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Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
zur automatischen Belichtungssteuerung (AEC) bei einer Röntgenstrahlvorrichtung.
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Hintergrund
der Erfindung
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AEC
ist eine Betriebsart einer Röntgenstrahlenmaschine,
durch welche der ausgegebene Röntgenstrahl
automatisch gesteuert und unterbrochen wird, wenn eine voreingestellten
Strahlungsbelastung bei dem Bildempfänger erreicht ist. Sie kann auch
in einer Weise betrieben werden, dass eine Vorbelichtung vor der
diagnostischen Belichtung vorgenommen wird und ein Sensor, z.B.
ein Teil des Sensors, welcher für
die diagnostische Bildaufbereitung verwendet wird, das Ergebnis
der Vorbelichtung misst und von den gemessenen Daten die optimalen Parameter
für die
diagnostische Belichtung berechnet werden. Die Parameter, welche
für eine
diagnostische Belichtung optimiert werden können, sind typischerweise ein
Potenzial (kV) einer Röntgenröhre, ein
Strom (mA) der Röntgenröhre, eine
Röntgenbelichtungsdauer,
ein Röntgenstrahlenfiltermaterial
und ein Material der Anodenauftreffplatte der Röntgenröhre, welche auch automatisch
ausgewählt
werden können.
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Die
Funktion der AEC ist, sicherzustellen, dass das Bild unabhängig von
dem Objekt korrekt belichtet wird. Eine korrekte Belichtung unterstellt,
dass das Bild ausreichend statistische Daten aufweist. Das Niveau
der statistischen Daten in einem Bild ist proportional zu dem Röhrenstrom
(mA) und der Belichtungszeit (s). Daher ist die Ladung (mAs) der Röhre eine
Größe, welche
verwendet wird, um die Belichtung zu beschreiben.
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Die
Steuerung der optischen Dichte eines Filmsystems ist wesentlich,
um moderne hoch empfindliche Filme korrekt zu belichten. Ein digitales
System, z.B. für
die Mammographie, könnte
sich in ähnlicher
Weise bemühen,
um ein bestimmtes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in dem Bild für verschiedene
Brusttypen und Eingangsspektren zu erhalten.
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Es
gibt eine Anzahl von Möglichkeiten,
eine AEC zu implementieren. Patentschriften beschreiben einige davon,
z.B.:
Die
US 4,357,708 betrifft
eine Anordnung, wobei die Bewegungsbahn der fotografischen Belichtungseinheit,
welche eine Röntgenröhre und
einen Träger
einer bildgebenden Schicht (oder eines Films) umfasst, gewählt werden
kann. Zur Bestimmung der fotografischen Belichtungszeit kann entweder
ein mAs-Relais oder ein automatischer Belichtungszeitgeber mit einem
Strahlungsdetektor mit einer Steuerung der Aktivierung der Röntgenröhre angeordnet
werden. Der Strom der Röntgenröhre oder
der Strom des Strahlungsdetektors werden integriert und die Bestandteile des
Integrierers werden zu einem vorbestimmten Zeitpunkt abgetastet,
wobei dem Beginn der fotografischen Belichtung gefolgt wird. Der
abgetastete Wert wird mit einem Referenzwert verglichen und die
Laufzeit der fotografischen Belichtungseinheit wird in solch einer
Weise beeinflusst, dass die fotografische Belichtungszeit, welche
durch das Schalten des mAs-Relais oder durch den automatischen Belichtungszeitgeber
bestimmt wird, näherungsweise
der Laufzeit der fotografischen Belichtungseinheit entspricht.
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In
der
US 4,383,327 ist
ein abtastendes Röntgensystem,
welches ein multi-lineares
Feld einsetzt, offenbart. Das System umfasst eine elektronische
Strahlungsquelle, welche auf das multi-lineare Feld einfällt. Das
multi-lineare Feld umfasst Strahlungssensoren, wobei jeder derart
ausgestaltet ist, dass er ein Intensitätssignal als eine Funktion
des Umfangs der dadurch erfassten Strahlung erzeugt. Jedem Sensor
sind Mittel zugeordnet, um seine entsprechenden Intensitätssignale
zu halten oder zu speichern. Die somit gehaltenen Intensitätssignale können kontinuierlich
aktualisiert werden, um nachfolgende Intensitätssignale wiederzugeben, welche sich
von einer zusätzlichen
Strahlung ergeben, die durch die entsprechenden Sensoren erfasst
wird. Ein durch das Röntgensystem
abzutastendes undurchsichtiges Objekt durchläuft den Belichtungsstrahl in einer
gesteuerten Weise. Diese gesteuerte Bewegung wird mit dem Verschieben
der aktualisierten Intensitätssignale
synchronisiert und koordiniert, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit
und der Bewegungsverlauf eines bestimmten aktualisierten Intensitätssignals
durch die Haltemittel einer vorgegebenen Gruppe der Sensoren optisch
mit der Bewegungsgeschwindigkeit und dem Bewegungsverlauf der Strahlung,
welche durch einen vorgegebenen Bereich der undurchsichtigen Probe
verläuft,
abgeglichen wird. Auf diese Weise wird ein aktualisiertes Intensitätssignal
erzeugt, welches einem vorgegebenen Bereich der undurchsichtigen
Probe ent spricht. Diese aktualisierten Intensitätssignale werden dann erfasst
und durch ein geeignetes visuelles System verarbeitet.
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Die
WO 03/043497 betrifft eine automatische Belichtungssteuerung, welche
bei einer Bildaufbereitung durch elektromagnetische Strahlung implementiert
ist, und insbesondere eine automatische Belichtungssteuerung bei
einer filmbasierten Mammographie, welche auf einem vollständig neuen
Ansatz, verglichen mit momentan in Einsatz befindlichen Lösungen,
basiert, welche Einstellungskurven und/oder Tabellen verwenden,
die auf der Grundlage von empirischen Tests erstellt sind. Der neue
Ansatz umfasst eine Modellierung der Strahlungsspektren in dem AEC-System,
welche von der Strahlungsquelle als eine Funktion ihrer Betriebsparameter
und einer Dämpfung
des Spektrums, wenn die Strahlung Komponenten der Bildaufbereitungsvorrichtung
durchläuft,
erhalten werden kann. Indem die Dicke des abzubildenden Objektes
gemessen wird und unter Kenntnis des anfänglichen Spektrums und seines
berechenbaren Verhaltens kann eine Zuordnung zwischen dem AEC-Signal
und dem erwünschten
Verdunkeln des Bildes erzielt werden, welche auf der wahren Dichte
des abzubildenden Objektes basiert.
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Andere
Dokumente umfassen "A
scanning system for chest radiography with regional exposure control:
theoretical considerations" Plewes
DB, Med Phys. 1983 Sept.–Okt;
10(5): 646–54.
Gemäß diesem
Dokument beschränkt
das Vorhandensein einer gestreuten Strahlung und der kleine einsetzbare
Belichtungsbereich des Röntgenfilms
eine herkömmliche
Röntgenaufnahme
der Brust. Ein von einem Computer unterstütztes abtastendes System, um diese
zwei Effekte zu minimieren, wird skizziert. Das System verwendet
einen kleinen Strahl einer Strahlung, welcher über die Brust eines Patienten
in einem Rastermuster streicht, um eine herkömmliche Filmkassette zu belichten
während
ein Schlitzkollimator, welcher zwischen dem Patient und dem Film
abtastet, dazu dient, gestreute Photonen zu unterdrücken. Ein
Mikrocomputer misst die Dämpfung
des Strahls durch den Patienten mit einem Detektor, welcher hinter
dem Film angeordnet ist, welcher wiederum automatisch den Ausstoß der Röntgenröhre einstellt,
um Abweichungen bei der Belichtung des Filmes, wenn der Strahl streut,
zu minimieren. Ein Formalismus, welcher die Verteilung des Durchgangs
durch den Patienten und der Filmbelichtung betrifft, wird entwickelt
und es ergibt sich eine Systemübertragungsfunktion.
Es wird gezeigt, dass solch ein System als ein räumlicher Filter arbeitet, welcher
einen Filmkontrast für
Strukturen einer Raumfrequenz weniger dämpft als die Umkehrung der
Abtaststrahlbreite. In dem die Softwareparameter des rückge koppelten Netzes
manipuliert werden, ist es möglich,
dieses Filter zu verändern
und Röntgenaufnahmen
mit geringer Erhöhung
der Raumfrequenz, Dämpfung
und Kontrastumkehrung zu erzeugen.
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Die
US 2003/0174806 betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines zweidimensionalen
Bildes von einem Objekt. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von
eindimensionalen Detektoreinheiten, wobei jede von einer ionisierenden
Strahlung bestrahlt wird, welche durch das Objekt gelassen oder von
dem Objekt gestreut wird, welches für eine eindimensionale Bildaufbereitung
der Strahlung angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst eine Vorrichtung,
um die Detektoreinheiten relativ zu dem Objekt zu bewegen während die
Detektoreinheiten wiederholt erfassen, um das zweidimensionale Bild
des Objektes zu erzeugen, und eine Steuervorrichtung, um die Detektoreinheiten
zu steuern, um eine ionisierende Strahlung während einer kurzen Zeitperiode
vor oder während
eines anfänglichen
Teils der Bewegung zu erfassen, um eine optimale Belichtungszeit
für das
wiederholte Erfassen auf der Grundlage der kurzen Erfassungszeit
zu berechnen und das wiederholte Erfassen zu steuern, um automatisch
die optimale Belichtungszeit zu erhalten.
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Gemäß diesem
Dokument wird eine Vorabtastung ausgeführt, bevor eine Untersuchungsabtastung
durchgeführt
wird. Die Werte der Vorabtastung werden verwendet, um die Parameter
der Untersuchungsabtastung, wie z.B. die Abtastgeschwindigkeit,
einzustellen.
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In
der
US 5585638 wird
ein Röntgendetektor für ein automatisches
Belichtungssteuersystem offenbart. Die Vorrichtung weist ein Substrat
eines Karbonverbundstoffmaterials mit einer ersten Schicht eines
leitfähigen
Materials auf einer Hauptoberfläche des
Substrats auf und eine zweite Schicht eines homogenen Halbleitermaterials
ist auf die erste Schicht aufgebracht und weist eine elektrische
Eigenschaft, wie z.B. eine Leitfähigkeit,
auf, welche sich abhängig von
einem Auftreffen von Röntgenstrahlen
verändert. Eine
dritte Schicht eines leitfähigen
Materials ist auf der Oberfläche
der Halbleiterschicht ausgebildet und ist in eine Mehrzahl von Elektrodenelementen
aufgeteilt, welche eine Mehrzahl von Bereichen in der Schicht des
Halbleitermaterials definieren. Indem die Leitfähigkeit zwischen der ersten
Schicht und jedem der Elektrodenelemente erfasst wird, kann die
Intensität
der Röntgenstrahlen,
welche auf die verschiedenen Bereiche stoßen, gemessen werden. Daher
wird ein Szintillator verwendet, um Protonen in Photonen zu wandeln.
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Der
Detektor gemäß dieser
Erfindung wandelt Protonen in Photonen und dann in elektrische Signale.
Jedoch verwendet das System kein Zählen von Photonen, d.h. keine
Anzahl der Photonen, welche auf einen Detektor einfallen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Problem bei Mammographiesystemen und entsprechenden AECs nach dem
Stand der Technik besteht darin, dass die Belichtung bzw. Bestrahlung
nicht in jedem Bereich des Bildes optimiert ist, wobei die Systeme
nur eine Belichtung liefern und durchschnittlich erzielen können, welche
in kontrastarmen Bereichen der Brust und in fetthaltigen Bereichen
der Brust mit einer geringen Dämpfung
der Röntgenstrahlen
zu hoch ist während
sie in dichten Bereichen der Brust, wo Drüsengewebe vorherrscht, welches
für Röntgenstrahlen
undurchsichtiger ist, zu gering ist. Die vorliegende Erfindung löst dieses
Problem, indem die Vorbelichtung mit der diagnostischen Belichtung
in einem Echtzeitsystem kombiniert wird und die Belichtung nur in
einer Dimension (orthogonal zu der Abtastrichtung) durchschnittlich
zu ermitteln ist, während
sie in der anderen Dimension (der Abtastrichtung) vollständig optimiert
wird. Daher kann eine wesentlich verbesserte Belichtung über der
Brust erzielt werden.
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Probleme,
welche Abtastsysteme betreffen, sind, eine genaue und stabile mechanische
Bewegung über
der Zeit und bei einem Verschleiß der mechanischen Teile zu
erzielen. Wenn die Position des Abtastdetektors unter allen Umständen genau
gemessen wird, ist dies etwas, was relativ einfach zu erzielen ist,
und das System wird bei Ansteuerungen von der Messung der Position,
z.B. jede 50 μm,
ausgelesen und die Zeit zwischen den Ansteuerungen wird genau mit
einem externen Takt gemessen, wobei die gemessene Belichtung bei
dem Detektor in solch einer Weise normiert werden kann, dass das System
unempfindlich gegenüber
einer mechanischen Instabilität
wird; somit wird ein sehr robustes System erhalten. Eine Eingabe
für eine
AEC ist das normierte Signal von einem Detektor, d.h. das Signal genau
alle 50 μm,
wobei die Belichtungszeit gemessen mit dem externen Takt erfasst
wurde. Die Zeit wird verwendet, um die tatsächliche Geschwindigkeit 50 μm/t zu berechnen
und auch um das Detektorsignal nicht normiert zu erhalten.
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Herkömmliche
auf einem Film basierende Systeme oder Systeme, welche auf einer
berechneten Röntgenaufnahme
basieren, messen das Ausgangskerma in ei nigen separaten Bereichen
unter der Brust und brechen die Belichtung basierend auf der Belichtung
in diesen Bereichen ab. Digitale Systeme mit Bereichsdetektoren
verwenden gewöhnlicher
Weise eine Vorbelichtung, um die Dichte der Brust zu bestimmen und
stellen somit eine Eingabe für
die AEC bereit.
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Das
vorgeschlagene Verfahren tastet das Objekt (die Brust) mit dem Detektor
ab, welcher die Belichtungszeit steuert. Herkömmliche Systeme weisen dieselbe
Belichtungszeit für
jeden Punkt der Brust auf. Das erfindungsgemäße Verfahren steuert die Belichtung
von jedem Punkt basierend auf dem Signal oder der Dichte in demselben
Punkt zumindest in der Abtastrichtung. Herkömmliche auf einem Film basierende
Systeme steuern die Belichtungszeit, indem die Belichtung abgebrochen
wird. Das vorgeschlagene System kann die Belichtung in Echtzeit
während
der Erfassung steuern, indem eine beliebige Menge aus der Gruppe
umfassend die Abtastgeschwindigkeit, den Strom (mA) der Röhre, die Spannung
(kV) der Röhre,
das Anodenmaterial und ein Filter, geändert wird. Gemäß dem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
steuert das System die Belichtungszeit, indem die Abtastgeschwindigkeit
und somit die Belichtungszeit von jedem Punkt in der Abtastrichtung
verändert
wird. Die Abtastgeschwindigkeit basiert auf der Belichtung, wobei
im Wesentlichen jeder Punkt belichtet wird.
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Somit
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gemäß bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen,
ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Anordnung für eine automatische
Belichtungssteuerung bereitzustellen, welchen die Nachteile des
Standes der Technik nicht aufweisen. Die Erfindung ist neben herkömmlichen
mit Röntgenstrahlen
arbeitenden Bildaufbereitungssystemen auch für eine diagnostische Röntgenstrahlenvorrichtung
geeignet, welche eine Photonen zählende
Technik verwendet. Diese Erfindung ist insbesondere für Photonen
zählende
Detektoren geeignet, da es eine einfache Beziehung zwischen den
gezählten
Photonen und dem SNR gibt. Auch ist der Detektor sehr linear, was
darüber
hinaus eine einfache Beziehung zur Abtastgeschwindigkeit und einem
Zielsignal ergibt. Vorzugsweise ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein System bereitzustellen, welches auf einer nicht konstanten
Abtastgeschwindigkeit basiert, welche im Wesentlichen in Echtzeit
während
der Abtastung gesteuert wird.
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Daher
wird, um die vorab erwähnten
Probleme und die Aufgaben der Erfindung zu lösen, ein Verfahren zur Steuerung
einer Belichtung bei einer Röntgenstrahlenvorrichtung
zur Darstellung eines Objekts bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst
eine Röntgenstrahlenquelle
und einen versetzbaren Detektor, welcher derart ausgestaltet ist,
dass er sich mit einer steuerbaren Geschwindigkeit über einen
Bildbelichtungsbereich bewegt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Ermitteln eines Signals abhängig
von Photonen, welche auf mindestens einen Teil des Detektors auftreffen,
Vergleichen des ermittelten Signals mit einem Zielwert und Steuern
der Geschwindigkeit des Versetzens des Detektors abhängig von dem
Ergebnis des Vergleichs. Der Zielwert wird von einer Objektdicke
und einem Spektrum der auf dem Objekt auftreffenden Strahlen, berechnet.
Vorzugsweise wird das Signal von einigen separaten Bereichen auf
dem Detektor erfasst. Besser ist der Detektor ein Photonen zählender
Detektor und das Signal ist die gezählte Anzahl der Photonen. Das
Zielsignal wird berechnet, um ein vordefiniertes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)
zu erhalten.
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Vorzugsweise
definiert eine Strecke, um welche sich der Detektor zwischen zwei
Auslesepunkten bewegt, Pixel in der Abtastrichtung, in der ersten
Dimension, und in der zweiten Dimension umfasst der Detektor eigentliche
Pixel. Der Detektor arbeitet sowohl als eine Belichtungssteuerung
als auch als ein Bildempfänger.
Gemäß einer
Ausführungsform
wird die Abtastgeschwindigkeit basierend auf der Anzahl der Photonen
verändert,
welche in einem vordefinierten Bereich des Detektors erfasst werden.
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Vorzugsweise
wird die Abtastgeschwindigkeit abhängig von einer Zählimpulsratenveränderung in
dem Bereich verändert,
um die Anzahl der Zählimpulse,
welche für
einen Pixel der ersten Dimension erreicht wird, zu steuern. Eine
Rückmeldung
von dem versetzbaren Detektor basiert auf der Zählimpulsrate in dem Bereich.
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Am
besten geschieht die Rückmeldung
im Wesentlichen in Echtzeit und steuert die Abtastgeschwindigkeit
des Detektors.
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Bei
einer Ausführungsform
wird die Belichtung von jedem Punkt entlang einer x-Achse basierend auf
der Zählimpulsrate
des Bereichs gesteuert und somit weist das gesamte Bild ein steuerbares
Signalniveau entlang der ersten Dimension zumindest in dem Bereich
in der zweiten Dimension auf. Das Verfahren umfasst darüber hinaus
ein Minimieren der gesamten Abtastzeit, indem Bereiche, welche nicht durch
dichte Objekte bedeckt werden, schneller abgetastet und somit kürzer bestrahlt
werden. Vorzugsweise wird der Detektor selbst eingesetzt, um die
Belichtung zu steuern.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung der Belichtungszeit
bei einer Röntgenstrahlenvorrichtung,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Einstellen eines
Zielsignals, Einstellen eines Bereiches von Interesse (ROI) eines Detektors,
Einstellen einer Startgeschwindigkeit, Beginnen eines Abtastens,
Erfassen eines Signals von dem ROI, Kompensieren des Signals bezüglich der Größe und/oder
der Effizienz des ROI, Vergleichen des Signals mit einem Zielsignal
(Starget), und Berechnen einer neuen optimalen
Geschwindigkeit, und Einstellen einer neuen Geschwindigkeit.
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Das
Verfahren umfasst darüber
hinaus ein Abfragen einer Anzahl von gezählten Photonen oder eines SNR.
Am besten ist die Röntgenstrahlenvorrichtung
eine Photonen zählende
Vorrichtung und die neue Geschwindigkeit (Vnew)
wird berechnet durch Vnew – Vold × Starget/Smeasured.
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Das
Verfahren umfasst des Weiteren: Wenn das Zielsignal größer als
das gemessene Signal ist, wird die Geschwindigkeit verringert, anderenfalls wird
die alte Geschwindigkeit beibehalten. Das Verfahren umfasst darüber hinaus
eine Anforderung, dass die neue Geschwindigkeit zumindest höher als eine
voreingestellte minimale Geschwindigkeit ist. Abhängig von
der Detektorgröße kann
die Geschwindigkeit verringert werden, wenn das Zielsignal größer als
das gemessene Signal ist, andernfalls wird die Geschwindigkeit erhöht.
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Alternativ
umfasst das Verfahren: Erfassen von Daten einer Kompressionshöhe, einer
Projektion und von Daten über
einen Untersuchungstyp, Erfassen von vorherigen Untersuchungen,
basierend auf einem vorherigen Schritt, eines typischen Dichteprofils
eines Untersuchungsobjekts, Berechnen eines optimalen Geschwindigkeitsprofils
basierend auf einer Schätzung
des Dichteprofils und gemessener Signale, und Berechnen der neuen
Geschwindigkeit auf der Grundlage der vorab beschriebenen Daten.
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Das
Verfahren zur Auswahl des ROI umfasst: Bestimmen einer Abtastrichtung,
Wahl eines ROI, in welchen das Objekt zuerst eindringt, und Überprüfen, dass
der ROI eine ausreichende Anzahl von arbeitenden Detektorelementen
aufweist, wobei sonst der nächst
geeignete ROI gewählt
wird.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Anordnung, um die Belichtungszeit bei
einer Röntgenstrahlenvorrichtung
zu steuern, welche eine Röntgenstrahlenquelle
und einen versetzbaren Detektor, welcher derart ausgestaltet ist,
dass er mit einer steuerbaren Geschwindigkeit über einen Bildbelichtungsbereich
versetzt werden kann, umfasst. Die Anordnung umfasst Mittel, um
von dem Detektor erfasste Signale aufzunehmen, was eine Komparatoreinheit,
um das ermittelte Signal mit einem Zielwert zu vergleichen, einschließt, und
Mittel, um die Geschwindigkeit des Versetzens des Detektors abhängig von
dem Ergebnis des Vergleichs zu steuern. Die Mittel, um die erfassten
Signale aufzunehmen, sind eine Verarbeitungseinheit und die Mittel,
um das Versetzen des Detektors zu steuern, sind eine Motorsteuerung.
Die Versetzungssteuerung steuert eine Drehung des Detektors mit
einer Drehmitte in der Röntgenstrahlenquelle.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Röntgenstrahlenvorrichtung
eines Photonen zählenden
Typs, welcher eine Röntgenstrahlenquelle
und einen versetzbaren Detektor, welcher derart ausgestaltet ist, dass
er mit einer steuerbaren Geschwindigkeit über einen Bildbelichtungsbereich
bewegt wird, umfasst. Die Vorrichtung umfasst eine Anordnung, um
die Anzahl der von dem Detektor erfassten Photonen zu zählen, Mittel
um die gezählte
Anzahl der Photonen mit einem voreingestellten Wert zu vergleichen,
und Mittel, um die Geschwindigkeit des Versetzens des Detektors
abhängig
von einem Ergebnis zu steuern, welches von der Dichte eines zu untersuchenden
Objekts erhalten wird.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein mit einem Computer einsetzbares Mittel,
welches einen von einem Computer lesbaren Programmcode aufweist,
welcher darin enthalten ist, damit eine Belichtung bei einer Röntgenstrahlenvorrichtung
gesteuert werden kann, wenn eine Bildaufbereitung eines Objekts
vorgenommen wird, wobei die Vorrichtung eine Röntgenstrahlenquelle und einen
versetzbaren Detektor umfasst. Der Computerprogrammcode ist derart
ausgelegt, dass ein Versetzen des Detektorsfeldes mit einer steuerbaren
Geschwindigkeit über
einen Bildbelichtungsbereich gesteuert wird. Der Computerprogrammcode
umfasst: einen Anweisungssatz, um ein Signal abhängig von Photonen, welche zumindest
auf einen Teil des Detektors auftreffen, zu ermitteln, einen Anweisungssatz,
um das ermittelte Signal mit einem Zielwert zu vergleichen, und
einen Anweisungssatz, um die Geschwindigkeit des Versetzens des
Detektors abhängig
von dem Ergebnis des Vergleichs zu steuern. Ein Computerprogramm zur
Steuerung einer Belichtung bei einer Röntgenstrahlenvorrichtung ist
auch vorhanden, wenn eine Bildaufbereitung eines Objektes vorgenommen
wird, wobei die Vorrichtung eine Röntgenstrahlenquelle und einen
versetzbaren Detektor umfasst. Das Computerprogramm ist derart ausgelegt,
dass es ein Versetzen des Detektorfeldes mit einer steuerbaren Geschwindigkeit über einen
Bildbelichtungsbereich steuert. Das Computerprogramm umfasst: einen
Anweisungssatz, um ein Signal abhängig von Photonen, welche auf
zumindest einen Teil des Detektors auftreffen, zu ermitteln, einen
Anweisungssatz, um das ermittelte Signal mit einem Zielwert zu vergleichen,
und einen Anweisungssatz, um die Geschwindigkeit des Versetzens
des Detektors abhängig
von dem Ergebnis des Vergleichs zu steuern.
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Gemäß einem
Aspekt wird ein mit einem Computer einsetzbares Mittel, welches
einen von einem Computer lesbaren Programmcode, der darin enthalten
ist, aufweist, bereitgestellt, um eine Belichtung bei einer Röntgenstrahlenvorrichtung
zur Bildaufbereitung eines Objektes steuern zu können. Die Vorrichtung umfasst
eine Röntgenstrahlenquelle
und einen versetzbaren Detektor, welcher derart ausgestaltet ist,
dass er mit einer steuerbaren Geschwindigkeit über einem Bildbelichtungsbereich
bewegt wird. Der Code umfasst: einen ersten Anweisungssatz, um ein
Signal abhängig
von Photonen, welche auf mindestens einen Teil des Detektors auftreffen, zu
ermitteln, einen zweiten Anweisungssatz, um das ermittelte Signal
mit einem Zielwert zu vergleichen, und einen dritten Anweisungssatz,
um die Geschwindigkeit des Versetzens des Detektors abhängig von dem
Ergebnis des Vergleichs zu steuern. Ein Computerprogramm zur Steuerung
einer Belichtung bei einer Röntgenstrahlenvorrichtung
zur Bildaufbereitung eines Objekts ist auch vorhanden. Die Vorrichtung umfasst
eine Röntgenstrahlenquelle
und einen versetzbaren Detektor, welcher derart angeordnet ist, dass
er mit einer steuerbaren Geschwindigkeit über einen Bildbelichtungsbereich
bewegt wird. Das Programm umfasst: einen ersten Anweisungssatz,
um ein Signal abhängig
von Photonen, welche auf mindestens einen Teil des Detektors auftreffen,
zu ermitteln, einen zweiten Anweisungssatz, um das ermittelte Signal
mit einem Zielwert zu vergleichen, und einen dritten Anweisungssatz,
um die Geschwindigkeit des Versetzens des Detektors abhängig von
dem Ergebnis des Vergleichs steuern.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird die Erfindung in einer nicht einschränkenden
Weise mit Bezug auf eine Anzahl von bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
sind, wobei gilt:
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1 ist
eine schematische perspektivische Darstellung einer bildgebenden
Röntgenstrahlenvorrichtung,
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Von 2 ist
eine schematische Vorderansicht der Röntgenstrahlenvorrichtung gemäß der 1,
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3 stellt
in einer schematischen Weise einen Teil einer Detektoranordnung
dar,
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches die Schritte gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
darstellt,
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5 ist
ein Flussdiagramm, welches einen alternativen Schritt, gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
darstellt,
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6 ist
ein Flussdiagramm, welches noch einen anderen alternativen Schritt
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
darstellt,
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7 ist
ein Flussdiagramm, welches noch einen anderen alternativen Schritt
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
darstellt, und
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8 ist
ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlenvorrichtung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 stellt
ein bildgebendes Röntgenstrahlensystem 100 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
dar, welches auf einem Photonen zählenden Detektor basiert, welcher
den Bildbereich in einer Dimension abtastet, welche als die x-Dimension bezeichnet
wird. Das System 100 umfasst eine Röntgenstrahlenquelle (Röhre) 110,
welche in einem Gehäuse 101 angeordnet
ist, einen Patiententräger 130 und
ein Vorkollimatorgehäuse 120 und
eine Kompressionsplattenelektrode.
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Ein
Kollimator 140 ist in einer Kollimatorträgerstruktur
angeordnet und der Patiententräger 130 umfasst
ein Feld von Detektoren 150.
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Wie
in 2 dargestellt ist, sind die Röntgenstrahlenquelle 110 und
das Detektorfeld 150 derart angeordnet, dass sie radial
versetzt werden können,
wobei sich die Quelle 110 in der Mitte befindet, wodurch
der Abschnitt A abgetastet wird. Ein Bild wird ermittelt, indem
ein Detektor über
den Bildbereich abtastet. Wann immer der Detektor eine vordefinierte
Strecke abgetastet hat, wird die Anzahl von erfassten Photonenzählimpulsen
ausgelesen und der Zähler
zurückgesetzt
(auf Null gesetzt). Dies bedeutet, dass die Strecke, um welche sich
der Detektor zwischen den Auslesepunkten bewegt, die Pixel in der
Abtastrichtung definiert. In der anderen Dimension umfasst der Detektor
tatsächliche
Pixel.
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Der
Detektor deckt den gesamten Bildbereich in der y-Dimension ab. In
der y-Dimension
umfasst der Detektor Pixel. In der x-Dimension speichert das System
die Anzahl von Zählimpulsen,
welche während
der Zeit erfasst werden, in welcher sich der Detektor um eine vordefinierte
Länge bewegt.
Diese Länge
ist das Ausmaß der
Pixel des Bildes in der x-Dimension, wohingegen die eigentlichen
Pixel in der y-Dimension des Detektors die Pixel des Bildes in der
y-Dimension bilden.
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Die
Anzahl von Photonen pro Pixel, welche erforderlich sind, um ein
vordefiniertes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erhalten, ist
eine Funktion von kV, einer Photonenenergieverteilung und eines
Photonenflusses, welcher auf dem Detektor auftrifft, aber auch der Übergangszeit
pro Pixel in der x-Dimension. Der abtastende Bildempfänger arbeitet
sowohl als eine Belichtungssteuerung wie auch als ein Bildempfänger. Basierend
auf der Anzahl von Photonen, welche in einem vorbestimmten Bereich
des Detektors erfasst werden, wird die Abtastgeschwindigkeit verändert. Dieser
Bereich wird als der Rückkopplungsbereich
bezeichnet. Die Idee ist, dass, wenn sich die Zählimpulsrate in dem Rückkopplungsbereich
verändert,
auch die Abtastgeschwindigkeit verändert werden sollte, um die
Anzahl von Zählimpulsen,
welche pro Pixel in der x-Dimension erreicht wird, zu steuern. Dieses
Verfahren umfasst eine Rückmeldung
von dem tatsächlichen
Bildempfänger,
basierend auf der Zählimpulsrate
in dem Rückkopplungsbereich.
Diese Rückmeldung
liegt nahezu in Echtzeit vor und steuert die Abtastgeschwindigkeit
des Detektors. Der Effekt ist, dass die Belichtung jedes Punktes
entlang der x-Achse auf der Grundlage der Zählimpulsrate des Rückkopplungsbereiches
gesteuert wird und somit das gesamte Bild ein steuerbares Signalniveau
entlang der x- Dimension
zumindest in dem Rückkopplungsbereich
in der y-Dimension aufweist. Ein anderer Effekt ist, dass die Gesamtabtastzeit
minimiert wird, da Bereiche, welche nicht von dichten Objekten überdeckt
werden, schneller abgetastet werden und somit kürzer bestrahlt werden.
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Die
erfindungsgemäße Belichtungssteuerung
verwendet den Detektor selbst, um die Belichtung zu steuern. Bei
dem Abtastsystem ist die Belichtungszeit eine Funktion der Abtastgeschwindigkeit. Dies
ermöglicht,
dass die Belichtungszeit gesteuert wird, indem die Abtastgeschwindigkeit
basierend auf den Signalen, welche von dem Detektorfeld empfangen
werden, gesteuert wird.
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3 stellt
ein Detektorfeld 150 dar, welches eine Anzahl von nach
oben ausgerichteten Sensoren 151 umfasst. Jeder Sensor
bildet einen Pixel. Die Erfindung kann implementiert werden, indem
ein Abschnitt des Detektorfeldes, z.B. die Sensoren auf dem Rand
des Detektors, welcher der Abtastrichtung entspricht, d.h. welche
das Objekt zuerst abtasten, die Abtastzeit und somit die Belichtungszeit
bestimmen können.
Ein Bezugszeichen 170 bezeichnet Röntgenstrahlen. Folglich kann
bei dem Abtastsystem die Belichtungszeit jedes Pixels gesteuert
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
das Steuerverfahren folgende Schritte (Flussdiagramm der 4):
- • Einstellen
eines Zielsignals 400, z.B. einer Anzahl von gezählten Photonen
oder eines SNR (Anzahl von Photonen in diesem Quadrat)
- • Einstellen
eines Bereiches von Interesse (ROI), 401
- • Einstellen
einer Startgeschwindigkeit, 402
- • Beginn
des Abtastens, 403
- • Erfassen
eines Signals von dem ROI, 404
- • Kompensieren
des Signals bezüglich
der Größe und Effizienz
des ROI, 405
- • Vergleichen
des Signals mit einem Zielsignal (Starget)
und Berechnen einer neuen optimalen Geschwindigkeit, 406.
Für den
Fall einer Photonen zählenden
Vorrichtung kann die neue Geschwindigkeit Vnew durch
Vnew – Vold × Starget/Smeasured berechnet
werden.
- • Einstellen
einer neuen Geschwindigkeit, 407
- • Nächstes Auslesen.
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Wobei
der Schritt des Vergleichens der Signale umfassen kann, 5:
- • Wenn
das Zielsignal größer als
das gemessene Signal ist, 406', dann wird die Geschwindigkeit verringert 4061', sonst wird
die alte Geschwindigkeit beibehalten 4062'.
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Dies
wird aufgrund der Tatsache durchgeführt, dass eine Steuerung abhängig von
dem dichtesten Bereich in der Brust angestrebt wird. Dies ist für den Fall
angebracht, wenn die Breite des ROI kleiner als die Gesamtbreite
des Detektors ist.
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Der
Schritt des Vergleichens der Signale kann auch ein Einstellen einer
minimalen Geschwindigkeit umfassen.
- • Für den Fall
dass das Zielsignal kleiner als das gemessene Signal ist, kann das
Steuerverfahren die Geschwindigkeit erhöhen, anstatt die alte Geschwindigkeit
beizubehalten. Eine herkömmliche Steuerung,
deren Parameter derart ausgewählt sind,
dass sie den Detektorentwurf berücksichtigen,
kann die Steuerung der Geschwindigkeit vornehmen. Z.B. kann ein
schmalerer Detektor einen Steueralgorithmus mit einer rascheren
Antwort als ein breiterer einsetzen.
-
Ein
anderer alternativer Schritt des Vergleichens des Signals kann auch
sein (7):
- • Wenn das Zielsignal größer als
das gemessene Signal ist 406'', dann verringere
die Geschwindigkeit 4061''', sonst
– Erfasse Daten einer Kompressionshöhe (hcompression), erfasse eine Projektion von
der stehenden Steuereinheit und erfasse Daten über einen Untersuchungstyp
(Phantom, Implantat, Probe, usw.), 4062'''
– Schätze basierend
auf dem vorab Stehenden ein typisches Dichteprofil der Brust von
vorhergehenden Untersuchungen, 4063'''
- • Basierend
auf dem geschätzten
Dichteprofil und den gemessenen Signalen (d.h. dem gemessenen tatsächlichen
Dichteprofil) wird das optimale Geschwindigkeitsprofil für den Rest
bestimmt, 4064''''
-
Das
Zielsignal kann von einer Objektdicke und einem Spektrum, welches
auf das Objekt auftrifft, berechnet werden.
-
Die
Daten von dem untersuchten Objekt werden von einer Datenbank erhalten,
welche vorherige Untersuchungen, Schätzungen, usw. umfasst.
-
Der
Schritt der Auswahl des ROI kann umfassen:
- • Bestimme
die Abtastrichtung,
- • Wähle den
ROI, in welchen die Brust zuerst eindringt, und
- • Überprüfe, ob der
ROI eine ausreichende Anzahl von arbeitenden Detektorelementen aufweist, sonst
wähle den
nächst
geeigneten ROI.
-
8 stellt
die Anordnung der Erfindung in Verbindung mit der Röntgenstrahlenvorrichtung
der 2 dar. Das zu untersuchende Objekt (z.B. die Brust) 160 wird
zwischen dem Kollimator 140 und der Detektoranordnung 150 in
der Bahn der Röntgenstrahlen 170 angeordnet.
Das Signal von dem Detektor wird durch eine Ausleseeinheit 801 ausgelesen und
einer Verarbeitungseinheit 802 (Computermoduleinheit) zur
Verfügung
gestellt, wobei basierend auf dieser Ausgabe eine Motorsteuerung 803 den
Motor 804 steuert, welcher den mittels Röntgenstrahlen bildgebenden
Teil der Vorrichtung in einer halbkreisförmigen Bewegung antreibt.
-
Das
Signal wird jedes Mal erfasst, wenn sich der Detektor um einen voreingestellten
Wert bewegt hat. Auf diese Weise entspricht es der Pixelbreite des ermittelten
Bildes. Die Pixeldaten werden mit der Zeitdauer normiert, welche
seit dem letzten Auslesen verstrichen ist. Das Signal für die AEC
wird jedoch nicht normiert. Dies führt zu einer Bildqualität, welche unabhängig von
der Abtastgeschwindigkeit ist. Das System kann die Abtastgeschwindigkeit über die
gesamte Abtastung verändern
und ermöglicht,
dass unterschiedliche Teile des Bildes eine unterschiedliche Belichtungszeit
aufweisen, welche abhängig
von dem dargestellten Objekt ist.
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Es
ist auch möglich,
einen Teil des Detektorfelds zu verwenden, um die Abtastgeschwindigkeit zu
steuern. Wenn sich die Signalrate oder Berechnungsrate in diesem
Teil verändert,
sollte die Abtastgeschwindigkeit verändert werden, um das Niveau der
statistischen Daten bei dem Bild zu steuern. Die Rückmeldung
von dem Detektorfeld bezüglich
der Abtastgeschwindigkeit kann im Wesentlichen in Echtzeit erfolgen.
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Ein
Effekt der vorgeschlagenen Belichtungssteuerung ist, dass die Gesamtabtastzeit
verringert wird, da Bereiche, welche nicht durch dichte Objekte abgedeckt
sind, schneller abgetastet werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann in zahlreichen Weisen verändert
werden, ohne von dem Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen, und die Anordnung
und das Verfahren kann in verschiedenen Weisen abhängig von
der Anwendung, von funktionalen Einheiten, Anforderungen und Erfordernissen
usw. implementiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
zum Steuern einer Belichtung bei einer Röntgenstrahlenvorrichtung, um
ein Objekt darzustellen. Die Vorrichtung umfasst eine Röntgenstrahlenquelle
und einen versetzbaren Detektor, welcher derart ausgestaltet ist,
dass er sich mit einer steuerbaren Geschwindigkeit über einen
Bildbelichtungsbereich bewegt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Ermitteln eines Signals abhängig von
Photonen, welche zumindest auf einen Teil des Detektors auftreffen,
Vergleichen des ermittelten Signals mit einem Zielwert, und Steuern
der Geschwindigkeit eines Versetzens des Detektors abhängig von dem
Ergebnis des Vergleichs.