-
Gebiet der
Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf digitale bildgebende Systeme und mehr im Einzelnen
auf ein System und eine Vorgehensweise, um beim Zentrieren einer
Strahlungsquelle bezüglich eines
digitalen Detektors in einem digitalen bildgebenden System einen
Versatz zu erkennen und zwar unabhängig von Änderungen der Dimensionen des Untersuchungsraums,
des Trägeraufbaus
oder mechanischer Verbindungen.
-
Technischer
Hintergrund der Erfindung
-
Röntgenstrahlsysteme,
wie digitale radiographische bildegebende Systeme, weisen eine Röntgenstrahlröhre oder
-quelle und einen Detektor auf. Die Quelle ist an einem Träger, wie
einer Wand oder der Decke eines Untersuchungsraums beweglich angebracht,
während
der Detektor auf einem horizontalen Tisch oder vertikalen Gestell
vorgesehen ist. Typischerweise sind auch die den Detektor tragenden Einrichtungen
in wenigstens einer Richtung beweglich.
-
Bei einer typischen Anlage ist die
Quelle auf einer an der Decke des Röntgenuntersuchungsraums angeordneten
Schiene gelagert, während
der Detektor oder digitale Wandständer auf einem Gestell angeordnet
ist, das an einer Wand des Raumes steht. Die Quelle ist in Längsrichtung,
in seitlicher Richtung und in vertikaler Richtung beweglich und kann
auch in eine Anzahl Winkelstellungen gedreht werden. Der Detektor
kann auch beweglich sein, typischerweise in einer seitlichen und
vertikalen Richtung. Wegen der großen Vielfalt möglicher
Stellungen wird das medizinische bildgebende System beim Einschalten
so kalibriert, dass auf der Grundlage einer Rückkopplung festgestellt werden
kann, dass die Quelle auf ein seitliches und vertikales Zentrum
des Detektors, bei bekanntem Abstand zwischen Quelle und Bild (SID)
ausgerichtet ist.
-
Die Installation und der Setups typischer
bekannter digitaler bildgebender Systeme, wie digitale radiographische
bildgebende Systeme sind sowohl kompliziert als auch zeitaufwendig.
Um den Kundenwünschen
nach hoher Bildqualität
und Beständigkeit zu
genügen
und verschiedenen Vorschriften und Sicherheitsstandards zu genügen, erfordert
die typische Vorgangsweise die Bestimmung einer Anzahl unterschiedlicher
Konstanten, einschließlich
fixer Bezugspunkte für
die seitliche Zentrierung der Röntgenstrahlquelle
bezüglich
des Zentrums des Detektors und die Einrichtung fixer Bezugspunkte
(oder Raststellungen) zum Einstellen des Abstandes zwischen der
Röntgenstrahlquelle
und dem Röntgenstrahldetektor
und die Kalibrierung des Systems in der Weise, dass eine genaue
Angabe dieses trennenden Abstandes erreicht werden kann. Die Bestimmung
und die Einrichtung dieses trennenden Abstandes, der als Quelle-Bildabstand
(SID) bezeichnet wird, trägt dazu
bei, die Größe des Röntgenstrahlfeldes
bei der diagnostischen Verwendung des bildgebenden Systems ordnungsgemäß zu steuern.
Darüberhinaus verlangen
viele Vorschriften, dass der SID dem Bediener oder Benutzer des
Systems mit einem gewissen Maß an
Genauigkeit klar angezeigt werden muss.
-
In jüngerer Zeit wurden automatisierte
Verfahren zur Einrichtung des seitlichen und vertikalen Mittelpunkts
des Detektors entwickelt. Diese ergeben eine Verbesserung gegenüber den
bekannten Verfahren, indem sie die Notwendigkeit einer Anzahl „harter" Anschläge und Raststellungen
entfallen lassen und dafür
eine Flexibilität
bei der Verstellung der Quelle bezüglich des Detektors bieten.
-
Wenngleich diese Kalibrierverfahren
einwandfrei brauchbar sind, wenn die mechanischen Verbindungsteile
und Befestigungsorte gerade ausgebildet sind, gibt es doch oft auch
Unregelmäßigkeiten
in diesen Verbindungsteilen und Befestigungsorten. Bei der Bewegung
der Quelle von einer einjustierten Stellung in eine nicht einjustierte
Stellung kann ein Versatz zwischen der erwarteten Stellung und der tatsächlichen
Stellung der Vorrichtung auftreten. So kann z.B. in einem Untersuchungsraum
sich der Abstand zwischen dem Fußboden und der Decke über den
Raum ändern.
Das bedeutet, dass wenn entweder die Röntgenstrahlenquelle oder der
Detektor längs
einer scheinbar geraden Linie bewegt wird, die Ausrichtung der Quelle
auf den Detektor verloren geht, was zu einem Bild führt, in
dem das Blickfeld nicht ordnungsgemäß auf dem Patienten liegt.
In diesem Fall können
die sich ergebenden Bilder entweder ungenau plaziert oder angeschnitten
sein, so dass der Teil der Anatomie, der abgebildet werden sollte,
weggeblieben ist.
-
Es besteht deshalb der Wunsch ein
System zum Installieren und Kalibrieren eines digitalen radiographischen
oder bildgebenden Systems zu schaffen, das Änderungen oder Abweichungen
in der umgebenden Raumstruktur berücksichtigt, wenn die Quelle
und Detektorbauelemente des Systems eine Ortsveränderung erfahren.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die Erfindung ist auf eine oder mehrere
der oben genannten Nachteile gerichtet.
-
So beinhaltet z.B. ein Verfahren
zum Abgleichen oder Kalibrieren der Ausrichtung einer Quelle auf
einen Detektor in einem medizinischen bildgebenden System zur Berücksichtigung
von auf mechanische oder physikalische Ausrichtungsfehler in dem
System zurückzuführenden Änderungen,
dass zunächst
eine Ausgangsposition sowohl für
die Quelle als auch den Detektor bei einem bekannten Quelle/Bildabstand
bestimmt wird. Daran anschließend wird
die Quelle in einen zweiten Quelle/Bildabstand bewegt. Bei dem zweiten
Quelle/Bildabstand wird eine Abweichung oder ein Versatz zwischen
einem erwarteten Ort der Quelle und einem tatsächlichen Ort der Quelle berechnet.
Im Betrieb des medizinischen bildgebenden Systems wird die Quelle
um einen Abstand bewegt, der äquivalent
dem Versatz ist, bei dem die Quelle und der Detektor aufeinander ausgerichtet
sind.
-
Unter einem anderen Gesichtspunkt
wird ein Verfahren zum Kalibrieren der Position eines digitalen
radiographischen bildgebenden Systems geschaffen. Bei diesem Verfahren
wird zunächst
eine Ausgangsposition mit einem ersten bekannten Quelle/Bildabstand
kalibriert. Sodann wird der Quelle/Bildabstand verändert, die
Quelle wird auf den Detektor gerichtet, die Quelle wird in eine
ausgerichtete Position bewegt, in der die Quelle auf den Detektor ausgerichtet
ist. Ein Versatz wird als Funktion der ausgerichteten Position berechnet.
Der Versatz wird gespeichert und der Vorgang wird an einer Anzahl Orten
wiederholt, die jeweils einen Versatz (Ansichtfelder) ergeben, wobei
eine Versatz-karte hergestellt wird. Während des Echtzeitbetriebs
können
diese Versatzwerte dazu verwendet werden, die Quelle und den Detektor
aufeinander auszurichten, um eine Bildbeschneidung oder Ausrichtfehler
zu vermeiden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines digitalen röntgenbildgebenden Systems in
dem die vorliegende Technik verwirklicht ist,
-
2 ist
eine diagrammartige Veranschaulichung eines digitalen röntgenbildgebenden
Systems, in dem die vorliegende Technik verwirklicht ist,
-
3 ist
eine diagrammartige Veranschaulichung bestimmter Funktionsschaltungen
zur Erzeugung von Bilddaten in einem Detektor des Systems der 1,
-
4 ist
ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Positionskalibriervorgangs
für das
medizinische bildgebende System nach 1,
-
5 ist
eine blockdiagrammartige Veranschaulichung eines beispielhaften
Anfangskalibriervorgangs zum Kalibrieren der Position des medizinischen
bildgebenden Systems nach 1;
und
-
6 ist
eine Seitenansicht der Quelle und des Detektors nach Fig., unter
Veranschaulichung eines Aus richtfehlers (Versatz), der durch bauliche
Unregelmäßigkeiten
in dem medizinischen bildgebenden Trägersystem hervorgerufen sind
und Darstellung einer entsprechenden dadurch hervorgerufenen Lageabweichung.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung erfolgt,
unter Bezugnahme auf ein digitales radiographisches bildgebendes
System, das eine Röntgenstrahlenquelle
und einen digitalen Detektor aufweist, der dazu eingerichtet ist
von der Quelle erzeugte Röntgenstrahlen
zu empfangen. Es versteht sich aber, dass das System und das hier
beschriebene Verfahren auch bei anderen Arten von digitalen bildgebenden
Systemen Verwendung finden können,
die eine Quelle aufweisen, welche eine andere Strahlung wie in dem
Röntgenstrahlenspektrum
enthalten, erzeugten (z.B. sichtbares Licht, Infrarot, etc.). Bei
solchen bildgebenden Systemen ist ein geeigneter digitaler Detektor
vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, die spezielle Art der Strahlung,
die von der Strahlungsquelle erzeugt wird, zu erfassen.
-
Bezugnehmend nun auf die Figuren
und hier insbesondere auf die 1, 2 ist dort eine perspektivische
Ansicht und eine diagrammartige Veranschaulichung eines bildgebendes
Systems 10 zum Akquirieren und Verarbeiten diskreter Pixelbilddaten dargestellt.
Bei den veranschaulichten Ausführungsformen
ist das System 10 ein digitales Röntgenstrahlsystem, das die
Installations- und Kalibrierungsvorgänge so erleichert, dass anschließend genaue
Bilddaten akquiriert und von dem System 10 für die Abgabe
und die Darstellung verarbeitet werden können. Bei der in den 1, 2 ver anschaulichten Ausführungsform
beinhaltet das bildgebende System 10 eine Röntgenstrahlquelle 12,
die eine Kollimatoreinrichtung 14 aufweist. Die Quelle 12 ist
dazu eingerichtet einen Röntgenstrahl,
der allgemein mit den Bezugszeichen 16 bezeichnet ist,
zu erzeugen, der durch eine Öffnung 15 in
der Kollimatoreinrichtung 14 verläuft. Die Öffnung 15 in dem Kollimator 14 ist
einstellbar (z.B. in dem die Lage der (nicht dargestellten) Kollimatorflügel so verstellt
wird, dass die Größe (d.h. der
Strahlwinkel) des Röntgenstrahls 16 verändert werden
kann). Nach dem Durchlaufen der Öffnung 15 der
Kollimatoreinrichtung 14 trifft der Röntgenstrahl 16 auf
einen digitalen Röntgenstrahldetektor 22 auf,
von dem er erfasst wird. Der Detektor 22 wandelt die auf
seiner Oberfläche
empfangenen Röntgenphotonen
in Photonen niedriger Energie und anschließend in elektrische Signale
um, die akquiriert und zur Rekonstruktion eines Bildes verarbeitet
werden. Ein Laser 23, der einen Laserstrahl 17 längs des Strahlenwegs
des Röntgenstrahls 16 durch
den Kollimator 14 schickt, ist als Teil in der Kollimatoreinrichtung
enthalten und hilft mit, den Detektor 22 bezüglich der
Quelle 12, wie im Nachfolgenden beschrieben, zu positionieren
und zu kalibrieren.
-
Das System 10 ist in einem
Untersuchungsraum angeordnet. Der Untersuchungsraum kann z.B. eine
horizontale Patientenpositioniereinrichtung 23 oder einen
Tisch zum Positionieren eines abzubildenden Objektes, etwa eines
Patienten enthalten. Die horizontale Positioniereinrichtung kann
einen längs
einer Translationsachse (z.B. der Längsachse) des Tisches angeordneten
Fahrweg aufweisen, um einen Detektor 22 von einem Ende
des Tisches zu dem anderen zu bewegen. Eine Bewegung des Detektors 22 gibt
dem System 10 Flexibilität, weil ein beweglicher Detektor
es erlaubt, verschiedene anatomische Bereiche eines Patienten abzubilden,
ohne dass der Patient umgelagert werden müsste, und außerdem kann
er sich leicht an Patienten unterschiedlicher Größe anpassen.
-
Der Untersuchungsraum kann auch einen aufrechtstehenden
oder vertikalen Träger
oder Wandständer 25 aufweisen,
an dem ein Objekt, etwa ein Patient, positioniert werden kann. Ein
solcher aufrechtstehender Träger 25 kann
eine längs
einer Translationsachse des Trägers 25 angeordnete
Laufbahn aufweisen, so dass ein Detektor 22 zwischen einer
oberen und einer unteren vertikalen Stellung bewegt werden kann.
Eine derartige Bewegung erlaubt, wie bereits erwähnt, eine vorteilhafte Anpassung
an Objekte verschiedener Größe und/oder
erleichtert die Abbildung verschiedener anatomischer Aufnahmeobjekte.
-
In dem Untersuchungsraum ist außerdem eine
Röntgenstrahlquelle 12 angeordnet,
die in einer Längsrichtung,
einer seitlichen Richtung und einer vertikalen Richtung (ebenso
wie um zwei winkelmäßige Freiheitsgrade)
bewegbar ist, so dass die Quelle 12 so positioniert werden
kann, dass sie ein Röntgenstrahlfeld
erzeugt, das von einem Detektor 22 erfasst werden kann,
der einer horizontalen Patientenpositioniereinrichtung zugeordnet
ist oder von einem Detektor 22, der einem vertikalen Träger 25 zugeordnet ist.
Die Quelle 12 kann bspw. in der Längsrichtung längs einer
Laufbahn 31 und in einer seitwärtigen Richtung längs einer
Laufbahn 33 bewegbar sein, die an der Decke 51 des
Untersuchungsraums oder an den die Quelle 12 tragenden
Gestellteilen angeordnet sind und sie kann außerdem vertikal längs eines Teleskoparms 35 verstellbar
sein. Die Quelle 12 kann in Längsrichtung seitlich bezüglich der
Längsrichtung und
vertikal bezüglich
der Längsrichtung
bewegbar sein. Darüberhinaus
kann die Quelle 12 winkelmäßig verdrehbar sein, so dass
die gleiche Quelle in Verbindung entweder mit einem Detektor 12,
der einer horizontalen Positioniereinrichtung 23 oder mit
einem Detektor 22 verwendet werden kann, der einem aufrechtstehen den
Träger 25 zugeordnet
ist.
-
Bei der in den 1, 2 dargestellten
Ausführungsform
enthält
das bildgebende System 10 außerdem einen Positionsfühler 18 der
Quelle, um ein für die
jeweilige Stellung der Quelle in der Längsrichtung, in der Seitenrichtung
und/oder in der vertikalen Richtung kennzeichnendes elektrische
Signal oder entsprechende elektrische Signale abzugeben, mit denen
der jeweilige Ort der Quelle 12 in drei katesischen Koordinaten
bestimmt werden kann. Das System 10 enthält außerdem einen
Positionsfühler 19 für den Detektor,
um die Stellung des Detektors 22 bezüglich der Translationsachse
der horizontalen Positioniereinrichtung 23 oder des aufrechtstehenden Trägers 25 zu
erfassen. Abhängig
von der Ausbildung des für
den Detektor 22 verwendeten Trägers und der entsprechenden
Zahl der Bewegungsfreiheitsgrade, kann der Positionsfühler 19 ein
elektrisches Signal oder entsprechende Signale abgeben, die für die jeweilige
Position des Detektors in einer Längsrichtung, einer Seitenrichtung,
einer Vertikalrichtung in einem Drehsinn und/oder die jeweilige Winkelstellung
kennzeichnend sind. So ist z.B. ein aufrechtstehender Träger 25 typischerweise
in einer vertikalen Richtung und im Sinne einer Winkelbewegung bewegbar,
weshalb die jeweilige Stellung des Trägers 25 mit zwei elektrischen
Signalen gekennzeichnet werden kann. Andere Formen von Trägern können zusätzliche
Achsen aufweisen, längs
derer eine Bewegung möglich
ist. Wenngleich die Positionsfühler 18, 19 als
ein einziger Kasten dargestellt sind, so hängt doch die tatsächliche
Zahl der bei einer gegebenen Ausführungsform verwendeten Positionsfühler von
der Zahl der Achsen ab, längs
derer eine Bewegung erfolgt. Beispielhafte Positionsfühler 18, 19 sind
kontinuierliche Lage- oder Positionssensoren, wie optische Weggeber
(Encoder), Potentiometer, etc.. Außerdem kann das System 10 einen
lagefühlenden
Wandler 21 aufweisen, um die Größe oder eine Veränderung
der Größe der Öffnung 15 der Kollimatoreinrichtung 14 zu
erfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein solcher
eine Stellung erfassender Wandler 21 wie er typischerweise
in einer gebräuchlichen
Kollimatoreinrichtung vorgesehen ist, die Größe der Öffnung 15 dadurch
erfassen, dass er die jeweilige Stellung beweglicher Kollimatorlamellen
erfasst, die dazu verstellt werden können, Öffnungen verschiedener Größe zu erzeugen.
-
Die Quelle 12 ist von einer
Stromversorgungs-/Steuereinheit 24 gesteuert, die sowohl
Leistung- als auch Steuersignale für die Installations- und Setupvorgänge wie
auch für
Untersuchungsschrittfolgen liefert.
-
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann
die Steuerschaltung 24 außerdem Positionier- oder Bewegungssteuerelemente,
wie eine Motorantriebsschaltung und einen Motor, aufweisen, um die Quelle 12 längs einer
Längsachse,
einer seitlichen Achse und/oder einer Vertikalachse zu bewegen. Wie
außerdem
in 1 dargestellt, ist
der Detektor 22 mit einer Detektorsteuereinrichtung 26 gekoppelt, die
die Akquisition der in dem Detektor erzeugten bildgebenden Signale
steuert. Die Detektorsteuereinrichtung 26 kann auch verschiedene
Signalverarbeitungs- und Filterfunktionen ausüben, wie etwa zur Anfangseinjustierung
dynamischer Bereiche, Verschachteln digitaler Bilddaten, usw.. Außerdem kann die
Detektorsteuereinrichtung 26 Positionier- oder Bewegungssteuerelemente,
wie eine Motorantriebsschaltung und einen Motor enthalten, um den
Detektor 22 längs
der Translationsachse der Patientenpositioniereinrichtung einzustellen.
-
Sowohl die Netz-/Steuerschaltung 24 als auch
die Detektorsteuereinrichtung 26 sprechen auf Signale von
der Systemsteuereinrichtung 28 an. Allgemein bestimmt die
Systemsteuereinrichtung 28 die Funktionsweise des bildgebendes Systems,
um die Installations- und Einrichtungsvorgänge auszuführen, einschließlich der
Erzeugung von Befehlssignalen zur Steuerung der Bewegung und Positionierung der
Quelle 12 und des Detektors 22. Die Systemsteuereinrichtung 28 bestimmt
auch den Betriebsablauf des bildgebenden Systems in der Weise, dass
dieses Prüfungsprotokolle
ausfertigt und akquirierte Bilddaten verarbeitet. In diesem Zusammenhang
enthält die
Systemsteuereinrichtung 28 Verarbeitungsschaltungen, die
typischerweise auf einem Mehrzweck- oder auf einem anwendungsspezifischen
digitalen Computer, einer zugeordneten Speicherschaltung zum Speichern
von Programmen und Routinen, die von dem Computer ausgeführt werden
sowie von Konfigurationsparametern und Bilddaten, auf Interfaceschaltungen,
usw. basieren. Bei der in 2 dargestellten
Ausführungsform
empfängt
die Systemsteuereinrichtung 28 (oder ein geeignetes Verarbeitungsmodul)
entsprechend einem gespeicherten Setup-Programm Rückkopplungssignale
von den Positionsfühlern 18, 19, 21 und
Bilddaten von der Detektorsteuereinrichtung 26 und verarbeitet
die Signale und Daten zur Bestimmung der jeweiligen Position der
Quelle 12 bezüglich
des Detektors 22 und um außerdem Stellungsfehler oder
einen Versatz zu berechnen und zu speichern, der von Unregelmäßigkeiten
in dem Untersuchungsraum oder mechanischen Ausrichtfehlern herrührt, wie
dies oben beschrieben worden ist.
-
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Systemsteuereinrichtung 28 außerdem mit
wenigstens einer Ausgabevorrichtung, wie einem Display oder Drucker,
verlinkt, das bzw. der mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet
ist. Die Ausgabevorrichtung kann gebräuchliche oder dem speziellen Verwendungszweck
angepasste Computermonitore und zugeordnete Verarbeitungsschaltungen
enthalten. Eine oder mehrere Bediener-Arbeitsstationen 32 können außerdem in
dem System dazu vorhanden sein, Systemparameter auszugeben, Installations- und
Setupvorgänge
zu steuern, den Setup von Untersuchungen anzufordern und zu steuern,
Bilder zu betrachten usw.. Displays, Drucker, Arbeitsstationen und ähnliche
Einrichtungen, die dem System zur Verfügung gestellt werden, können lokal
bei den jeweiligen Datenakquisitionskomponenten vorgesehen sein,
etwa indem sie physikalisch in dem Untersuchungsraum angeordnet
sind oder aber sie können auch
entfernt von diesen Komponenten, etwa anderswo in einer Einrichtung
oder in einem Krankenhaus oder an einem gänzlich anderen Ort stehen, wobei
sie mit dem Bildakquisitionssystem über ein oder mehrere konfigurierbare
Netzwerke, wie das Internet, virtuelle private Netzwerke usw. verlinkt
sein können.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann
die Bedienerarbeitsstation ein internet- oder webabhängiges Benutzerinterface
aufweisen, das in einem Computerprozessor, wie im Weiteren noch
beschrieben, verwendet werden kann.
-
3 ist
eine diagrammartige Veranschaulichung der Funktionskomponenten eines
beispielhaften digitalen Detektors 22. 2 zeigt außerdem eine Steuereinrichtung
oder IDC 34 für
einen bildgebenden Detektor, die typischerweise in der Detektorsteuereinrichtung 26 konfiguriert
ist. Die IDC 34 enthält
eine CPU oder einen digitalen Signalprozessor wie auch Speicherschaltungen,
die die Akquisition von erfassten Signalen aus dem Detektor befehlen. Die
IDC 34 ist über
zweiweg optische Glasfaserleiter mit der Detektorsteuerschaltung 36 in
dem Detektor 22 gekuppelt. Die IDC 34 tauscht
auf diese Weise während
des Betriebes Befehlssignale für
Bilddaten in dem Detektor aus.
-
Die Detektorsteuerschaltung 36 erhält Gleichspannungsleistung
aus einer Leistungsquelle, die allgemein mit den Bezugszeichen 38 dargestellt ist.
Die Detektorsteuerschaltung 36 ist so aufgebaut, dass sie
zeitgebende (Takt-) und Steuerbefehle für Zeilen- und Spaltentreiber
erzeugt, die dazu verwendet werden, Signale während der Datenakquisitionsphasen
beim Betrieb des Systems zu übermitteln. Die
Schaltung 36 übermittelt
deshalb Leistungs- und Steuersignale an eine Bezugs-/Reglerschaltung 40 und
empfängt
digitale Bildpixeldaten von der Schaltung 40.
-
Bei der dargestellten beispielhaften
Ausführungsform
enthält
der Detektor 22 einen Szintillator, der während einer
Untersuchung auf der Detektoroberfläche empfangene Röntgenstrahlphotonen
in (Licht-) Photonen niedrigerer Energie umwandelt. Eine Anordnung
(Array) von Photodetektoren konvertiert die Licht-Photonen in elektrische
Signale, die für
die Zahl der Photonen oder die Intensität der Strahlung kennzeichend
sind, welche auf die einzelnen Pixelbereiche der Detektoroberfläche auftreffen. Elektronische
Ausleseeinrichtungen konvertieren die anfallenden Analogsignale
in Digitalwerte, die verarbeitet, gespeichert und anschließend an
die Rekonstruktion des Bildes, etwa in einem Display 30 oder
in einer Arbeitsstation 32 dargestellt werden können. In einer
vorhandenen Ausführungsform
ist die Photodetektorenanordnung (array) auf einer einzigen Basis aus
amorphen Silizium ausgebildet. Die Anordnungs(array)-Elemente sind
in Zeilen und Spalten organisiert, wobei jedes Element aus einer
Photodiode und einem Dünnschichttransistor
besteht. Die Kathode jeder Diode ist mit der Source (negativen Elektrode)
des Transistors verbunden, während
alle Anoden der Dioden an eine negative Vorspannungsquelle angeschlossen
sind. Die Gates der Transistoren jeder Zeile sind miteinander verbunden,
und die Zeilenelektroden sind mit der Scanelektronik verbunden.
Die Drains (Kollektoren) der Transistoren einer Spalte sind miteinander
verbunden, und eine Elektrode jeder Spalte ist mit der Ausleseelektronik
verbunden.
-
Bei der in 3 beispielhaften dargestellten Aus führungsform
weist ein Zeilenbus 42 eine Anzahl von Leitern auf, um
das Auslesen aus verschiedenen Spalten des Detektors zu aktivieren,
ebenso wie um Zeilen unwirksam zu machen und eine Ladungskompensationsspannung
auf ausgewählte
Zeilen, wo notwendig, zu geben. Ein Spaltenbus 44 enthält zusätzliche
Leiter, um das Auslesen aus den Spalten anzuordnen, während die
Zeilen sequentiell aktiviert werden. Der Zeilenbus 42 ist
an eine Reihe von Zeilentreibern 46 angeschlossen, von
denen jeder die Aktivierung einer Reihe von Zeilen in dem Detektor anordnet.
In ähnlicher
Weise sind die Ausleseelektroniken 48 mit dem Spaltenbus 44 gekuppelt,
um das Auslesen aller Spalten des Detektors anzuordnen.
-
Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind
die Zeilentreiber 46 und die Ausleseelektroniken 48 an
ein Detektorpaneel 50 angekoppelt, das in eine Anzahl Abschnitte 52 unterteilt
sein kann. Jeder Abschnitt 52 ist mit einem der Zeilentreiber 46 gekuppelt und
enthält
eine Anzahl Zeilen. In ähnlicher
Weise ist jeder Spaltentreiber 48 mit einer Reihe von Spalten gekuppelt.
Die oben erwähnte
Photodioden – und Dünnschichttransistoranordnung
definiert somit eine Reihe von Pixeln oder diskreten Bildelementen 54, die
in Zeilen 56 und Spalten 58 angeordnet sind. Die Zeilen
und Spalten definieren eine Bildmatrix 60, die eine bekannte
Höhe 62 und
eine bekannte Breite 64 aufweist.
-
Wie ebenfalls in 3 dargestellt, ist jedes Pixel 54 allgemein
an einer Zeilen-/Spaltenkreuzung definiert, bei der eine Spaltenelektrode 68 eine
Zeilenelektrode 70 überquert.
Wie oben erwähnt,
ist für jedes
Pixel ein Dünnschichttransistor 72,
ebenso wie eine Photodiode 74 an jeder Kreuzungsstelle
vorgesehen. Da jede Zeile von Zeilentreibern 46 aktiviert wird,
können
Signale von jeder Photodiode über
die jeweilige Ausleselektronik 48 erfasst und für die nachfolgende
Verarbeitung und Bildrekonstruktion in Digital signale konvertiert
werden.
-
Bevor das bildgebende System 10 zu
Untersuchungsfolgen verwendet werden kann, wird das System 10 ordnungsgemäß installiert
und eingerichtet, um sicherzustellen, dass es den Kundenbedürfnissen,
den Arbeitsanforderungen und verschiedenen Regelvorschriften entspricht.
Der Kalibrierungsvorgang umfasst einen Vorgang zur Herstellung einer „Ausgangsstellung" sowohl für die Quelle 12 als
auch für
den Detektor 22, wobei die Ausgangsstellung einen Bezugspunkt
in der seitlichen Richtung, in der Längsrichtung und in der vertikalen
Richtung bildet, von dem aus die Bewegung der Quelle 12 und
des Detektors 22 längs
der Laufbahn 31 und der üblichen Achsen 27, 29 zusammenwirkend
mit den Positionsfühlern 18, 19 gesteuert
und/oder überwacht
werden kann.
-
Bezugnehmend nun auf 4 ist dort ein Flussdiagramm zur Kalibrierung
des medizinischen bildgebenden Systems 10 veranschaulicht.
Die Kalibrierung beinhaltet allgemein einen typischen Quelle-auf-Detektor
Ausrichtvorgang, der eine „Ausgangs-
oder Bezugsstellung" liefert.
Daran anschließend
werden Lagefehler (d.h. ein Versatz) aufgenommen, um Unregelmäßigkeiten
in den dem medizinischen bildgebenden Systems zugeordneten mechanischen
Verbindungen und/oder Trag- oder
Halterungseinrichtungen Rechnung zu tragen.
-
Die Ausgangsposition wird bei einem
ersten bekannten Quelle-/Bildabstand (SID) von typischerweise 100
cm bestimmt. Diese Ausgangskalibrierung gibt der Steuereinrichtung 28 wenigstens
einen seitlichen und einen vertikalen Kalibriermittelpunkt für den Detektor 22.
Der vertikale und der seitliche Mittelpunkt werden im Zusammenhang
mit Rückkopplungssignalen
von dem der Quelle 12 zugeordneten Positionsfühler 18 und
dem dem Detektor 22 zugeordneten Positionsfühler 19,
dazu verwendet, den Röntgenstrahl 16 im Betrieb
auf das Zentrum des Detektors 22 zu zentrieren. Nachdem
die Ausgangskalibrierung abgeschlossen ist, wird der Abstand zwischen
der Quelle 12 und dem Detektor 22 verändert, außerdem kann
die Höhe
des Detektors 22 verändert werden.
In der zweiten Position wird, wenn zwischen der Quelle 12 und
dem Detektor 22 ein Ausrichtfehler vorhanden ist, ein Versatz
oder Ausrichtfehler bestimmt. Der Versatz wird, wie er im Nachstehenden beschrieben
worden ist, so dargestellt, dass er in der Vertikalrichtung vorhanden
ist, doch können
auch ein seitlicher Versatz und ein Versatz in der Längsrichtung
bestimmt werden. Der Vorgang kann an einer Zahl verschiedener Orte
vorgenommen werden und die Lagefehler (Versatz) in der seitlichen
Richtung und/oder der Längsrichtung
und/oder der Vertikalrichtung werden in einer Datenbank gespeichert.
Die gespeicherten Lagefehler können
sodann herausgelesen werden, um die Position der Quelle 12 und/oder
des Detektors 22 dadurch zu korrigieren, dass die Motorsteuereinrichtung 26 aktiviert
wird, um die jeweils ausgewählte
Komponente in Echtzeit an den durch den Versatz bestimmten Ort zu überführen, wie
dies im weiteren noch beschrieben werden wird.
-
Nochmals bezugnehmend auf 4 ist dort ein Flussdiagramm
veranschaulicht, das die Schritte bei dem Positionskalibrierungsprozess
zeigt. Die Schritte sind unter Bezugnahme auf ein medizinisches
bildgebendes System 10 beschrieben, das eine Quelle 12 aufweist,
die mit einem auf einem Schienensystem 31 gelagerten Hängeröhrensystem (OTS)
gekuppelt ist und das über
einen Detektor 22 verfügt,
der wie oben beschrieben, an einem aufrechtstehenden vertikalen
Träger
oder Wandständer 25 angeordnet
ist. Es liegt jedoch auf der Hand, dass das beschriebene Verfahren
auch bei einem medizinischen bildgebenden System 10, das
eine Quelle 12 und einen an einer horizontalen Positioniereinrichtung 23 angeordneten
Detektor 22 oder auch für
ein System, das sowohl eine vertikale als auch eine horizontale
Positioniereinrichtung 25 bzw. 23 oder das verschiedene
andere Mehrachspositioniereinrichtungen aufweist, eingesetzt werden
kann.
-
Nochmals auf 4 bezugnehmend wird das medizinische
System 10 während
des Installationsschrittes 100 zunächst so kalibriert, dass es
eine „Ausgangsstellung" oder einen Bezugspunkt
für die in
Quelle 12 und den Detektor 22 erhält, der
einen Nullpunkt für
die Stellung in Längsrichtung,
in der seitlichen Richtung und in der vertikalen Richtung (kartesische
Koordinaten Y, Y, Z) bildet, von dem aus anschließend im
Betrieb die Bewegung sowohl der Quelle 12 als auch des
Detektors 22 gesteuert und überwacht werden kann, wobei
die Quelle 12 im Zusammenwirken mit dem Positionsfühler 18 und
der Detektor 22 im Zusammenwirken mit dem Positionsfühler 19 überwacht
werden.
-
Unter Bezugnahme auf 5 ist dort ein beispielhaftes Verfahren
zur Bestimmung einer Ausgangsposition des Schrittes 100 veranschaulicht.
In dem Schritt 113 werden hier der Detektor 22 und die Quelle 12 in
einem bestimmten vorgegebenen Abstand voneinander positioniert,
und zwar typischerweise in einem Quelle-/Bildabstand (SID) von 100 cm.
Sowie die Quelle 12 und der Detektor 22 ordnungsgemäß positioniert
sind, wird der Detektor 22 längs der translatorischen Achse 27 in
eine Maximalstellung bewegt, während
die Quelle 12, bspw. unter Verwendung des Laserstrahls 17 (Schritt
114) auf den Detektor 22 ausgerichtet wird. Nach der Ausrichtung
werden die von den Positionsfühlern 18, 19 akquirierten
Daten gespeichert, die einen vertikalen Maximalweg für die Quelle
und den Detektor 22 darstellen. Als Nächstes (Schritt 116) wird die
Quelle 12 aktiviert und sowohl vertikal als auch seitlich über den Detektor 22 bewegt.
Die Rückkopplungswerte
von der Detektorsteuerschaltung 36 des Detektors 22 werden
gespeichert und es wird ein zuwachsfaktor bestimmt, der eine Information
liefert die die jeweilige seitliche und vertikale Position der Quelle 12 zu
dem Detektor 22, z.B. in den kartesischen Koordinatenrichtungen
Y, Z in Bezug setzt. Anschließend
(Schritt 118) wird der Detektor 22 längs der Translationsachse 27 in
eine minimale Höhenposition überführt, und die
Quelle 12 wird, wie oben beschrieben wieder auf den Detektor
ausgerichtet. Die Positionsdaten von den Positionsfühlern 18, 19 werden
wieder gespeichert; sie ergeben eine vertikale oder z-Maximalkoordinate.
Nachdem diese Positionen gespeichert sind, wird der SID verändert (Schritt
120), wobei die Quelle 12 z.B. näher an den Detektor 22 herangeführt wird, auf
einen Abstand von typischerweise 65 cm. An dieser Stelle wird die
Quelle 12 wieder aktiviert, und die Rückkopplungswerte von dem Detektor 22 werden gelesen,
um einen Zuwachsfaktorwert zu bestimmen, der eine Information bezüglich der
Relativstellung der Quelle 12 zu dem Detektor 22 in
der Längs- oder
Y-Richtung liefert. Nach Abschluss dieses Vorgangs ist eine Ausgangs-,
X-, Y-, Z-Stellung sowohl für
die Quelle 12 als auch für den Detektor 20 bestimmt.
Wenngleich ein spezielles Verfahren beschrieben worden ist, so sind
doch eine Anzahl Verfahren zum Kalibrieren einer Ausgangsposition
bekannt, und zur Bestimmung dieses Punktes können verschiedene unterschiedliche
Kalibrierverfahren benutzt werden.
-
Mit Abschluss dieses Vorgangs ist
eine Ausgangsposition in Seitenrichtung, in Längsrichtung und in Vertikalrichtung
bestimmt und in der Steuereinrichtung 28 gespeichert. Wenn
die Quelle 12 und der Detektor 22 von der Ausgangsposition
wegbewegt werden, muss die Quelle 12, unabhängig von der
gegenseitigen Relativstellung dieser Vorrichtungen, auf den Detektor 22 ausgerichtet
bleiben. Herrührend
von mechanischen Ausrichtfehlern der Laufschienen, der Translationsachse
oder anderer Komponenten des Systems und außerdem zufolge von Maßänderungen
der Wände,
Decken oder Fußbodenhö hen des
Untersuchungsraums können
Ausrichtfehler (Versatz) auftreten. Bezugnehmend nun auf 6 ist dort ein typisches
Beispiel dieses Problems veranschaulicht. Hier ist die Quelle 12 an
einer Decke 51 des Untersuchungsraums gelagert. Die Deckenhöhe ändert sich
zwischen der ersten Ausgangslage bei dem SID 53 und einem
zweiten gewählten
SID 55, wodurch ein Ausrichtfehler zwischen der Quelle 12 und
dem Detektor 22, hier ein vertikaler Versatz 57 erzeugt
werden. Der Ausrichtfehler des Röntgenstrahls 16 der
Quelle 22 kann zu Ungenauigkeiten in dem Bild und auch
zu einem Beschneiden des Bildes führen, wodurch Wirksamkeit und
Genauigkeit einer medizinischen Untersuchung beeinträchtiget
werden kann.
-
Bezugnehmend wieder auf 4 werden, nachdem in dem
Schritt 100 die Ausgangsposition festgestellt worden war, deshalb
zusätzliche
Daten akquiriert, um eine Ausrichtfehler-Information zur Korrektur
des Ausrichtfehlers zwischen der Quelle 12 und dem Detektor 22 an
den verschiedenen Orten zu liefern. Um diese Ausrichtfehlerinformation
bei dem Schritt 102 zu erhalten, bewegt der Bediener oder Techniker
die Quelle 12 in einen von dem Benutzer bevorzugten ausgewählten SID.
Der Techniker kann wahlweise auch die Höhe des Detektors 22 längs der Translationsachse 27 auf
eine von dem Benutzer bevorzugte Höhe (Schritt 104) einstellen.
Sowie die Komponenten ordnungsgemäß positioniert sind, aktiviert
der Bediener oder der Techniker den Laser 23 und richtet
die Quelle 12 auf den Detektor 22 aus (Schritt
105). Der Techniker führt
dann eine Prüfung durch,
um zu bestimmen, ob der Laserstrahl 17 auf den Detektor 22 zentriert
ist (Schritt 106). Wenn die Quelle 12 und der Detektor 22 aufeinander
ausgerichtet sind, betätigt
der Techniker einen Abschluss-Knopf auf dem Benutzerinterface in
der Arbeitsstation 32. Bei Erhalt eines Abschluss-Signals liest
die Steuereinrichtung 28 die Positionsdaten von dem Positionsfühler 18,
vergleicht die Positionsdaten mit erwarteten Positionsdaten, berechnet
einen Ausrichtfehler zwischen der Position der Quelle 12 und dem
Detektor 22 und speichert diesen Ausrichtfehler in einer
Datenbank, die bspw. eine Nachschlagtabelle von Ausrichtfehlerdaten
Versatz enthalten kann (Schritt 108).
-
Nachdem die Quelle 12 und
der Detektor 22 bei dem veränderten SID aufeinander ausgerichtet sind,
sind keine weiteren Schritte mehr erforderlich, um einen Ausrichtfehler
an dem von dem Benutzer bevorzugten Ort zu bestimmen. Es kann jedoch zweckmäßig sein,
zusätzliche
Ausrichtfehlerdatenpunkte zu haben. Der Bediener entscheidet deshalb, ob
es zweckmäßig oder
notwendig ist, die Ausrichtung bei weiteren SID-Abständen zu überprüfen (Schritt
110). Wenn noch weitere Punkte erforderlich sind, kehrt der Bediener
zu dem Schritt 102 zurück, bewegt
wiederum die Quelle 12 auf verschiedene SID und wiederholt
die oben angegebenen Schritte. Wenn nicht, ist der Vorgang beendet
(Schritt 112).
-
Wie oben erwähnt, können die Ausrichtfehler in
einer Nachschlagtabelle gespeichert werden, in der der jeweilige
Ausrichtfehler als eine Funktion des während des Betriebs gewählten SID
aufgeführt
ist. Deshalb greift die Steuereinrichtung 28 während der medizinischen
Echtzeitbildgebung auf die Nachschlagtabelle (LUT) zu und entnimmt
dieser die Ausrichtfehlerdaten wie folgt:
Ausrichtfehler =
LUT (SID)
-
Der Ausrichtfehlerwert (Versatz)
wird von der Steuereinrichtung 28 dazu verwendet, den Motorregler 26 so
anzusteuern, dass er einen physikalischen Versatz der Quelle 12 wie
folgt bewirkt: OTS-Vertikal-Höhe
= OTS-Aktuell-Rückkopplung
+ Versatz (SID).
-
Nachdem die jeweilige Versatzposition
bestimmt ist, können
darüberhinaus
geeignete, zwischen bekannten SID-Orten zu verwendende Ausrichtfehlerwerte
dadurch aufgefunden werden, dass z.B. lineare Interpolationsverfahren
angewandt werden. Andere mathematische Verfahren zur Bestimmung
der aktuellen Position in der die Quelle 12 auf den Detektor 22 ausgerichtet
ist, umfassen Polynomgleichungen, Nervennetzwerktechnologie und
andere Verfahren, die ausgehend von bekannten Ausrichtfehlerdaten
eine Ausgangsgröße vorhersagen oder
berechnen können
und die ebenfalls benutzt werden können.
-
Die Vorgangsweise wurde im Hinblick
auf die Bestimmung eines vertikalen Ausrichtfehlers beschrieben.
Diese Vorgangsweise kann aber auch insoweit ausgeweitet werden,
dass sie Ungenauigkeiten des Röntgenstrahlraumaufbaus
auch in der Seiten- und der Längsrichtung
korrigiert, wobei sie Informationen bezüglich der baulichen Ungenauigkeiten sowohl
bezüglich
des installierten Röntgenstrahlsystems
als auch des Untersuchungsraums oder der Aufhänge- oder Trägerkonstruktion
liefert. Basierend auf Ausrichtfehlermessungen in allen Richtungen (vertikal,
longitudinal und lateral) kann eine 3D „Karte" von Versatzkorrekturen erstellt werden,
um bauliche oder installationsmäßige Ungenauigkeiten
auszugleichen. Die in der 3D-Karte enthaltenen Versatzfehler können, wie
im Zusammenhang mit der Nachschlagtabelle im Vorstehenden erörtert, als
Funktion der relativen Stellung der Quelle 12 und des Detektors 22 gespeichert
und mit Echtzeit zur Korrektur der Abweichungen benutzt werden.
Darüberhinaus
kann für
ein medizinisches bildgebendes System 10, bei dem die Quelle 12 und
der Detektor 22 nicht lotrecht verfahren werden, eine 3D-Versatzkarte
für verschiedene
Winkelstellungen der Quelle und/oder des Detektors erstellt werden.
-
Wenngleich ein spezielles Verfahren
zur Bestimmung eines Ausricht- oder Fluchtungsfehlers, unter Verwendung
eines Kalibriervorgang beschrieben worden ist, so gibt es doch eine
Reihe von Abwandlungen, und die Erfindung soll deshalb nicht auf dieses
verfahren beschränkt
sein. Bei einer anderen Ausführungsmöglichkeit
werden bspw. die von dem Detektor 22 während des Betriebs des medizinischen bildgebenden
Systems 10 akquirierten Röntgenstrahlbild-Rückkopplungsdaten
von der Steuereinrichtung 28 dazu verwendet, die Ausrichtung
der Quelle 12 auf den Detektor 22 in Echtzeit
zu berechnen und betriebsmäßig zu kompensieren.
Beispielsweise kann ein nicht kollimatiertes kalibrierendes Blickfeld
von 5 cm × 5
cm verwendet werden. Nachdem eine Belichtung akquiriert ist, wird
der ganze Detektorbereich ausgelesen, um ein Bild herzustellen. Der
nicht kollimatierte Bereich von 5cm × 5cm ist auf dem Bild zu sehen,
und es kann ein automatisiertes Verfahren dazu verwendet werden,
den Mittelpunkt des 5 cm × 5
cm Blickfelds zu erfassen. Der Versatz dieses Mittelpunkts gegenüber dem
Mittelpunkt des ganzen Bildes kann dazu verwendet werden, einen Ausrichtfehler
zwischen der Position der Quelle 12 und jener des Detektors 22 zu
berechnen. Die Vorgangsweise kann wiederum für verschiedene SIDs aus einer
Nachschlagtabelle wiederholt werden. Eine Vorgangsweise, die Rückkopplungswerte
von dem Detektor verwendet kann ohne Benutzereinwirkung vollständig automatisiert
werden.
-
Wenngleich das vorliegende Verfahren
mit Bezug auf bauliche Unregelmäßigkeiten
in den mechanischen Verbindungsteilen und in dem Untersuchungsraum
oder in der Trag- oder Aufhängekonstruktion
erörtert
wurde, so kann doch die vorliegende Erfindung auch dazu verwendet
werden, Veränderungen
oder mechanische Toleranzänderungen
des Systems zu korrigieren, die durch den Gebrauch des medizinischen
bildgebenden Systems eingeführt werden.
Der normale Gebrauch des Systems kann zu „Drift"-Erscheinungen zu führen, die unrichtige Positionsrückkopplungswerte
ergeben oder zu Veränderungen der
Ausgangsgröße der elektrischen
Rückkopplungssensoren
und Messschaltungen, die zu dem mechanischen Fehler noch hinzutreten. Änderungen
wie diese können
durch eine Neukalibrierung des Systems, wie oben beschrieben, an
dem Ausgangsbezugspunkt (hier 100 cm) behoben werden. Ein Versatzfehler
an diesem Punkt kann gespeichert und der Rest der Ausrichtfehlerdatenbank
kann mit dieser Konstante angepasst werden.
-
Ein alternatives Mittel, um diese
mechanische und elektrische Drift-Erscheinung zu kompensieren, wie
auch um die 3D-Ausgangsausrichtfehlerkarte fein abzustimmen bestünde darin
einen „Bildversatz
gegenüber
den Zentrum-Daten" nach
jeder kollimatierten Belichtung im normalen Betrieb dazu zu verwenden,
die Ausrichtfehlerparameter für
die entsprechenden Raumkoordinaten einzujustieren. Hinzugefügt werden
könnte
eine geeignete Filterung, um eine geringe Bandbreite bei der Einjustierung
zu gewährleisten.
Kleinere Justierungen in der gleichen Richtung zu benachbarten Punkten
in der 3D-Ausrichtfehlerkarte
könnten
auch vorgenommen werden, da die Ausrichtfehler im Gegensatz zu den
Verhältnissen
bei diskreten Schritten sich in der Regel nur langsam verändern. Diese
Art der Echtzeitkorrektur im Zusammenhang mit einem digitalen Röntgenstrahldetektor
würde es
ermöglichen
zu erreichen, dass die Ausrichtfehlerkarte beim Systemgebrauch immer
genauer wird.
-
Wenngleich die Erfindung zahlreichen Änderungen
und alternativen Ausführungsformen
zugänglich
ist, so wurden doch als Beispiele spezielle Ausführungsformen in der Zeichnung
dargestellt und im Vorstehenden in ihren Einzelheit beschreiben.
Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die speziellen
geoffenbarten Ausführungsformen
beschränkt
ist. Die Erfindung soll vielmehr alle Abwandlungen Äquivalente
und alternativen Ausführungsformen
umfassen, die in den Schutzbereich der nachfolgenden Patentan sprüche fallen.