NL8304397A - Roentgenonderzoekapparaat met beeldsubstractie. - Google Patents

Description

"1 i * * PHN 10882 t .

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

. röntgenonderzoekapparaat met beeldsubstractie. _ - ' De uitvirding heeft betrekking op een röntgenor)derzoekapparaat_ met een röntgenbron, een röntgenbeel<i3etec±ieinrichting/ een televisie-opneeminrichting en een inrichting voor digitale beeldsubstractie met een a-d converter,een uitleesbaar digitaal beeldgeheugen en een fceeld-5 waergaveinr ichting, en op een werkwijze voor het uitvoeren van röntgen-onderzoekingen met een dergelijk apparaat.

Ben dergelijk röntgenonderzoekapparaat is bekend uit US 4.204.225. In een aldaar beschreven inrichting voor digitale angiografie worden röntgenbeelden, cpgencmen respectievelijk zonder en met contrast-10 middel, na digitalisering onderling van elkaar afgetrokken waardoor in beginsel een beeld van de locale verdeling van het contrastmiddel en daarmede bijvoorbeeld van het bloedvatenstelsel wordt gevormd. Bij onderzoek aan bijvoorbeeld lichaamsdelen die niet binnen een enkel beeld— veld van de röntgenbeeldversterkerbuis vallen warden moeilijkheden 15 ondervonden doordat dan in meerdere posities afbeeldingen moeten werden gemaakt. Hierbij kan in geval van veneuse injectie de benodigde hoeveelheid contrastmiddel, welke voor een goede afbeelding van de onderscheiden posities nodig is, bezwarend worden en wordt veelal moeite ondervonden met een goede aaneensluiting van de verschillende gebieden 20 voor het vonten van een totaalbeeld. Voor angiografisch onderzoek is hier vooral van belang, het gedeelte van het menselijk lichaam dat de bifurcatie van bet vatenstelsel en althans een gedeelte van de benen ernvat.

De uitvinding beoogt onderzoek met digitale subs tractie ook 25 voor grotere lichaamsgedeelten mogelijk te maken en daartoe heeft een röntgenonderzoekapparaat van de in de aanvang genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk, dat voor onderzoek van objecten met een laterale uitgebreidheid die het ingangsseberm van de röntgenbeelddetectie-inrichting overtreft, een bewegingsmechanisme is opgenemen voor een 30 onderlinge laterale verplaatsing van de röntgenbron samen met de röntgen-beelddetectieinrichting enerzijds en het object anderzijds op een, iret de voortplanting van een, het te onderzoeken object doorstralend contrast-medium gecorreleerde wijze. ----------- 8304397

__I

* <i t PHN 10882 2 · ·

Doordat in een inrichting volgens de uitvinding het afbeeldings-veld verplaatst wordt met bijvoorbeeld de snelheid van de bolus-beweging van een contrastmedium kan het door een enkele injectie ingebrachte contras tmsdium voor meerdere opnamen worden gebruikt. Hierbij kan nog 5 gekozen worden uit verschillende methoden in de onderlinge opvolging van het opnemen van beelden zonder contrastmiddel, verder maskerbeelden te noemen, en beelden met contrastmiddel, verder afbeeldingen te noemen.

Zo lean over de gehele uitgebreidheid van het te onderzoeken lichaamsge-deelte eerst een reeks maskerbeelden worden opgenemen, vervolgens een 10 contrastmiddel worden toegediend en dan met de beweging daarvan meelopend een reeks afbeeldingen worden gemaakt op met de maskerbeelden overeenkomstige posities. Hierbij kan het afbeeldingsmechanisme zowel in discrete stappen als continue worden voortbewogen. Een nadeel van deze methode is, dat het tijdsverloop tussen maskerbeeld en afbeelding groot 15 is waardoor bijvoorbeeld door bewegingen van of in de patiënt bewegings-onscherpte op kan treden.

Dit bezwaar wordt in een voorkeursuitvoering ondervangen door de maskerbeelden en de afbeeldingen in een enkele reeks op te nemen en wel door de opnamen daarvoor zodanig te kiezen, dat voor elke positie 20 aan een flank van de contrastbolus bij een relatief lage concentratie een maskerbeeld wordt opgenomen en bij een relatief hoge concentratie een afbeelding wordt gemaakt. Met een maskeropname in de staart van de bolus en een afbeelding meer naar de top daarvan kan dan toch met bijna het gehele contrastmiddel van de bolus gewerkt worden. Een nadeel kan 25 hier zijn dat de tijdsafstand tussen masker en afbeelding, die nu geheel door de stroomsnelheid van de bolus is gegeven voor een bepaald onderzoek of een bepaald gebied toch niet optimaal, dus praktisch gesproken nog te lang is en dat de bolus na het opnemen van de afbeelding te ver is doorgestroamd voor een volgende positie. Hieraan kan goeddeels tege-30 moet worden gekomen door masker en beeldopname relatief kort na elkaar te vormen op het meest steile gedeelte van de flank van de bolus, bijvoorbeeld aan weerskanten van de standaard deviatie daarvan. Indien de afbeeldingen ongeveer 0,5 sec. uit elkaar liggen zal ongeveer een-vierde gedeelte van de maximale concentratie van contrastmiddel effectief 35 gebruikt worden, hetgeen ruim voldoende is voor het maken van een reeks beelden waaruit later een optimaal beeld gekozen kan worden. Een bijkanend voordeel is, dat beide opnamen ook aan de achterzijde van de bolus opgenomen kunnen warden. Herpositionering is bij de laatste methodieken 8304397 * i.

PHN 10882 3 althans voer de maskerbeeldcpnamen niet nodig cnüat alles in een enkele reeks wordt epgenemen. Doordat de onderling te substraheren beelden direct of althans nagenoeg direct na elkaar zijn. opgeroien is bewegingson-scherpte ^nneden.

5 In een voorkeursuitvoering wordt als r&itgenbeelddetectie- inrichting een 14" röntgenbeeldversterkerbuis zoals beschreven in US 4.213.055 gebruikt. Hierdoor is niet alleen een groot beeldveld gerealiseerd maar kan ook door de goede afbeeldingskwaliteiten daarvan met minder contrastmiddel worden gemeten. In de TV keten dan wel in de lichtover-10 dracht tussen de röntgenbeeldversterkerbuis en de tele vis iecpneemhiis van de BV-TV keten kan een detectiesysteem voor automatische belichtings-regeling zijn opgencraen.

Ben uiterst geschikt röntgenbeeldcpname-apparaat voor het uitvoeren van de uitvinding waarin het systeem röntgenhuis - BV systeem 15 in snelle successie met nauwkeurige stappen of continue ten opzichte van een patiënt kan worden verplaatst is beschreven in GB 2098440 (PHN10Q43 -N.V. Philips). In elke positie kunnen dan indien gewenst ook meerdere maskers en vooral meerdere beelden warden gevormd waardoor de kwaliteit van het eindbeeld voor diagnostiek kan worden geoptimaliseerd. In een 20 verdere voorkeursuitvoering wordt ten einde het optreden van overstraling in het beeld door straling die zonder objectmateriaal te passeren het ingangsscherm van de röntgenbeeldversterkerbuis bereikt, gebruik gemaakt van een stralingsfilter zoals beschreven in de tegelijk net deze aanvrage ingediende octrooiaanvrage PHN 10883 op naam van Aanvraagster.

25 Hat filter heeft zowel in een lengterichting als in een breedterichting een verlopende stralingsabsorptie waardoor overstraling via de ruimte tussen de benen wordt voorkomen.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In 30 de tekening toont : figuur 1 een rontgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding, figuur 2 een. voorbeeld van een contrastbolus met daarin aangegeven optimale cpnameposities.

Een rontgenonderzoekapparaat zoals geschetst in figuur 1 bevat 35 een röntgenbuis 1 met een anode 2, een kathode 4 en een uittreevenster 6 voor het opwekken van een röntgenbundel 8 waarmede een object 10 gelegen op een objeettafel 12 kan worden doorstraald. Aan een van de röntgenbron afgekeerde zijde van de objecttafel bevindt zich in de nu 8304397 ΙΏΝ 10882 4 . ,~ - ! t beeldinformatie dragende röntgenbundel 14 een röntgenheeldversterkerbuis 15 met een ingangsscherm 16-, een uitgangsscherm 18 en een electronenqptisch systeem 20 voor het op het uitgangsscherm afheelden van een door de röntgenhundel 14 uit een fotokathode van het ingangsscherm vrijgemaakte 5 electronenfcundel 22. Het uitgangsscherm 18 is met een vezeloptiek of, zoals hier , met een lenssysteem 24 optisch gekoppeld met een ingangsscherm 26 van een televisieopneembuis 25. In de televisieopneembuis wordt een door een lichtbundel 27 op het ingangsscherm 26 daarvan geprojecteerd beeld met behulp van een electronenbundel 28 af getast en omgezet 10 in een videosignaal. De röntgenbuis met het detectiesysteem 29 vormen samen met de objectdrager 12 onderdelen van bijvoorbeeld het in GB 2.098.440 beschreven röntgenonderzoekapparaat waarin de röntgenbron 1 met het detectiesysteem 29 pp de aldaar beschreven wijze ten opzichte van objectdrager kan warden verplaatst. Het videosignaal wordt hier via 15 een voorversterker 30 toegevoerd aan een eerste monitor 32 en aan een a-d converter 34 waarin analoge videosignalen worden omgezet in gedigitaliseerde beeldsignalen die voor verdere verwerking toegevoerd kunnen warden aan een digitale beeldregistratieinrichting 36 net een digitale heeldverwerkingseenheid 38 en een eerste beeldopslaginrichting 40, bij-20 voorbeeld een magneetschijf en een tweede geheugen 42, bijvoorbeeld een digitaal optisch geheugen waarin beeldinformatie oproepbaar voor langere tijd kan worden opgeslagen. Vanuit de geheugenrekeneenheid kan een resulterend digitaal beeld via een d-a converter 44 pp een tele vis iemonitor 46 warden weergegeven of via een hardcopy unit 48 in een hardcopy worden 25 vastgelegd. Voor onderlinge besturing en, waar nodig, synchronisatie van de televisieopneembuis, de röntgenbuis en de positie van de objecttafel, en daarmede van het object, is een centrale besturingsinrichting 50 ppgencmen.

Aan de centrale besturingsinrichting 50 kan een EEG registratie 30 en triggereenheid zijn toegevoegd waarmede enerzijds van een te onderzoeken patient het EEG kan worden ppgencmen en arderzijds eventueel gecorreleerd daarmede het optimale moment voor het bedienen van een injectie contrastmiddel kan worden geïndiceerd.

De röntgenbeeldversterkerbuis 15 is bij voorkeur een 14" high 35 resolution buis zoals beschreven in US 4.213.055. Met een dergelijke buis kan een diagnostisch belangwekkend aansluitend gebied van een te onderzoeken patient vanaf de bifurcatie tot de voeten mat een diagnostisch voldoende beeldoverlapping in bijvoorbeeld 8 aansluitende posities 8304397 EHN10882' 5 · --, worden apgenanen. Hiertoe kan na positioneren en conditioneren van de patiënt een aansluitende reeks maskerbeelden warden cpgenonen, dan een contrastmiddel toegediend warden en \ervolgens meelopend met de contrast-bolus een overeenkomstige reeks afbeeldingen warden apgeronen.‘ Vooral 5 bij bet vormen van de afbeeldingen kunnen meerdere opnamen per positie warden gemaakt telkens waarna het stralings-detectiesysteem een positie wordt cpgeschreven. Overigens kan de verplaatsing ode continue worden doorgeveerd al dan niet met constante snelheid. Vanuit de centrale bestor ingsinrichting wordt dan de röntgenbuis iicpulsgewijs bekrachtigd in 10 posities die door de positie van de objectdrager bij het maken van de maskerbeelden zijn vastgelegd. Een voordeel van continue beweging is dat schokken in het apparaat zijn vermeden. De continue methode van verplaatsen kan ook worden gebruikt bij verder te beschrijden uitvoeringsvormen met uitzondering van de SEEP-TID methode. Elk van de opgenoenen 15 beelden kan direct cp een monitor worden weergegeven en kan op de mate van, door het contrastmiddel veroorzaakte contrast warden gecontroleerd cp grond waarvan de beweging kan worden aangepast. Hst vormen van locale verschilbeelden van maskerbeelden en contrastbeelden geschiedt verder overeenkomstig de daarvoor bekende technieken. Ook de verschilbeelden 20 kunnen on-line qp een monitor worden weergegeven, voor latere bestudering, bijvoorbeeld' in een "DOR" systeem worden opgeslagen, of in een hardcopy worden vastgelegd.

Een groot nadeel van deze methode van meten is, dat het tijdsverloop tussen de opname van het maskerbeeld en het contrastbeeld niet 25 veel minder dan 10 a 20 sec. kan zijn. Vooral door patiëntenbewegingen, ook interne, treedt daarbij vaak beeldverstoring op. Hiervoor maakt het niet uit of de beweging continue dan wel in stappen wordt docrgevoerd.

Bij de continue bewaging worden indien de patient zelf wordt verplaatst verende bevegingen in de patient vermeden. De repositionering van de 30 patient moet bij deze methoden uiteraard ook. uiterst exact zijn ctrdat elke misarientatie tussen maskerbeeld en contrastbeeld in wezen ode als bewegingsfout in het verscfailbseld optreedt.

Een beduidende verbetering ten aanzien van beeldverstoring door patientbeweging wordt verkregen door toepassing van een STEP-TID 35 methode van meten. Hierbij worden de metingen zodanig uitgevoerd dat in elke positie zender verdere verplaatsing tussendoor, zowel een masker-beeld als een contrastbeeld wordt qpgenomen. Hoewel hier gemakshalve van een maskerbeeld en een contrastbeeld wordt gesproken kunnen in elke 8304397 PHN 10882 6 positie ook meerdere maskerbeelden en vooral contrastbeelden worden opge-nonen. Na positionering en conditionering van de patient volgt nu bijvoorbeeld een gecontroleerde injectie met contrastmiddel, een masker-opname bij het begin- van het binnenstrooien van het medium in bet meetveld, 5 en een contras topname wanneer het contras tmedium in een zekere mate in het meetveld is binnengedrongen. Dan wordt het afbeeldingssysteem een stap verzet en worden overeenkomstige metingen in een tweede positie uitgevoerd. Omdat hier meerdere beelden per positie warden opgenaten is een continue verplaatsing zoals reeds eerder opgemerkt hier niet rele-10 vant. Opslag,weergave, bewerking en registratie van de beeldinformatie geschiedt ook hier weer op de bekende wijze.

Een probleem dat zich hier voordoet is, dat de verplaatsing naar een volgende positie uit kan worden doorgevoerd wanneer het laatste maskerbeeld is qpgencmen.. Het contrastmiddel mag dan dus nog niet te 15 veel in het meetveld van de volgende positie zijn dóórgedrongen. Voor deze voorwaarde zijn zovel de verplaatsingssnelheid van het contrastmedium als de lengte van de bolus in de patient relevant. Dit probleem kan warden ondervangen door voor elke positie opnieuw contrastmiddel toe te dienen. Het bezwaar daarvan is evenwel, dat evenals voor normaal DVI onderzoek 20 aan een zo groot gebied de hoeveelheid contrastmiddel de gestelde bovengrens overschrijdt .Voor niet al te grote gebieden kan met de 14" rÖntgen-beeldversterkerbuis wel volgens deze methode worden gemeten.

Ten einde ook de bezwaren van de grote dosis contrastmiddel te ondervangen wordt bij een voorkeursuitvoering volgens, de uitvinding 25 aldus gewarkt, dat in elk opvolgende positie zovel een maskerbeeld als een contrastbeeld met een en dezelfde contrastmiddelbolus wordt cpgencmen. Voor het maskerbeeld wordt evenwel niet een positie ten opzichte van de contrastbolus gekozen waar de concentratie nog zeer gering is maar een positie aan een zijde van een flankgedeelte van de bolus waar de ver-30 andering in concentratie relatief groot is. Een gunstige positie 60 daarvoor is aangegeven in. figuur 2 dat wil zeggen in concentratie uitgezet in de y. richting gemeten ongeveer 10 a 20% voor het keerpunt 62 in de flank. Indien het contrastbeeld wordt, qpgencmen in een positie 64 op ongeveer een gelijke afstand aan de andere zijde van het keerpunt 62 35 is het contrastconcentratieverschil in maskerbeeld en contrastbeeld 20 a 40% van de maximale concentratie. Met een dergelijk contrastconcen-tratieverschil kunnen afhankelijk van het tijdsverschil tussen opvolgende beelden bruikbare verschilbeelden worden gevormd. Bewegingsonscherpte 8304397 PHN 10882 7 ~ J * t • treedt nu welhaast niet op cndat het tijdsverschil tussen maskerbeeld en contrastteeld nu slechts ongeveer 0,25 a 1 sec. bedraagt. Zijn aldus maskerbeelden en contrastbeelden cpgencmen dan kan naar een volgende ireet-positie 'worden, overgegaan en het proces kan worden herhaald. Het is 5 daarbij geen bezwaar, dat in het dan in het beeldveld gelegen gedeelte van het object reeds enig contrastmiddel is binnengedrongen. Het eerste maskerbeeld wordt ook daar gemaakt bij de positie 60, ongeveer overeenkomend met een concentratie van een derde van de tqpconcentratie. (¾) deze wijze kan de bolus door het te onderzoeken objectgedeelte warden 10 vervolgd. In elk van de meetposities kunnen bij een gebruikelijke doorstroming van de contrastbolus bijvoorbeeld 4 beeldcpnamen worden gemaakt waartussen dan nog voldoende tijd overblijft voor verplaatsen.

Bedacht moet hierbij worden, dat de positie ten opzichte van de bolus voor de beeldcpnamen niet exact vast. hoeft te liggen. Een zekere ver-15 plaatsing over de flank is zonder meer toegestaan, resulteert ten hoogste in een geringer contrastmiddelverschil maar levert geen andere beeldfouten op.

Eenzelfde serie beelden kan, met omkering van de tijdsvolgorde tussen maskerbeeld en cantrastbeeld, aan de achterzijde 66 van de bolus . 20 warden cpgencmen. Hierdoor kan of wel anders worden geïndiceerd, bijvoorbeeld uitgaande van het moment dat de concentratie in het meetveld begint te verminderen, de top passeert, of er kunnen extra beelden warden gewonnen.

Met de methode van injecteren kan nog verschil in de bolus vorm 25 warden gerealiseerd die bepaalde onderzoekingen kan vereenvoudigen dan wel verbeteren.

Ook kan net behulp van voorflank en achterflankbeelden voor het contrastverschil over het beeldveld, indien gewenst, worden gecompenseerd. Hiertoe kunnen overeenkomstige beelden uit de beide flanken 30 onderling warden opgeteld en eerst dan als te substraheren beelden worden gebruikt. Deze compensatie kan uiteraard ook bij de eerder beschreven methodieken worden toegepast. Worden aan een flank meerdere beelden gemaakt, dan is men vrij in de bepaling of als maskerbeeld steeds het eerste bij de opkomende flank of het laatste bij de dalende flank, dan wel 35 telkens het voorlaatste beeld zal werden gebruikt. Gebruik van het voorlaatste beeld geeft minder contrast-concentratieverschil maar een geringer opnametijdsverschil. In feite is bij de laatste methode het oorspronkelijke verschil tussen maskerbeeld en contr as tbeeld sterk vervaagd.

8304397 PHN 10882 8 - · ·

Om beeldoverstraling bij de beeldopnairen te voorkomen is bet gunstig in de inrichting gebruik te maken van een filter 52. Hoewel een geringe overstraling door de later volgende beeldsubstractie niet al te ernstige gevolgen beeft is een beperking daarvan toch uiterst gewenst 5 omdat overstraling bet optimaliseren van elk van de deelbeelden, bijvoorbeeld de door een optimale belichting daarvan sterk kan benadelen.

10 15 20 25 30 83043§7 35

Claims (14)

1. Röntgenonderzoekapparaat net een rontgenbron, een röntgen- beelddetectieijurichting, een televisiecpneeminrit^ting en een inrichting voor digitale beeldsubstractie met een a-d converter, een uitleesbaar digitaal beeldgebeugen en een visueel beeldweergaveixirichting, net het 5 kenmerk, dat voor onderzoek van objecten net een laterale uitgebreidheid die het ingangsscherm van de röntgenl^lddetectieinrichting overtreft, een tevegingsmechanisme is cpgencmen voor een orderlinge laterale verplaatsing van de röntgenbrcn s aiten net de röntgenbeelddetectie inrichting enerzijds en het object anderzijds op een, met de voortplanting van een, 10 het te onderzoeken object doarstrarend contrastmedium gecorreleerde wijze.

2. Röntgenonderzoek apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het bewegingsmechanisme is uitgerust voor een exact gepositioneerde laterale verplaatsing over een lengteafstand tot ongeveer 1,5 meter.

3. Röntgenonderzoekapparaat volgens conclusie 1 of 2, met het 15 kenmerk, dat het bewegingsmechanisne is uitgevoerd voor een stapsgewijze laterale verplaatsing over ongeveer 1,5 meter in ongeveer 5 a 10 stappen.

4. Röntgenonderzoekapparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de laterale verplaatsing in snelheid dan wel in stapfrequentie instelbaar is. 20

5. Röntgenonderzoekapparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het bewegingsmechanisne voorinstelbaar is met een met toediening van een. contrastmiddel aan een te onderzoeken object gecorreleerde wijze. t

6. Röntgenonderzoekapparaat volgens een der voorgaande conclusies, 25 met het kenmerk, dat een testuringsmechanisme voor beeldopname mede vanuit een beeldverwerkingsinrichting bestuurbaar is.

7. Röntgenonderzoekapparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de röntgenbeelddetectieinrichting een röntgenbeeld-versterkerbuis met een ingangsvenster met een diameter van ten minste 30 ongeveer 30 cm bevat.

8. Röntgenonderzoekapparaat volgens een der voorgaande conclusies, net het kenmerk, dat de inrichting voor digitale beeldsubstractie is uitgerust voor substraheren van althans nagenoeg opeenvolgende cpgencmen beelden. 35

9. Röntgenonderzoekapparaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat daarin een aan de vorm van bet te onderzoeken object aangepast anti overstralingsfilter met in twee onderling loodrechte richtingen een verlopende stralingsabsorptie is cpgencmen. 8 3 0 4 3 ? 7 ψ FHN 10882 10 - - .7 ... 1 " ' - · *

10. Wèrkwijze voor het uitvoeren van een röntgenonderzoek net hehulp van onderling digitaal te substraheren masker en contrastbeelden met het kenmerk,- dat. voor onderzoek aan objecten net een laterale uitgebreidheid , die de afmeting van een ingangsscherm van een detectieinrichting over-5 treft, een net de voortplanting van een contrastmiddelbolus door het te onderzoeken object gecorreleerde verplaatsing van een beeldqpnamesysteem ten opzichte van het object wordt uitgevoerd en in elke positie zowel een masker beeld als een contrastbeeld wordt opgencmen.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat masker-10 beelden en/of contrastbeelden aan een.flank van de contrastboluscon- centratie worden opgencmen.

12 Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat maskerbeeld en contrastbeeld met een onderling contrastconcentratieverschil van ongeveer 20 tot 60% van de maximale concentratie warden opgenomen in 15 posities qp de flank van. de contrastbolus waar dit verschil zich over een minimale breedteafstand- van de bolus manifesteert.

13. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12, net het kenmerk, dat zowel aan de voorflank als aan de achterflank van de contrastbolus heeldopnamen worden gemaakt.

14. Werkwijze volgens een der conclusies 10 tot en met 13, net het kenmerk, dat ook althans nagenoeg direct achter elkaar opgenamen maskeren contrastbeelden voor subs tractie warden geselecteerd voor een optimaal compromis ten aanzien van bewegingsonscherpte en contrast. 25 30 35 8304397