DE3641992A1 - Verfahren zum automatischen belichten von roentgenaufnahmen, insbesondere fuer die mammographie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Belichtung von Röntgenaufnahmen, insbesondere für die Mammographie, bei dem die Röntgenstrahlung hinter einem Bildaufnehmer gemessen und beim Erreichen einer durch eine vorhergehende Messung bestimmten Abschaltdosis abgeschal­ tet wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren zur automatischen Belichtung, bei denen die Dosis hinter dem Bildaufnehmer gemessen wird, können trotz Belichtungsautomatik zu unterschiedlich belichteten Röntgenaufnahmen führen. Der Grund dafür ist die Aufhär­ tung der Strahlung durch das aufzunehmende Objekt. Aufge­ härtete Strahlung wird in der Leuchtstoffschicht einer Verstärkerfolie, die zusammen mit einem Film in der Regel den Bildaufnehmer bildet, weniger stark absorbiert und erzeugt somit eine im Verhältnis geringere Schwärzung auf dem Film. Wegen der geringeren Absorption in der Folie gelangt jedoch mehr Strahlung zu dem dahinter befindlichen Strahlendetektor für die Belichtungsautomatik, so daß die Röntgenaufnahme entsprechend früher beendet wird. Das frühere Ende der Aufnahme und die geringere Absorption in der Verstärkerfolie wirken in der gleichen Richtung und bewirken eine starke Abhängigkeit der Filmschwärzung von der Transparenz des Untersuchungsobjekts. Wenn diese Abhängigkeit vermindert werden soll, muß die Abschaltdosis so variiert werden, daß unabhängig von der Transparenz des Objektes die Schwärzung bei allen Röntgenaufnahmen im wesentlichen die gleiche ist.

Zu diesem Zweck ist es aus der DE-PS 30 08 261 bekannt, den Quotienten aus den Ausgangssignalen zweier Detek­ toren zu bilden, die die Strahlung hinter dem Bild­ aufnehmer messen und denen unterschiedliche Filter vorge­ schaltet sind. Dieser Quotient hängt von der Härte der Röntgenstrahlung hinter dem Bildaufnehmer ab und ist somit ein Maß für die Transparenz des Objektes. Das Quotienten­ signal wird mit einem aus einem Speicher entnommenen Signal verglichen, das ein Maß für die Transparenz eines Normobjektes bei der vorgegebenen Röhrenspannung und dem vorgesehenen Filter ist. Die Abschaltdosis wird in Abhängigkeit von dieser Differenz variiert, und die Röntgenaufnahme wird beendet, sobald die während der Röntgenaufnahme ermittelte Abschaltdosis erreicht ist.

Wegen der stets vorhandenen Aufhärtung der Strahlung durch die Film-Folien-Kombination ist die Variation des Quotien­ tensignals in Abhängigkeit von der Transparenz des Objektes relativ gering. Deshalb müssen beide Signale mit relativ großem Signal-Rausch-Verhältnis erfaßt werden, was aber dadurch erschwert wird, daß schon nach vergleichs­ weise kurzer Aufnahmezeit ein auswertbares Quotienten­ signal vorliegen muß, damit bei sehr transparenten Objekten und entsprechend kurzen Aufnahmezeiten die erfor­ derliche Abschaltdosis rechtzeitig vorgegeben werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, das die Transparenz des Aufnahmeobjektes zuver­ lässig bestimmt und daraus die erforderliche Abschaltdosis ableitet.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Röntgenaufnahme eine Testaufnahme mit definierten Aufnahmeparametern und mit wesentlich härterer Röntgenstrahlung vorausgeht und daß aus der dabei gemessenen Dosisleistung die Abschalt­ dosis für die nachfolgende mit wesentlich weicherer Röntgenstrahlung angefertigte Röntgenaufnahme abgeleitet wird.

Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens, die versehen ist mit einem eine Röntgenröhre speisenden Hoch­ spannungserzeuger, einer Meßeinrichtung, die ein der Dosis hinter dem Bildaufnehmer entsprechendes Dosissignal erzeugt, wobei die Röhrenspannung bei Erreichen einer Abschaltdosis abgeschaltet wird, mit einer Steuereinheit zum Steuern des Hochspannungserzeugers, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit den Hochspannungs­ erzeuger derart steuert, daß zunächst eine Testaufnahme mit erhöhter Röhrenspannung und definierten Aufnahmepara­ metern und anschließend eine Röntgenaufnahme mit auto­ matischer Belichtung durchgeführt wird, und daß die Steuereinheit aus dem von der Meßeinrichtung am Ende der Testaufnahme gelieferten Dosisleistungssignal die Abschaltdosis für die Röntgenaufnahme bestimmt.

Bei der Erfindung wird die Abschaltdosis also nicht erst während der Röntgenaufnahme ermittelt, sondern schon im Anschluß an eine vorherige Testaufnahme. Die Testaufnahme wird mit einer wesentlich härteren Röntgenstrahlung durch­ geführt als die eigentliche Röntgenaufnahme bzw. mit einer höheren Röhrenspannung und einem stärkeren Filter. Für Zwecke der Mammographie kann die Röhrenspannung bei der Testaufnahme um 40 kV liegen, während sie bei der an­ schließenden Röntgenaufnahme um 28 kV liegt. Bei der Testaufnahme wird ein die Strahlung relativ stark aufhärtendes Filter, z.B. 0,4 mm Eisen, eingesetzt und bei der angeschließenden Röntgenaufnahme ein schwächeres Filter, z.B. 0,03 mm Molybdän. Deshalb durchdringt ein wesentlich größerer Anteil der Röntgenstrahlung das Aufnahmeobjekt und den Bildaufnehmer und wird von der Meßeinrichtung in ein Dosisleistungssignal umgesetzt. Die Meßeinrichtung liefert daher auch dann noch ein auswert­ bares Signal, wenn der Bildaufnehmer nur einen Bruchteil der bei einer Röntgenaufnahme absorbierten Dosis aufnimmt (z.B. weniger als 10%) und das Untersuchungsobjekt nur etwa 1/100 der bei der Röntgenaufnahme verabfolgten Dosis absorbiert. Die Testaufnahme kann somit unter Bedingungen durchgeführt werden, die den Bildaufnehmer kaum vorbe­ lichten und die Strahlenbelastung des Patienten praktisch nicht erhöhen. Der Bildaufnehmer befindet sich daher schon bei der Testaufnahme im Strahlengang, so daß die Röntgen­ aufnahme praktisch unmittelbar im Anschluß an die Test­ aufnahme geschaltet werden kann.

Die Dosisleistung kann auf verschiedene Weise gemessen werden. Beispielsweise kann während der Testaufnahme das mAs-Produkt und damit die Aufnahmezeit vorgegeben werden; die am Ende der Testaufnahme gemessene Dosis entspricht dann der Dosisleistung während der Testaufnahme. Ebenso ist es möglich, die Dosis vorzugeben, bei der die Test­ aufnahme abgeschaltet wird. Die dabei gemessene Aufnahme­ zeit bestimmt dann (in Verbindung mit der vorgegebenen Dosis) die Dosisleistung und kann daher ebenfalls als Maß für die Dosisleistung angesehen werden. Hierbei ist aller­ dings von Nachteil, daß die Aufnahmezeit schwanken kann, was bei Einsatz von bewegten Streustrahlenrastern Schwierigkeiten mit sich bringt.

Die Dosisleistung während der Testaufnahme ist ein Maß für die Transparenz des Aufnahmeobjektes. Deshalb kann aus der Dosisleistung die Abschaltdosis für die nachfolgende Röntgenaufnahme bestimmt werden. Die Abschaltdosis ist umso kleiner, je höher die Dosisleistung bei der Testaufnahme war und umgekehrt. Je höher nämlich die Dosisleistung bei der Testaufnahme ist, desto höher muß auch die Transparenz des Objektes sein, desto geringer wird die Aufhärtung durch das Objekt und desto geringer ist der Anteil der Strahlung der den Detektor erreicht. Der geeignete Verlauf der Abschaltdosis als Funktion der gemessenen Dosisleistung kann in einer Aufnahmereihe ermittelt und dann gespeichert werden.

Bei der nachfolgenden Röntgenaufnahme wird die Röhren­ spannung verringert und ein schwächeres Filter in den Strahlengang gebracht. Diese Röntgenaufnahme wird auto­ matisch beendet, wenn die während der Aufnahme gemessene Dosis den Wert der zuvor ermittelten Abschaltdosis erreicht hat.

Da die Bestimmung der Abschaltdosis unabhängig von der nachfolgenden Röntgenaufnahme erfolgt, ist es auch möglich, die Aufnahmeparameter, insbesondere die Röhren­ spannung und/oder das im Strahlengang befindliche Filter, in Abhängigkeit von dem bei der Testaufnahme gemessenen Dosissignal zu variieren bzw. zu wechseln.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die eine Mammographieanordnung in Verbindung mit den zugehörigen elektrischen Komponenten zeigt. Mit 1 ist dabei eine für die Mammographie geeignete Röntgenröhre bezeichnet, d.h. eine Röntgenröhre, die in der Lage ist, eine relativ weiche Röntgenstrahlung mit ausreichender Intensität zu erzeugen. Die Hochspannung an der Röntgen­ röhre - im folgenden Röhrenspannung genannt - und der Röhrenstrom werden von einem Hochspannungsgenerator 3 geliefert, der u.a. einen Eingang 31 zum Einstellen des Röhrenstromes, einen Eingang 32 zum Einstellen der Röhren­ spannung, einen Eingang 33 zum Starten einer Röntgenauf­ nahme und einen Eingang 34 zum Beenden einer Röntgenauf­ nahme aufweist. Die vom Röntgenstrahler erzeugte weiche Strahlung durchsetzt eines von mehreren unterschiedlichen Filtern 2, 2 a einer Filteranordnung, die mittels eines Filterwechslers 9, der durch Signale auf einer Steuer­ leitung 91 steuerbar ist, relativ zum Strahlengang ver­ schiebbar ist, so daß die vom Röntgenstrahler 1 erzeugte Strahlung in unterschiedlicher Weise gefiltert werden kann.

Das gefilterte Strahlenbündel durchsetzt das auf einer Lagerungsplatte 4 befindliche mit einer Kompressions­ einrichtung 5 komprimierte Objekt und trifft danach auf einen Bildaufnehmer 6, der aus der Kombination einer Leuchtstoffolie und eines fotografischen Films besteht (Filmfoliensystem). Grundsätzlich kann als Bildaufnehmer aber auch ein durch die Röntgenaufnahme aktivierter Speicherphosphor oder ein Dielektrikum dienen, dessen Ladungsverteilung der Intensitätsverteilung bei der Röntgenaufnahme entspricht.

Nach dem Durchsetzen des Bildaufnehmers 6 trifft die Röntgenstrahlung auf einen Strahlendetektor, z.B. eine Ionisationsmeßkammer 7, vorzugsweise aber ein Halbleiter­ detektor, die in Verbindung mit einem nachgeschalteten Elektrometerverstärker ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das ein Maß für die von der Meßkammer empfangene Dosis während einer Aufnahme ist. Der Elektrometer­ verstärker 71, der z.B. gemäß der DE-OS 34 34 542 aufge­ baut sein kann, enthält einen nicht näher dargestellten Meßkondensator, der durch ein Signal auf einem mit der Startleitung 33 gekoppelten Steuereingang entladen wird, so daß bei jedem Aufnahmestart das Ausgangssignal des Elektrometerverstärkers zunächst auf Null gesetzt wird.

Das Ausgangssignal Sd des Elektrometerverstärkers 71 wird einerseits dem einen Eingang eines Komparators 11 und andererseits über einen Analog-Digital-Wandler einem Eingang 81 einer digitalen Steuereinheit 8 zugeführt. Diese kann ein nicht näher dargestelltes Microprozessor­ system enthalten, das u.a. mit einem Speicher 13 zusammen­ wirkt und das den Röntgengenerator 3 und den Filter­ wechsler 9 steuert.

Wenn die Steuereingänge 31 und 32 des Hochspannungs­ generators ein analoges Steuersignal erfordern, müßte die Steuerung über eine geeignete Digitial-Analog-Wandler- Anordnung erfolgen. Falls jedoch der Hochspannungsgenera­ tor 3 so ausgelegt ist, daß er durch digitale Signale steuerbar ist, könnte die Steuerung auch anstatt über ein­ zelne Leitungen auch sequentiell über ein Bussystem erfolgen, das die Steuereinrichtung zugleich mit den anderen ein- und/oder ausgangsseitig damit gekoppelten Komponenten (z.B. 9, 12, 13) verbindet.

Der Steuereinheit 8 wird ein vom Benutzer des Mammo­ graphiegerätes ausgelöstes Startsignal sowie über Leitungen 82 und 83 Information über die Transparenz des verwendeten Bildaufnehmers und dessen Empfindlichkeit zugeführt. Außerdem gibt die Steuereinrichtung 8 auf einer Leitung 83 über einen Digital-Analog-Wandler 14 ein der Abschaltdosis entsprechendes Signal Sa aus, das dem zweiten Eingang des Komparators 11 zugeführt wird.

Nachdem der Benutzer eine Aufnahme ausgelöst hat, gibt die Steuereinheit dem Hochspannungsgenerator Sollwerte für eine relativ hohe Röhrenspannung (z.B. 40 kV) und einen definierten Röhrenstrom vor, die durch im Hochspannungs­ generator 3 enthaltene, nicht näher dargestellte Stell­ glieder (vor-)eingestellt werden. Im Strahlengang befindet sich dabei das relativ stark schwächende Filter 2 a. Unmittelbar danach wird eine Testaufnahme gestartet, die nach einem vorgegebenen kurzen Zeitraum wieder beendet wird, so daß die Testaufnahme mit einem definierten mAs-Produkt durchgeführt wird. Dieses mAs-Produkt ist so bemessen, daß sich bei der erhöhten Röhrenspannung am Ende der Testaufnahme am Ausgang des Elektrometerverstärkers 71 ein Dosissignal Sd ergibt, das noch in der Größenordnung des Dosissignals am Ende der eigentlichen Röntgenaufnahme ist. Gleichwohl wird dadurch wegen der wesentlich höheren Durchdringungsfähigkeit der Röntgenstrahlung der Film in der Filmfolienkombination 6 praktisch nicht geschwärzt und das Objekt 10 im Vergleich zur eigentlichen Röntgenaufnahme nur unwesentlich belastet. Am Ende der Testaufnahme wird der Analog- Digital-Wandler 12 aktiviert, so daß das dann vorhandene Dosissignal in ein digitales Datenwort umgesetzt und der Steuereinrichtung 8 zugeführt wird, die daraus die Abschaltdosis errechnet, die um so kleiner ist, je höher das Dosissignal am Ende der Testaufnahme war: Ein hohes Dosissignal am Ende der Testaufnahme weist nämlich auf eine hohe Transparenz hin und damit auf eine geringe Aufhärtung, so daß nur ein vergleichsweise ge­ ringer Anteil der Strahlung, die den Film schwärzt, den Detektor 7 erreicht; deshalb ist für eine korrekte Belich­ tung eine geringere Abschaltdosis erforderlich, die über einen Digital-Analog-Wandler 14 dem zweiten Eingang der Vergleicherschaltung 11 zugeführt wird.

Nachdem auf diese Weise die Abschaltdosis bestimmt ist, wird die Röhrenspannung für die nachfolgende Röntgenauf­ nahme auf einen niedrigeren Wert, z.B. 28 kV, herab­ gesetzt. Der Filterwechsler erhält an seinem Eingang 91 von der Steuereinrichtung 8 ein Signal, das das transpa­ rentere Filter 2 in den Strahlengang bringt, der Meßkondensator im Elektrometerverstärker 71 wird über den Eingang 33 kurzgeschlossen (das Dosissignal also wieder auf Null gesetzt) und die Röntgenaufnahme wird gestartet. Das Ende der Röntgenaufnahme wird jedoch nicht wie bei der Testaufnahme von der Steuereinrichtung 8 vorgegeben, sondern von der Vergleicherschaltung 11, die die Aufnahme beendet, sobald das Dosissignal Sd den Wert der Abschalt­ dosis Sa erreicht hat. Dabei kann ggf. auch das Rücksetzen des Dosissignals entfallen und die bei der Testaufnahme erzeugte Dosis bei der Festlegung der Abschaltdosis berücksichtigt werden.

Die Ableitung der Abschaltdosis kann in der Weise er­ folgen, daß bei vorgegebener Film-Folien-Kombination das Dosissignal Sd am Ende der Testaufnahme einem von z.B. acht oder sechzehn Signalbereichen zugeordnet wird (in dem im einfachsten Fall nur drei oder vier Binärstellen des Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers 12 ausgewertet werden). Für jeden dieser Bereiche ist in dem Speicher 13 die Abschaltdosis gespeichert, die bei der Röhrenspannung während der Röntgenaufnahme eine richtige Belichtung garantiert.

Unterschiedliche Film-Folien-Kombinationen erfordern unterschiedliche Abschaltdosen. Dem könnte dadurch Rechnung getragen werden, daß für jede Film-Folien- Kombination ein Speicher bzw. ein Speicherbereich vorge­ sehen ist, in dem den einzelnen Bereichen des Dosissignals eine auf die Film-Folien-Kombination abgestimmte Abschalt­ dosis gespeichert ist. Dieser Speicheraufwand läßt sich aber vermeiden, wenn die Absorption jeder Film-Folien- Kombination (bei der Röhrenspannung der Testaufnahme) und ihre Empfindlichkeit (bei der Röhrenspannung der Röntgen­ aufnahme) bekannt und ebenfalls gespeichert sind. Ist nämlich die Abhängigkeit der Abschaltdosis von dem Dosis­ signal am Ende der Testaufnahme für eine erste Film- Folien-Kombination gespeichert, dann ergibt sich für eine zweite Film-Folien-Kombination der zutreffende Bereich durch Multiplikation des Ausgangssignals des AD-Wand­ lers 12 mit einem Faktor (oder - bei logarithmischer Signalverarbeitung - durch Addition eines Wertes), der die unterschiedliche Absorption der beiden Film-Folien- Kombinationen berücksichtigt. Der für den betreffenden Bereich (und für die erste Film-Folien-Kombination) gespeicherte Wert der Abschaltdosis ist dann mit einem Faktor zu multiplizieren (bzw. bei logarithmischer Signal­ verarbeitung ist ein Wert zu addieren), der den Empfind­ lichkeitsunterschieden der beiden Film-Folien-Kombina­ tionen entspricht.

Es ist auch sinnvoll und möglich, außer der Abschaltdosis auch andere Parameter der Röntgenaufnahme, insbesondere die Röhrenspannung und das Filter, in Abhängigkeit von dem bei der Testaufnahme gemessenen Dosissignal zu variieren, so daß z.B. für transparentere Objekte eine niedrigere Röhrenspannung (z.B. 26 kV) eingestellt und ein Filter eingeschoben wird, daß die Röntgenstrahlung weniger auf­ härtet. Diese Werte, auf die die ausgegebene Abschaltdosis abgestimmt sein müßte, müßten dann zusätzlich gespeichert sein.

Claims (4)

1. Verfahren zur automatischen Belichtung von Röntgen­ aufnahmen, insbesondere für die Mammographie, bei dem die Röntgenstrahlung hinter einem Bildaufnehmer gemessen und beim Erreichen einer durch eine vorhergehende Messung bestimmten Abschaltdosis abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenaufnahme eine Testaufnahme mit definierten Aufnahmeparametern und mit wesentlich härterer Röntgenstrahlung vorausgeht und daß aus der dabei gemessenen Dosisleistung die Abschaltdosis für die nachfolgende mit wesentlich weicherer Röntgenstrahlung angefertigte Röntgenaufnahme abgeleitet wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem eine Röntgenröhre (1) speisenden Hochspannungserzeuger (3), einer Meßeinrichtung (7, 71), die ein der Dosis hinter dem Bildaufnehmer entsprechendes Dosissignal (Sd) erzeugt, wobei die Röhrenspannung bei Erreichen einer Abschaltdosis (Sa) abgeschaltet wird, mit einer Steuereinheit (8) zum Steuern des Hochspannungs­ erzeugers, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (8) den Hochspannungserzeuger (3) derart steuert, daß zunächst eine Testaufnahme mit erhöhter Röhrenspannung und defi­ nierten Aufnahmeparametern und anschließend eine Röntgen­ aufnahme mit automatischer Belichtung durchgeführt wird, und daß die Steuereinheit aus dem von der Meßeinrichtung am Ende der Testaufnahme gelieferten Dosisleistungssignal die Abschaltdosis (Sa) für die Röntgenaufnahme bestimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (8) die bei der Röntgenaufnahme einzustellende Röhrenspannung in Abhängigkeit von dem Dosisleistungssignal vorgibt.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filterwechsler (9) vorge­ sehen ist, der in Abhängigkeit von einem Steuersignal eines von mehreren voneinander abweichenden Filter (2, 2 a) in den Strahlengang bringt und daß die Steuereinheit (8) das Steuersignal in Abhängigkeit von dem Dosisleistungs­ signal erzeugt.