DE19922346C2 - Röntgendiagnostikeinrichtung für Tomosynthese oder Schichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung für Tomosynthese oder Schichtung mit einem Patientenlagerungs­ tisch, mit einer ein Röntgenstrahlenbündel erzeugenden Rönt­ genstrahlenquelle auf der einen Seite des Patientenlagerungs­ tisches, mit einem auf der anderen Seite des Patientenlage­ rungstisches angeordneten Röntgendetektor zur Erfassung des Röntgenstrahlenbündels und Erzeugung von digitalen Bildern, mit einer Vorrichtung zur Bewegung der Röntgenstrahlenquelle, mit einer Vorrichtung zur Verschiebung des Röntgendetektors und mit einer Vorrichtung zur Überlagerung der digitalen Bil­ der, so daß nur die in einer bestimmten Längsschicht liegen­ den Details eines Untersuchungsobjektes liegenden Details scharf abgebildet werden.

Eine Röntgendiagnostikeinrichtung dieser Art ist beispiels­ weise aus der DE 27 12 320 A1 bekannt, bei der durch Bewegung des Röntgenstrahlenbündels Bilder einer bestimmten Schicht eines auf einem Patientenlagerungstisch liegenden Patienten angefertigt werden. Es werden dabei nur diejenigen Punkte scharf abgebildet, die in der gewählten Schichtebene liegen. Punkte im Körper des Patienten, die ober- oder unterhalb der gewählten Schichtebene liegen, werden aufgrund der Bewegung des Röntgenstrahlenbündels automatisch verwischt, so daß sie nicht erkennbar sind.

In der US 5,523,554 ist ein digitaler Festkörper-Flachdetek­ tor mit matrixförmig angeordneten strahlenempfindlichen Ele­ menten auf der Basis von amorphem Silizium mit einem indirek­ tem Röntgenkonverter, wie beispielsweise einem Szintillator aus Caesiumjodid (CsI), beschrieben, der in jüngster Zeit für Radiographie und Fluoroskopie entwickelt wurde. Auch sind di­ gitale Festkörper-Flachdetektoren mit einem direkten Röntgen­ konverter bekannt, wie beispielsweise Selen. Derartige Flach­ detektoren liefern das Bildsignal bezüglich ihrer Auflösung in digitaler Form. Aus diesem Grunde eignen sie sich gut für die digitale Weiterverarbeitung der Bildsignale und insbeson­ dere auch für den Einsatz von rekonstruktiven Verfahren. Eine solche rekonstruktive Bildgebungsmethode ist die Tomosynthe­ se, Schichttechnik oder klassische Tomographie, die bei digi­ taler Verarbeitung auch Digitale Tomosynthese genannt wird.

Diese neuen digitalen Detektoren weisen üblicherweise auf­ grund des Herstellungsprozesses und der komplexen Auslese­ elektronik Defekte auf, die sich bei der Verarbeitung der Si­ gnale verstärken können. Bei solchen Defekten handelt es sich im wesentlichen um einzelne ausgefallene Pixel oder Pixel­ gruppen und um vertikale und horizontale Streifenmuster, so­ genannte Offsetfehler und Ausleseelektronikstreifen.

Diese Artefakte sind speziell bei der Tomosynthese störend, bei der die Einzelprojektionen mit sehr niedriger Dosis ge­ wonnen werden, und der verwendete Radiographiedetektor i. a. hinsichtlich der Defekte für höhere Dosiswerte spezifiziert wurde. Bei der Digitalen Tomosynthese werden einzelne Aufnah­ men eines Objekts aus unterschiedlichen Blickrichtungen ge­ macht, die anschließend verschoben und aufaddiert werden. Zur Bildqualitätsverbesserung werden die Aufnahmen vor oder nach der beschriebenen Überlagerung häufig mit Filtern, die in der Regel eine Hochpaßcharakteristik aufweisen und in Abtastrich­ tung wirken, digital gefiltert. Da zur Erstellung des Gesamt­ bildes n Einzelprojektionen aufaddiert werden, beträgt die Röntgendosis einer Einzelprojektion näherungsweise ein n-tel jener der Gesamtaufnahme. Üblicherweise liegt n im Bereich zwischen 10 und 100, so daß sich für eine Einzelprojektion ein sehr niedriger Dosiswert ergibt. Bei solch geringen Do­ siswerten jedoch treten die beschriebenen Defekte besonders klar hervor. Die Defektspezifikationen für die Detektoren orientieren sich meist an üblichen radiographischen Aufnahme­ bedingungen, also an wesentlich höheren Dosiswerten als für die tomosynthetische Einzelprojektionen erforderlich sind.

Bei den bisher zur Projektionsradiographie eingesetzten Flachdetektoren wird entweder eine Vorverarbeitung mit einer geeigneten Kalibrier- und Korrektursoftware durchgeführt, o­ der die Defekte sind so gering, daß sie bei den verwendeten radiographischen und fluoroskopischen Dosiswerten toleriert werden können. Die Anforderungen an die Qualität des Detek­ tors hinsichtlich Artefakten ist umso höher, je niedriger die vorgesehene Dosis ist. Für solch niedrige Dosiswerte, wie sie für die tomosynthetischen Einzelprojektionen erforderlich werden, sind bisher keine routinemäßigen Anwendungen mit großflächigen Festkörper-Flachdetektoren bekannt.

Aus der DE 195 25 605 A1 ist eine Röntgen-Detektoranordnung für CT-Abtastanlagen bekannt, bei der die einzelnen Detektor­ elemente eine parallelogrammartige Eingangsfläche aufweisen. Ziel des Gegenstandes gemäß der Entgegenhaltung ist es, den effektiven Abstand der einzelnen Detektorelemente zu verrin­ gern, wodurch die Ortsauflösung gesteigert werden kann. Die Detektorelemente sind in einem Parallelogrammraster angeord­ net, die eine spezielle, baulich festgelegte Rasteranordnung der Elemente zur Folge hat.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagnos­ tikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Vorverarbeitung unempfindlich gegenüber diesen von De­ tektorfehlern herrührenden Artefakten ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Röntgendetektor relativ zur Tomosynthesen- oder Schichtrich­ tung um einen Winkel α gedreht ist. Durch die Drehung des Flachdetektors um einen Winkel α innerhalb der Detektorebene relativ zur Tomosynthese- oder Schichtrichtung, der x-Achse, machen sich beispielsweise vertikale und horizontale strei­ fenförmige Detektordefekte nicht bemerkbar oder werden zumin­ dest stark unterdrückt, da sie sich näherungsweise herausmit­ teln. Es wird also ein zweidimensionaler Detektor üblicher Bauart mit einem rechtwinkligen intrinsischen Abtastraster um einen Winkel gegen die Abtastrichtung verdreht werden.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Röntgendetek­ tor ein digitaler großflächiger Festkörper-Flachdetektor ist.

Erfindungsgemäß kann der Winkel α im Bereich von 2° bis 88° liegen, insbesondere 5° bis 20° vorzugsweise 10° betragen.

In vorteilhafter Weise kann der Winkel α des Flachdetektors in Abhängigkeit von der Betriebsart, Artefaktstruktur, Ausle­ serichtung des speziell betrachteten Detektors und Tomosyn­ thesebewegung einstellbar sein, so daß er sich jeden Gegeben­ heiten optimal anpassen läßt. Dabei kann der Winkel α des Flachdetektors von Einzelprojektion zu Einzelprojektion un­ terschiedlich einstellbar sein. Dadurch wird ermöglicht, daß der Detektor im Radiographiebetrieb ungedreht eingesetzt wer­ den kann. Im Tomosynthesemodus kann der Winkel α je nach Ar­ tefaktstruktur, Ausleserichtung des speziell betrachteten De­ tektors und Tomosynthesebewegung optimiert werden. Auch ein von Einzelprojektion zu Einzelprojektion variierender Winkel läßt sich erreichen.

Neben einer normalen Röntgendiagnostikeinrichtung läßt sich erfindungsgemäß auch ein C-Bogen-Gerät verwenden.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Röntgenstrah­ lenquelle in eine erste Richtung und der Röntgendetektors ge­ genläufig in eine zweite, der ersten entgegengesetzten Rich­ tung bewegt werden. Alternativ lassen sich die Röntgen­ strahlenquelle und der Röntgendetektor gleichsinnig in die gleiche Richtung bewegen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Röntgengerät für Tomosynthese,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Überlagerung der Bilder gemäß dem Stand der Technik und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Überlagerung der Bilder.

In der Fig. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung darge­ stellt, die eine an einem Stativ 1 angebrachte Röntgenröhre 2 als Röntgenstrahlenquelle aufweist, die ein nach unten ge­ richtetes Röntgenstrahlenbündel 3 erzeugt. Ein verschiebbar gehaltener Patientenlagerungstisch 4 ist an einem Fuß 5 befe­ stigt. Unter der Lagerungsplatte 6 des Patientenlagerungsti­ sches 4 ist ein digitaler Festkörper-Flachdetektor 7 ver­ schiebbar angeordnet.

Zur Erstellung von Tomosynthese- bzw. Schichtaufnahmen werden nun die Röntgenstrahlenquelle und der Detektor gegenläufig oder auch gleichsinnig zueinander bewegt, wie dies für den häufigen Fall einer gegenläufigen Bewegung durch den Pfeil 8 für die Röntgenröhre 2 und durch den Pfeil 9 für den Flachde­ tektor 7 gezeigt ist. Die Bewegung der Röntgenröhre 2 kann dadurch erfolgen, daß entweder das Stativ 1 durch einen Motor 12 als Vorrichtung zur Bewegung der Röntgenstrahlenquelle ge­ schwenkt wird. Alternativ kann aber das Stativ 1 auch ver­ schoben und die Röntgenröhre 2 gedreht werden. Der Flachde­ tektor 7 wird unterhalb der Lagerungsplatte 6 linear durch eine Vorrichtung 13 verschoben. Die Röntgenröhre 2 wird der­ art bewegt, daß ihr Röntgenstrahlenbündel immer auf den Flachdetektor 7 trifft. An dem Flachdetektor 7 ist ein digi­ tales Bildrechnersystem 14 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Monitor als Wiedergabevorrichtung für die Röntgenbilder verbunden ist. Das Röntgengerät kann aber auch einen schwenk­ baren C-Bogen aufweisen.

Anhand der Fig. 2 werden nun die Nachteile einer Röntgendia­ gnostikeinrichtung gemäß dem Stand der Technik bei ungedreh­ tem Detektor erläutert. Zur Erstellung von Tomosynthese- bzw. Schichtaufnahmen werden 1, 2. . . n Einzelprojektionen in Ab­ tastrichtung A aus unterschiedlichen Winkeln erstellt und in dem Bildsystem 14 abgespeichert. Diese Aufnahmen werden zur Verarbeitung in dem Bildrechnersystem 14 horizontal verscho­ ben, so daß die gewünschten Bildpunkte einer Schicht zu Dec­ kung gebracht werden, und aufaddiert. Zur Bildqualitätsver­ besserung findet häufig vor oder nach dieser Überlagerung ei­ ne Filterung, in der Regel im wesentlichen mit einem Hochpaß­ filter in Abtastrichtung, statt. Bei linearer Tomosynthesebe­ wegung in horizontaler Richtung werden die horizontalen Streifendefekte nicht unterdrückt, da sie sich addieren. Der Bildinhalt der einzelnen Projektionen sowie der Tomosynthese­ aufnahme ist nicht dargestellt, lediglich die Streifendefekte sind wiedergegeben. Im Fall einer Filterung mit Hochpaßcha­ rakter in Richtung der Tomosynthesebewegung werden die verti­ kalen Streifen zunächst durch die kantenaufsteilende Wirkung des Filters verstärkt.

Ohne Drehung des Detektors erscheinen diese vertikalen Strei­ fen wegen der Verschiebung des digitalen Einzelbildes um ei­ nen vom Tomosynthesewinkel bestimmten Wert im resultierenden Summenbild an verschiedenen Positionen und machen sich folg­ lich in ihrer Gesamtheit, wegen des Aufaddierens vieler Ein­ zelbilder, kaum bemerkbar, selbst bei Anwendung der o. g. Fil­ terung. Dagegen werden horizontale Streifen in den Einzelpro­ jektionen wegen der Detektorverschiebung in derselben hori­ zontalen Richtung unabhängig von einer evtl. Filterung ver­ stärkt. Nach Rekonstruktion entsteht dadurch der Bildeindruck eines in x-Richtung ausgedehnten horizontalen Artefaktstrei­ fens.

Erfindungsgemäß ist nun der Festkörper-Flachdetektor 7 rela­ tiv zur Tomosynthese- oder Schichtrichtung um einen Winkel α von beispielsweise 10° gedreht. Bei diesem in der Fig. 3 dargestellten gedrehten Detektor werden bei linearer Tomosyn­ thesebewegung in horizontaler Richtung die horizontalen Streifendefekte bei gleichen Aufnahme- und Verarbeitungsbe­ dingungen unterdrückt, da sie an unterschiedlichen Stellen im Gesamtbild auftreten und somit wegen des geringen Anteils von 1/n an dem Gesamtbild nicht zu sehen sind.

Dieser Flachdetektor ist bei horizontaler Schichtrichtung oder Tomosynthesebewegung in x-Richtung um einen Winkel α um die x-Achse gedreht in das Gehäuse oder die Detektorhalterung unter der Lagerungsplatte 6 des Patientenlagerungstisches 4 eingebaut. Die vertikalen Streifen werden immer noch an ver­ schiedenen Stellen aufsummiert und bleiben dadurch weiterhin wirkungslos. Die horizontalen Streifen werden nun jedoch we­ gen der Detektordrehung auch an verschiedenen Stellen aufsum­ miert, bleiben also ebenfalls wirkungslos. In diesem Fall bleibt auch eine evtl. Hochpaß-Filterung in horizontaler Richtung bei einer nur kleinen Drehung näherungsweise ohne Wirkung auf die horizontalen Streifen.

Wird die Röntgendiagnostikeinrichtung im Radiographiebetrieb genutzt, kann der Detektor ungedreht eingesetzt werden. Im Tomosynthesemodus läßt sich der Winkel α je nach Artefakt­ struktur, Ausleserichtung des speziell betrachteten Detektors und Tomosynthesebewegung optimieren. Auch kann die Röntgen­ diagnostikeinrichtung derart ausgebildet sein, daß der Winkel α von einer Einzelprojektion zur anderen verändert werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Röntgendiagnosti­ keinrichtung erhält man eine gute Artefaktunterdrückung bei linearer Digitaler Tomosynthese mit digitalem Flachdetektor.

Wird als Röntgengerät ein C-Bogen-Gerät verwendet, so läßt sich auch bei anderen rekonstruktiven Bildgebungstechniken, wie z. B. der Cone-Beam-CT mit Feldkamp-ähnlichem Rekonstruk­ tionsalgorithmus, mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung ei­ ne Artefaktreduktion erreichen.

Claims (10)

1. Röntgendiagnostikeinrichtung für Tomosynthese oder Schich­ tung mit einem Patientenlagerungstisch (4), mit einer ein Röntgenstrahlenbündel (3) erzeugenden Röntgenstrahlenquelle (2) auf der einen Seite des Patientenlagerungstisches (4), mit einem auf der anderen Seite des Patientenlagerungstisches (4) angeordneten, digitalen Röntgendetektor (7) mit matrix­ förmig angeordneten Bildelementen zur Erfassung des Röntgen­ strahlenbündels (3) und Erzeugung von digitalen Bildern, mit einer Vorrichtung (12) zur Bewegung der Röntgenstrahlenquelle (2), mit einer Vorrichtung (13) zur Verschiebung des Röntgen­ detektors (7) und mit einer Vorrichtung (14) zur Überlagerung der digitalen Bilder, so daß nur die in einer bestimmten Längsschicht liegenden Details eines Untersuchungsobjektes liegenden Details scharf abgebildet werden, wobei der Rönt­ gendetektor (7) relativ zur Richtung (x) um einen Winkel (α) gedreht ist.

2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rönt­ gendetektor ein digitaler großflächiger Festkörper-Flach­ detektor ist.

3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) im Bereich von 2° bis 88° liegt.

4. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) im Bereich von 5° bis 20° liegt.

5. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) 10° beträgt.

6. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) des Flachdetektors (7) in Abhängigkeit von der Betriebsart, Artefaktstruktur, Ausleserichtung des speziellen Detektors und Tomosynthesebewegung einstellbar ist.

7. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) des Flachdetektors (7) von Einzelprojek­ tion zu Einzelprojektion unterschiedlich einstellbar ist.

8. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgendiagnostikeinrichtung ein C-Bogen-Gerät ist.

9. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (12) zur Bewegung der Röntgenstrahlen­ quelle (2) diese in eine erste Richtung (x) und die Vorrich­ tung (13) zur Verschiebung des Röntgendetektors (7) diesen gegenläufig in eine zweite, der ersten entgegengesetzten Richtung bewegt.

10. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (12) zur Bewegung der Röntgenstrahlen­ quelle (2) diese in eine erste Richtung (x) und die Vorrich­ tung (13) zur Verschiebung des Röntgendetektors (7) diesen gleichsinnig in die gleiche Richtung bewegt.