden Röntgenstrahlen von einer Röntgenquelle in Richtung eines Röntgendetektors emittiert, wobei zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor ein Untersuchungsobjekt angeordnet ist. Das Untersuchungsobjekt kann zum Beispiel ein Mensch oder ein Tier sein. Es kann auch ein sonstiger näher zu untersuchender materieller Gegenstand sein. Es wird ein Streustrahlgitter, welches zwischen dem Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor angeordnet ist, quer über die Detektionsfläche des Röntgendetektors bewegt. Anders ausgedrückt, wird das Streustrahlgitter in Querrichtung zur Bestrahlungsrichtung des Untersuchungsobjekts und des Röntgendetektors bewegt. Als Detektionsfläche wird eine Sensorfläche des Röntgendetektors verstanden, welche der Röntgenquelle und dem von der Röntgenquelle erzeugten Röntgenstrahl zugewandt ist. Trifft ein Röntgenstrahl von der Röntgenquelle auf die Detektionsfläche, so wird ein Sensorereignis ausgelöst oder ein Energiequant deponiert, welches von einer nachgeschalteten Auswertungselektronik erfasst wird. Als Streustrahlgitter soll ein strukturiertes Röntgenstrahlen absorbierendes Element verstanden werden, welches die Eigenschaft aufweist, Streustrahlen zu absorbieren und damit die Richtung der durch das Untersuchungsobjekt transmittierten Röntgenstrahlen zu parallelisieren. Es erfolgt ein zeitlich und örtlich aufgelöstes Erfassen von Röntgendetektorsignalen, welche die Intensität der auf dem Röntgendetektor auftreffenden Röntgenstrahlen in Abhängigkeit von Ort und Zeit umfassen. Anders ausgedrückt, umfassen die Röntgendetektorsignale Informationen hinsichtlich der Intensität der auf dem Röntgendetektor aufgetroffenen Röntgenstrahlen. Komplementär zur erfassten Intensität sind sogenannte Abschwächungswerte, welche die durch das Untersuchungsobjekt sowie das Streustrahlgitter verursachte Abschwächung der von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlen quantitativ wiedergeben.
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Schließlich werden die Röntgendetektorsignale unter Berücksichtigung einer durch die Bewegung des Streustrahlgitters verursachten zeitlichen Schwankung der erfassten Intensität der Röntgendetektorsignale ausgewertet. D.h., bei der Ermittlung einer korrigierten Intensität der erfassten Röntgenstrahlen bzw. von korrigierten Abschwächungswerten wird der Anteil der gemessenen Röntgendetektorsignale, welcher durch das sich bewegende Streustrahlgitter verursacht wird, berücksichtigt und vorzugsweise zumindest teilweise eliminiert.
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Die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung zum Erzeugen von Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt umfasst einen Röntgendetektor zum zeitlich und örtlich aufgelösten Erfassen der Intensität der auf dem Röntgendetektor auftretenden Röntgenstrahlen. Teil der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung ist auch eine Röntgenquelle zum Emittieren von Röntgenstrahlen in Richtung des Röntgendetektors und eines zwischen dem Röntgendetektor und der Röntgenquelle befindlichen Untersuchungsobjekts. Die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung umfasst zudem ein Streustrahlgitter, welches zwischen dem Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor angeordnet ist. Teil der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung ist auch ein Aktor zum Bewegen des Streustrahlgitters in Querrichtung zur Detektionsfläche des Röntgendetektors. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Aktors, d.h. es werden von der Steuereinrichtung Steuerbefehle an den Aktor gegeben, das Streustrahlgitter auf eine vorbestimmte Weise, d.h. quer zu der Röntgendetektorfläche mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen. Die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung weist auch eine Auswertungseinheit zum Verarbeiten eines Röntgendetektorsignals unter Berücksichtigung einer durch die Bewegung des Streustrahlgitters verursachten zeitlichen Schwankung der erfassten Intensität des Röntgendetektorsignals auf.
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Einzelne Komponenten der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung können in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Auswertungseinheit. Grundsätzlich kann diese Komponente 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 benötigte 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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Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Röntgeneinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung einer Röntgeneinrichtung eines Röntgensystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Röntgeneinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
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Zum Transport zur Röntgeneinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Röntgeneinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
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Das Streustrahlgitter wird mit einer konstanten Bewegungsfrequenz hin- und her bewegt. In Kombination mit einem konstanten Gitterabstand ergibt sich für das Spektrum des Störsignals aufgrund der Gitterbewegung in dieser speziellen Ausführungsform ein auf eine Frequenz begrenztes scharfes Maximum, welches leicht erfassbar und rechnerisch leicht zu eliminieren ist. Als Spektrum des Störsignals und des Röntgensignals sollen in diesem Zusammenhang und auch im weiteren Verlauf der Beschreibung der Erfindung nicht die Energieverteilung der Röntgenstrahlung sondern ein Spektrum der Intensität der Röntgenstrahlung verstanden werden, welches von dem zeitlichen Verlauf der Intensität der Röntgenstrahlen und damit insbesondere von zeitlichen Änderungen der Intensität der Röntgenstahlen abhängig ist.
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Die Bewegungsfrequenz des Streustrahlgitters liegt niedriger als eine Aufnahmefrequenz, mit der eine Serie von Bildaufnahmen vorgenommen wird. Eine Serie von Bildaufnahmen bildet zusammen eine Bildaufnahme. D.h., die Intensitäten der einzelnen zeitlich nacheinander aufgenommenen Teilbilder einer Serie von Bildaufnahmen werden kombiniert, bevorzugt addiert. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens treten die Störungen durch die Gitterbewegungen nur bei einem Teil der Serie von Bildaufnahmen auf. Dies ist zumindest dann der Fall, wenn der Gitterabstand bzw. der Abstand der einzelnen Lamellen des Streustrahlgitters mehrere Sensorpixel des Röntgendetektors umfasst. Anhand der Serie der Bildaufnahmen lässt sich eine Periodizität der Störungen ablesen. Einzelne Intensitätsschwankungen, welche durch die Bewegung des Streustrahlgitters ausgelöst werden, werden mit hinreichender zeitlicher Auflösung erfasst.
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Bei der Auswertung der Röntgendetektorsignale wird eine Transformation der Röntgendetektorsignale von der Zeitdomäne in den Frequenzraum vorgenommen. Weiterhin wird der Signalanteil, dessen Frequenz bei der Frequenz der Bewegung des Streustrahlgitters liegt, also der Spektralanteil der Bewegung des Streustrahlgitters, herausgefiltert. Auf diese Weise werden durch die Gitterstrukturen verursachte Spektralanteile der Detektorsignale eliminiert.
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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 erfolgt die Bewegung des Streustrahlgitters orthogonal zu einer Normalen der Sensorfläche bzw. Detektionsfläche des Röntgendetektors und/oder zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlen. D.h., die Bewegung des Streustrahlgitters erfolgt bevorzugt orthogonal zu der Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung, welche von der Röntgenquelle emittiert wird. Dabei ist das Streustrahlgitter selbst bevorzugt orthogonal zu der Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung ausgerichtet, d.h. derart, dass der ungestreute Anteil der transmittierten Röntgenstrahlung auch durch das Streustrahlgitter transmittiert wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Streustrahlgitter mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Eine konstante Bewegung des Streustrahlgitters hat den Vorteil, dass bei konstantem Abstand der Gitterlamellen die durch das Streustrahlgitter verursachten Störsignale in festen Zeitintervallen auftreten und im Rahmen einer Auswertung leichter aus dem Gesamtspektrum der erfassten Röntgendetektorsignale zu eliminieren sind. In dieser bevorzugten Ausgestaltung treten die Störsignale periodisch auf und lassen sich in einer Spektralanalyse leicht identifizieren. Wird als Störsignal ein periodisches Signal mit bekannter Frequenz auf jedem Pixel des Detektors erzeugt, so können auch Gitter mit schlechterer Homogenität, also mit über die Rasterfläche lokal variierenden Gitterabständen, Rauigkeiten usw. eingesetzt werden. Es kann in einer solchen Ausgestaltung zum Beispiel auch auf eine Kalibration des Röntgensystems, um auf Verbiegungen des Rasters in unterschiedlichen Lagen des Röntgensystems zu reagieren, verzichtet werden.
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Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Streustrahlgitter quer zu der Normalen der Detektorfläche des Röntgendetektors periodisch hin- und her bewegt. Die Bewegungsrichtung des Streustrahlgitters wird also in festen Zeitabständen geändert. In dieser Ausgestaltung kann das Ausmaß der Verschiebung des Streustrahlgitters in Querrichtung begrenzt werden. Auch die Abmessungen des Streustrahlgitters können so auf den jeweils aktuellen Abbildungsbereich beschränkt werden.
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In einer bevorzugten Ausprägung erfolgt die Aufnahme einzelner Bilder einer Serie von Bildaufnahmen während der Zeitabschnitte, in denen das Gitter mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. In den Zeiten, in denen die Bewegungsrichtung des Gitters umgedreht wird, erfolgt keine Aufnahme von Bildern. Dies wird erreicht, indem der Start der Aufnahme einer Bildserie mit dem Erreichen einer konstanten Geschwindigkeit des Gitters synchronisiert wird und die Aufnahme endet, bevor das Gitter abgebremst wird. Bei dieser Ausgestaltung wird eine besonders exakte zeitliche Periodizität bei der Aufnahme der Gitterstrukturen erreicht, welche in der Spektraldarstellung in einem besonders scharfen Maximum des durch die Gitterstrukturen verursachten Spektralanteils resultiert.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Herausfiltern des Spektralanteils der Bewegung des Streustrahlgitters durch eine Rechnung ausgeführt, welche das Subtrahieren des Spektralanteils der Bewegung des Streustrahlgitters von dem Spektrum der Röntgendetektorsignale umfasst.
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In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Frequenzintervall festgelegt, in dem die Frequenz der Bewegung des Streustrahlgitters liegt, wobei die in dem festgelegten Frequenzintervall befindlichen Spektralanteile der Röntgendetektorsignale herausgefiltert werden. Eine Festlegung des Frequenzintervalls kann zum Beispiel vorab, d.h. vor der Bildaufnahme anhand von bekannten Messparametern, wie zum Beispiel einer Streuung der Gitterabstände, einer Streuung der Bewegungsgeschwindigkeit oder einer zeitlichen Schwankung der Frequenz der Bewegung des Streustrahlgitters, ermittelt werden. Das Frequenzintervall kann aber auch nach der Messung durch Analyse des Spektrums der Röntgendetektorsignale ermittelt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung weist das Streustrahlgitter eine eindimensionale Gitterstruktur mit einer Anzahl von Gitterlamellen auf, wobei die Gitterlamellen vorzugsweise orthogonal zur Bewegungsrichtung des Streustrahlgitters verlaufen. Bei dieser Ausgestaltung ergeben sich bei der Abbildung des bewegten Gitters keine Gitterstrukturen, die in der Abbildung als unbewegt erscheinen und somit einer spektralen Filterung nicht zugänglich wären.
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Das Streustrahlgitter der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung umfasst bevorzugt jeweils Aussparungen zwischen den Gitterlamellen, welche vorzugsweise mit Luft gefüllt sind und zwischen den Gitterlamellen jeweils als freie Aussparungen zum Durchtritt der Röntgenstrahlung angeordnet sind. Sind die Zwischenbereiche zwischen den Gitterstrukturen als Aussparungen ausgebildet, so ist die Abschwächung der Intensität der Röntgenstrahlung aufgrund des Streustrahlgitters herabgesetzt, so dass die Dosisbelastung des zu untersuchenden Objekts, beispielsweise ein Patient, bei gleicher Bildqualität niedriger als bei massiven Streustrahlgittern mit einer stärkeren Absorption von Röntgenstrahlen ausfallen kann.
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Die Erfindung ist im Übrigen nicht eingeschränkt auf planare Gitter und Röntgenquellen mit parallelen Strahlen. Handelsübliche Röntgenstrahler emittieren näherungsweise von einem Punkt aus, so dass in diesem Fall die Gitterlamellen auf diesen Punkt ausgerichtet werden können und das Gitter mit geeigneten mechanischen Aufbauten um diesen Punkt rotierend bewegt werden kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Röntgensystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 ein Flussdiagramm, mit dem ein Verfahren zum Erzeugen von Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht wird,
- 3 eine Darstellung eines Streustrahlgitters,
- 4 ein Schaubild, mit dem ein zeitlicher Verlauf eines Röntgendetektorsignals veranschaulicht wird,
- 5 ein Schaubild, mit dem ein Spektrum von Abschwächungswerten nach Transformation in den Frequenzraum veranschaulicht wird,
- 6 ein Röntgensystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist ein Röntgensystem 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das Röntgensystem 1 umfasst eine Röntgenquelle 2, mit der Röntgenstrahlen RS in z-Richtung, d.h. in Richtung eines Untersuchungsobjekts O, in dieser Ausführungsform ein Patient, emittiert werden. Der Patient O befindet sich auf einer Patientenliege L und wird von den emittierten Röntgenstrahlen RS in z-Richtung, d.h. in zu der Auflagefläche der Patientenliege L orthogonaler Richtung, durchleuchtet. Ein Teil der Röntgenstrahlen RS wird von dem Patienten O absorbiert. Ein anderer Teil der Röntgenstrahlen RS wird durch den Körper des Patienten O transmittiert. Dabei wird wiederum ein Teil der transmittierten Röntgenstrahlen im Körper des Patienten O gestreut, d.h. die Ausbreitungsrichtung der gestreuten Röntgenstrahlung weicht von der z-Richtung ab.
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Unterhalb der Patientenliege L in z-Richtung betrachtet, d.h. auf der der Röntgenquelle 2 und dem Patienten O entgegengesetzten Seite der Liege L, ist ein Röntgendetektor 4 angeordnet, welcher die durch den Körper des Patienten O transmittierte Röntgenstrahlung empfängt und ein ortsaufgelöstes und auch zeitlich aufgelöstes, von der Intensität der auftreffenden Röntgenstrahlung abhängiges Röntgendetektorsignal erzeugt. Der Röntgendetektor kann zum Beispiel Bildserien mit einer Frequenz von 0 bis 200 Hz aufnehmen. Auf diese Weise wird die zur Bildgebung eines einzelnen Bildes notwendige Dosis auf mehrere Bilder einer Bildserie verteilt. Zwischen der Patientenliege L und dem Röntgendetektor 4 ist ein Streustrahlgitter 3 angeordnet, welches von dem Körper des Patienten O gestreute Röntgenstrahlen absorbiert, so dass die aus dem Streustrahlgitter 3 zu dem Röntgendetektor 4 hin austretenden Röntgenstrahlen in z-Richtung, d.h. orthogonal zu einer Detektorfläche DF des Röntgendetektors 4 ausgerichtet sind. Wie in 1 und im Detail in 3 gezeigt ist, weist das Streustrahlgitter 3 Gitterlamellen 8 auf, die in y-Richtung, d.h. orthogonal zur Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung RS und zur Längsrichtung der Patientenliege L und des Patienten O verlaufen. Die einzelnen Gitterlamellen 8 des Streustrahlgitters 3 sind in x-Richtung voneinander, d.h. in Längsrichtung der Patientenliege L, in einem Gitterabstand D voneinander entfernt angeordnet.
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In der 1 ist weiterhin ein Aktor 5 gezeigt, mit dem das Streustrahlgitter 3 quer zur Richtung der Gitterlamellen 8, d.h. in x-Richtung, hier auch mit BR gekennzeichnet, bevorzugt periodisch hin- und her bewegt wird. Indem das Streustrahlgitter 3 in einer Richtung BR, d.h. in diesem Fall in x-Richtung, bewegt wird, wird verhindert, dass die Strukturen des Streustrahlgitters 3 als Linien auf der Röntgenaufnahme auftreten. Der Aktor 5 wird von einer Steuereinrichtung 6 angesteuert, welche Steuersignale BSS an den Aktor 5 sendet, mit denen zum Beispiel ein Startbefehl, ein Haltebefehl und ein Signal, mit dem eine Bewegungsgeschwindigkeit des Streustrahlgitters festgelegt wird, an den Aktor 5 übermittelt werden. Die Steuereinrichtung 6 ist auch zusätzlich mit der Röntgenquelle 2 und der Patientenliege L verbunden. Die Steuereinrichtung 6 sendet an die Röntgenquelle 2 ein Röntgensteuersignal RSS, mit dem zum Beispiel eine Intensität der Röntgenstrahlen der Röntgenquelle 2 und/oder eine Energie der Röntgenstrahlen bzw. Energieverteilung der Röntgenstrahlen festgelegt werden. Weiterhin sendet die Steuereinrichtung 6 ein Positionssignal PSS an einen Positionierungsmechanismus (nicht gezeigt) der Patientenliege L, mit dem die Position des Patienten O eingestellt werden kann.
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Weiterhin synchronisiert die Steuereinrichtung 6 den Aktor 5, die Röntgenquelle 2 und die Auswertungseinheit 7 vorzugsweise derart, dass die Aufnahme einer Bildserie und die Röntgenstrahlungserzeugung startet, wenn eine konstante Geschwindigkeit des Gitters 3 erreicht ist.
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Zwar wird durch die Bewegung des Streustrahlgitters 3 vermieden, dass die Gitterlamellen als in y-Richtung verlaufende Linien auf der Bildaufnahme erscheinen, jedoch tritt die von den Gitterlamellen auf die Detektorfläche DF projizierte Struktur nun als zeitlich periodisches Störsignal bei der Bildaufnahme auf. Um dieses Störsignal zu kompensieren, wird das erfasste Detektorsignal IS von einer Auswertungseinheit 7 derart weiterverarbeitet, dass das von den Gitterlamellen 8 herrührende Störsignal eliminiert wird. Beispielsweise wird ein Spektralanteil des Detektorsignals, welcher der Frequenz fG der Bewegung des Streustrahlgitters 3 entspricht, aus den Bilddaten herausgefiltert. Als Spektrum soll wie sonst in der gesamten Anmeldung auch, wenn es nicht ausdrücklich anders bezeichnet ist, ein Spektrum der zeitlichen Intensitätsschwankungen der Röntgenstrahlen verstanden werden. Das Herausfiltern kann zum Beispiel eine Transformation der zeitabhängigen Bilddaten in den Frequenzraum umfassen. Anschließend wird das aus der Transformation erhaltene Spektrum hinsichtlich der Ausprägung eines zeitabhängigen Maximums der Abschwächung der Röntgenstrahlung (entspricht einem Minimum der erfassten Intensität der Röntgenstrahlung) untersucht, welches mit der Frequenz fG der Gitterbewegung korreliert ist. Es wird ein Frequenzintervall IFG um die Frequenz fG der Gitterbewegung festgelegt, in dem das Maximum liegt (siehe 5). Weiterhin werden Spektralanteile der Bilddaten, welche in dem genannten Frequenzintervall IFG um die Frequenz fG der Bewegung des Streustrahlgitters 3 liegen, eliminiert. Für die Festlegung des Frequenzintervalls IFG kann zum Beispiel ein Schwellwert Amin der spektralen Abschwächung A(f) festgelegt werden, welcher innerhalb des Frequenzintervalls IFG überschritten sein muss. Technisch kann eine solche Filterung beispielsweise mit Hilfe eines Bandpassfilters realisiert sein, der auf das gefundene Frequenzintervall IFG eingestellt ist. Alternativ kann eine Filterung auch nach einer Digitalisierung der Bilddaten rein rechnerisch durchgeführt werden. Rechnerisch kann zum Beispiel die Filterung durch eine Faltung der zeitabhängigen Bilddaten mit einer Filterfunktion realisiert werden. Im Frequenzraum entspricht eine solche Faltung der Multiplikation der transformierten Filterfunktion mit dem Abschwächungsspektrum A(f) der Bilddaten. Wird die Rechenoperation für die Filterung im Frequenzraum durchgeführt, so muss anschließend das gefilterte Abschwächungsspektrum in die Zeitdomäne rücktransformiert werden. Man erhält so um das Störsignal der Gitterbewegung bereinigte Bilddaten.
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In 2 ist ein Verfahren 200 zum Erzeugen von Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt O gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 2.1 werden Röntgenstrahlen RS in Richtung eines Röntgendetektors 4 und des zwischen dem Röntgendetektor 4 und einer Röntgenquelle 2 befindlichen Untersuchungsobjekts O emittiert. Bei dem Schritt 2.II wird ein Streustrahlgitter 3, welches zwischen dem Untersuchungsobjekt O und dem Röntgendetektor 2 angeordnet ist, lateral zur Detektionsfläche DF des Röntgendetektors 4 bewegt. Bei dem Schritt 2. III werden für jedes Pixel des Röntgendetektors 4 zeitabhängige Intensitätsdaten IS der auf dem Röntgendetektor 4 auftreffenden Röntgenstrahlung RS erfasst. Zu den Intensitätsdaten komplementär sind entsprechende Abschwächungswerte A(t), welche eine Information bezüglich der Abschwächung der Röntgenstrahlung durch ein oder mehrere zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor befindlichen Objekte umfassen. Anschließend werden diese zeitabhängigen Messdaten A(t) bei dem Schritt 2.IV in den Frequenzraum transformiert. Bei dem Schritt 2.V wird eine Analyse des durch die Transformation erhaltenen Abschwächungsspektrums durchgeführt. Wie bereits erwähnt, wird insbesondere ein Maximum der Abschwächung bei der Frequenz fG der Gitterbewegung analysiert, wobei zum Beispiel dessen Position und Breite ermittelt werden. Dabei kann zum Beispiel auch ein Frequenzintervall IFG festgelegt werden, welches der Breite des Maximums entspricht und welches den herauszufilternden Frequenzbereich darstellt.
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Bei dem Schritt 2.VI wird nun eine Filterung FL der zeitabhängigen Messdaten A(t) in Abhängigkeit von der bei dem Schritt 2.V durchgeführten Analyse vorgenommen. Die Filterung FL kann als Faltung einer den gemessenen zeitabhängigen Abschwächungswerten A(t) entsprechenden Funktion mit einer Filterfunktion verstanden werden. Im Frequenzraum entspricht eine solche Faltung einfach dem Produkt aus der transformierten Filterfunktion und dem durch die Transformation der Funktion der zeitabhängigen Abschwächungswerte in den Frequenzraum gewonnenen Abschwächungsspektrum A(f). Bei dem Schritt 2.VII erfolgt eine Rücktransformation RT des gefilterten Abschwächungsspektrums in die Zeitdomäne. Die so erhaltenen gefilterten Bilddaten werden bei dem Schritt 2.VIII in einem Bildspeicher abgespeichert oder auf einem Bildschirm angezeigt.
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In 3 ist ein Streustrahlgitter 3, wie es zum Beispiel bei der Anordnung in 1 zum Einsatz kommt, im Detail gezeigt. Das Streustrahlgitter 3 weist eine Mehrzahl von Gitterlamellen 8 auf, die in y-Richtung ausgerichtet sind. Die Gitterlamellen 8 sind in einem Abstand D voneinander angeordnet. Der Abstand D zwischen den Gitterlamellen kann zum Beispiel etwa 1 mm betragen. Die Dicke der Gitterlamellen 8 beträgt üblicherweise 10 bis 200 µm. Das Gitter 3 wird während einer Röntgenaufnahme in x-Richtung mit der Geschwindigkeit v bewegt. Vorzugsweise wird das Gitter 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit hin- und her bewegt. Eine typische Geschwindigkeit, mit der das Gitter 3 bewegt wird, liegt bei 3 mm/s. Dann ergibt sich die Frequenz fG = v/D zu 3 Hz. Umgekehrt beträgt in diesem Rechenbeispiel, welches nicht einschränkend zu verstehen ist, die Schwankungsperiode TG des Gitters 3 bzw. die Periode, mit der das Gitter 3 hin- und her bewegt wird, etwa 0,33 Sekunden.
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In 4 ist ein Schaubild gezeigt, welches den zeitlichen Verlauf von für ein ausgewähltes Pixel eines Röntgendetektors gemessenen Abschwächungswerten A(t) (in willkürlichen Einheiten a.u.) veranschaulicht. Die Abschwächungswerte schwanken mit der Zeit t. D.h., sie weisen Maxima zu den Zeiten T1 und T2 auf, bei denen eine Gitterlamelle über das betrachtete Pixel des Röntgendetektors hinwegstreicht. Zu den übrigen Zeiten bleibt der Abschwächungswert A(t) im Wesentlichen konstant. Der zeitliche Abstand zwischen den beiden Zeiten T1, T2 entspricht der Schwankungsperiode TG des Gitters 3. Diese Periode TG ergibt sich aus der Frequenz fG, mit der das Gitter 3 bewegt wird, zu TG = 1/fG.
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In 5 ist ein Schaubild dargestellt, welches die gemessenen Abschwächungswerte A (in willkürlichen Einheiten a.u.) als Spektrum A(f) im Frequenzraum veranschaulicht. Bei der Frequenz f = 0 Hz ist ein erstes Maximum zu erkennen, welches den Anteilen der Spektralverteilung der Abschwächungswerte A des Röntgenbilds entspricht, die von der eigentlichen Bildaufnahme ohne die Bewegung des Streustrahlgitters 3 herrühren. Bei der Frequenz fG, mit der das Streustrahlgitter 3 hin- und her bewegt wird, ist ein zweites Maximum zu erkennen. Das zweite Maximum hat eine gewisse Breite, welche der Ausdehnung des Gitterfrequenzintervalls IFG entspricht. Die Ausdehnung dieses Gitterfrequenzintervalls IFG kann zum Beispiel durch eine zeitliche Variation der Frequenz, mit der das Gitter bewegt wird, oder durch eine räumliche Variation der Gitterlamellenabstände oder der Gitterlamellendicke bedingt sein. Der in dem Gitterfrequenzintervall IFG liegende Spektralanteil wird erfindungsgemäß aus dem Abschwächungsspektrum A(f) entfernt, um so ein von der Struktur der Gitterlamellen unbeeinflusstes Röntgenbild von einem Patienten zu erhalten. Bei der Kurve im Schaubild 5 wurde angenommen, dass die Aufnahmefrequenz viel größer als die Frequenz fG ist und daher außerhalb des dargestellten Frequenzbereiches liegt.
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In 6 sind Details eines Röntgensystem 1a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das Röntgensystem 1a umfasst eine Röntgenquelle 2a, mit der Röntgenstrahlen RS in radialer Richtung als Fächerstrahl von dem Mittelpunkt M bzw. der Achse M, welche sich an der Austrittstelle der Röntgenstrahlung RS an der Röntgenquelle 2a befindet, in Richtung eines Patienten O emittiert werden. Der Patient O befindet sich auf einer Patientenliege L und wird von den emittierten Röntgenstrahlen RS in radialer Richtung um den Mittelpunkt M durchleuchtet. Ein Teil der Röntgenstrahlen RS wird von dem Patienten O absorbiert. Ein anderer Teil der Röntgenstrahlen RS wird durch den Körper des Patienten O transmittiert. Dabei wird wiederum ein Teil der transmittierten Röntgenstrahlen im Körper des Patienten O gestreut, d.h. die Ausbreitungsrichtung der gestreuten Röntgenstrahlung weicht von der radialen Richtung ab.
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Unterhalb der Patientenliege L auf der der Röntgenquelle 2a und dem Patienten O entgegengesetzten Seite der Liege L ist ein Röntgendetektor 4a angeordnet, welcher die durch den Körper des Patienten O transmittierte Röntgenstrahlung empfängt und ein ortsaufgelöstes und auch zeitlich aufgelöstes, von der Intensität der auftreffenden Röntgenstrahlung abhängiges Röntgendetektorsignal erzeugt. Die Detektorfläche DF des Röntgendetektors ist entsprechend der radialen Ausrichtung der Röntgenstrahlung RS in diesem Ausführungsbeispiel leicht gekrümmt. Die Krümmung der Detektorfläche DF des Röntgendetektors 4a entspricht der Krümmung eines Kreises mit einem Radius, welcher dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt M und der Detektorfläche DF entspricht. Zwischen der Patientenliege L und dem Röntgendetektor 4a ist ein Streustrahlgitter 3a angeordnet, welches von dem Körper des Patienten O gestreute Röntgenstrahlen absorbiert, so dass die aus dem Streustrahlgitter 3a zu dem Röntgendetektor 4a hin austretenden Röntgenstrahlen RS in radialer Richtung, d.h. orthogonal zu der gekrümmten Detektorfläche DF des Röntgendetektors 4a ausgerichtet sind.
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Das Streustrahlgitter 3a ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls bogenförmig gekrümmt. Die Krümmung des Streustrahlgitters 3a entspricht der Krümmung eines Kreises mit einem Radius, welcher dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt M und dem Streustrahlgitter 3a entspricht. Das Streustrahlgitter 3a weist Gitterlamellen 8a auf, die in y-Richtung, d.h. orthogonal zur radialen Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung RS und zur Längsrichtung der Patientenliege L und des Patienten O verlaufen. Die einzelnen Gitterlamellen 8a des Streustrahlgitters 3a sind in Bogenrichtung des Streustrahlgitters 3a in einem vorzugsweise regelmäßigen Gitterabstand voneinander entfernt angeordnet. Die in der 6 gezeigte Ausführungsform umfasst ebenso wie die in der 1 gezeigte Ausführungsform (in 6 nicht gezeigte) Einheiten, wie zum Beispiel eine Steuereinrichtung, eine Auswertungseinheit und ein Aktor. Das Streustrahlgitter 3a wird während der Bildaufnahme in Bogenrichtung BR hin und her bewegt. Es findet bei dieser Ausführungsform eine Art Rotationsbewegung des Streustrahlgitters 3a um den Mittelpunkt M, d.h. den Ausgangspunkt des Röntgenstrahls bzw. um eine senkrecht zur Papierebene durch den genannten Mittelpunkt M verlaufende Achse statt.
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Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Röntgeneinrichtung können insbesondere auf dem Gebiet der Radiograhphie und der Angiographie Anwendung finden. Als Röntgeneinrichtungen können zum Beispiel sogenannte C-Bogengeräte oder auch Röntgensysteme mit einer an einem Träger, beispielsweise einem an einer Zimmerdecke montierten Träger, aufgehängten Röntgenquelle verwendet werden.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorbeschriebenen Verfahren 200 zum Erzeugen von Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt und der vorbeschriebenen Röntgeneinrichtung 1 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 200 und die Röntgeneinrichtung 1 in erster Linie anhand einer Aufnahme von medizinischen Bilddaten erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung im medizinischen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung kann auch grundsätzlich auf die Aufnahme von Bildern für andere Zwecke 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“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a
- Röntgensystem / Röntgeneinrichtung
- 2, 2a
- Röntgenquelle
- 3, 3a
- Streustrahlgitter
- 4, 4a
- Röntgendetektor
- 5
- Aktor
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Auswertungseinheit
- 8, 8a
- Gitterlamellen
- A, A(t)
- Abschwächungsdaten / Messdaten
- BR
- Bewegungsrichtung
- BSS
- Steuersignal
- D
- Gitterabstand
- DF
- Detektorfläche
- fG
- Frequenz
- IFG
- Frequenzintervall
- FL
- Filterung
- FT
- Fouriertransformation
- L
- Patientenliege
- O
- Untersuchungsobjekt
- PSS
- Positionssignal
- RS
- Röntgenstrahlen
- RSS
- Röntgensteuersignal
- RT
- Rücktransformation
- T1, T2
- Messzeitpunkte
- TG
- Schwankungsperiode
- V
- Geschwindigkeit